44298

Исследование процесса волнового диспергирования газа в жидкости

Контрольная

Физика

Полученные результаты Рисунок 2  Зависимость расхода воды через диспергатор от давления воды 1  внутренняя подача газа dк=7 мм dотв=28 мм диспергатор старого поколения; 2  внешняя подача газа dк=5 мм dотв=20 мм диспергатор нового поколения Рисунок 3  Пример обрабатываемой фотографии с отмеченной базовой линией Рисунок 4  Вид экрана компьютера в процессе обработки фотографии Рисунок 5  Зависимость среднего диаметра воздушных пузырьков от давления воды на выходе из насоса при расходе воздуха Qг = 05...

Русский

2013-11-13

7.52 MB

6 чел.

Исследование процесса волнового диспергирования газа в жидкости

Москва, 2012 г.


1. Анализ литературы

2. Поставленные задачи и методы их решения

3. Полученные результаты

Рисунок 2  Зависимость расхода воды через диспергатор от давления воды

1 внутренняя подача газа, dк=7 мм, dотв=2,8 мм (диспергатор старого поколения);

              2 внешняя подача газа, dк=5 мм, dотв=2,0 мм (диспергатор нового поколения)


Рисунок 3 Пример обрабатываемой фотографии с отмеченной базовой линией

Рисунок 4 Вид экрана компьютера в процессе обработки фотографии

Рисунок 5 Зависимость среднего диаметра воздушных пузырьков от давления воды на выходе из насоса при расходе воздуха Qг = 0,5 дм3/мин

      1 внутренняя подача газа, dк=7 мм, dотв=2,8 мм (диспергатор старого поколения);

2 внешняя подача газа, dк=5 мм, dотв=2,0 мм (диспергатор нового поколения)

Рисунок 6 Зависимость среднего диаметра воздушных пузырьков от давления воды на выходе из насоса при расходе воздуха Qг = 5 дм3/мин

     1 внутренняя подача газа, dк=7 мм, dотв=2,8 мм (диспергатор старого поколения)

2 внешняя подача газа, dк=5 мм, dотв=2,0 мм (диспергатор нового поколения)

Рисунок 7 Плотность распределения газовых пузырьков по размерам при Qг = 0,5 дм3/мин

в диспергаторе нового поколения.

Числа у кривых значения давления воды на выходе из насоса pв, МПа

Рисунок 8 Плотность распределения газовых пузырьков по размерам при Qг = 5 дм3/мин

в диспергаторе нового поколения.

Числа у кривых значения давления воды на выходе из насоса pв, МПа


4. ОСНОВНЫЕ ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

2.1. Конструкции генераторов

   а)                          б)

Рисунок 2.1 Конструктивные схемы волновых диспергаторов газа в жидкости:

      а) с внутренней подачей газа (диспергатор старого поколения),

б) с внешней подачей газа (диспергатор нового поколения)

Исследовались волновые диспергаторы двух типов: c подачей газа через торцевую стенку канала непосредственно в зону генерации колебаний (рисунок 2.1, а) и с внешней подачей газа вне зоны возникновения колебаний (рисунок 2.1, б). В первом случае происходило демпфирование колебаний, что приводило к уменьшению их амплитуды при повышении расхода газа. Во втором случае интенсивность колебаний давления, создаваемых гидродинамическим генератором, не снижается с увеличением расхода газа, что усиливает волновое воздействие и улучшает качество диспергирования.

4.2. Методика измерения размеров газовых пузырьков в жидкости

В рамках данной работы была усовершенствована разработанная ранее методика измерения размеров газовых пузырьков в жидкости. В прежней методике требовалось ручное указание левой и правой границ пузырька на компьютерной фотографии с помощью “мыши”. В новом варианте основным является полуавтоматический режим, при котором нужно только указать измеряемый пузырек щелчком левой кнопки “мыши” левее центра пузырька. После этого автоматически определяются левая и правая границы пузырька по наибольшим градиентам яркости фотоизображения в указанной области. Вместе с тем, сохранена возможность ручного указания границ в тех случаях, когда алгоритм автоматического определения размеров не позволяет этого сделать. Данная ситуация обычно возникает в тех случаях, когда друг на друга накладываются изображения нескольких пузырьков или они имеют очень большие размеры, что приводит к возникновению световых бликов на поверхностях пузырьков.

Размеры пузырьков определяются путем их сравнения с размером известного элемента конструкции, например, диаметра резьбы (“базовая линия”). Пример обрабатываемой фотографии с отмеченной базовой линией показан на рисунке 3.

По результатам измерений рассчитывается среднее взвешенное значение диаметра пузырьков <d>

                                                 (1)

где  di  диаметр i-го пузырька в пикселях,

       плотность распределения пузырьков по размерам

    ,            (2)

       интервал участка суммирования,

       число пузырьков с диаметром di,

      n  общее число измеренных пузырьков.

В процессе работы на экране красным цветом показываются измеренные пузырьки, в правой верхней части экрана в укрупненном масштабе отображается обрабатываемый фрагмент, ниже его кривая яркости в зоне измеряемого пузырька, а в правом нижнем углу функция плотности распределения (2). Последняя информация появляется после того, как измерено не менее 10 пузырьков. Вид экрана в процессе обработки фотографии показан на рисунке 4. Измерения продолжаются до тех пор, пока не перестанет изменяться вид графика плотности распределения. Опыт показывает, что для этого нужно измерить 100 300 пузырьков.

4.3. Результаты испытаний диспергатора нового поколения

4.3.1. Расходная характеристика

Экспериментальные зависимости расхода воды Qв через диспергаторы старого поколения (с внутренней подачей газа) и нового поколения (с внешней подачей газа) от давления воды на выходе из насоса pв представлены на рисунке 2.

При одинаковом давлении воды ее расход через новый диспергатор оказался на 10% 20% меньше, чем через старый. Это вызвано тем, что в старом диспергаторе канал имел диаметр dк=7 мм, подающие отверстия dотв=2,8 мм, а новый  dк=5 мм и dотв=2,0 мм соответственно. Уменьшение диаметра канала было сделано на основе расчетов течений в гидродинамических генераторах колебаний, которые показали, что с уменьшением диаметра канала от 7 до 5 мм амплитуда колебаний давления существенно возрастает.


4.3.2. Средний диаметр газовых пузырьков

Среднее взвешенное значение диаметра пузырьков <d>, рассчитанное по формуле (1), при расходе воздуха Qг=0,5 дм3/мин представлено на рисунке 5, а при расходе воздуха Qг=5 дм3/мин на рисунке 6. Здесь же производится сравнение с результатами, ранее полученными в НЦ НВМТ РАН (внутренняя подача газа).

Из рис. 5 следует, что для расхода воздуха Qг=0,5 дм3/мин преимущества диспергатора с внешней подачей газа и уменьшенным диаметром канала проявляются при давлениях воды на выходе из насоса pв ≥ 0,5 МПа. При этом минимальные значения среднего диаметра воздушных пузырьков уменьшаются от ≈ 0,5 мм до ≈ 0,3 мм. В случае увеличенного в 10 раз расхода воздуха Qг=5 дм3/мин диспергатор с внешней подачей газа и уменьшенным диаметром канала имеет лучшие характеристики во всем исследованном диапазоне давлений воды. Минимальные значения среднего диаметра воздушных пузырьков в этом режиме уменьшаются от ≈ 0,6 мм до ≈ 0,4 мм (рис. 6).

4.3.3. Распределение газовых пузырьков по размерам

Плотность распределения пузырьков по размерам , рассчитанная по формуле (2) и выраженная в процентах, для диспергатора с внешней подачей газа при расходе воздуха Qг = 0,5 дм3/мин представлена на рисунке 7, а при расходе воздуха Qг = 5 дм3/мин на рисунке 8. Видно, что при Qг = 0,5 дм3/мин и давлении воды на выходе из насоса pв = 0,5 МПа воздушные пузырьки имеют размеры в диапазоне от 0,18 до 1,55 мм. С повышением давления этот диапазон сужается и при pв  от 1 МПа до 1,5 МПа составляет от 0,1 до 0,9 мм. При этом максимум функции распределения смещается в сторону меньших размеров. При расходе воздуха Qг = 5 дм3/мин зависимость плотности распределения пузырьков по размерам от давления воды носит аналогичный характер (рис. 8).

5. Выводы

На предыдущих этапах данной работы была разработана компьютерная программа, позволяющая рассчитывать нестационарные закрученные турбулентные течения жидкости при наличии кавитации. Проведена серия вариантных расчётов таких течений в волновых диспергаторах газа в жидкости при малых расходах газа, когда влиянием газовой компоненты на характеристики течения можно пренебречь. В ходе расчётов варьировались значения давления и расхода воды, подаваемой в диспергатор, а также диаметры канала волнового генератора. Выявлены два механизма возникновения колебаний давления в генераторе: пульсации кавитационной каверны и периодические срывы вихрей на выходе из канала. При малых расходах воды реализуется только второй механизм, что находит своё отражение в спектрах колебаний.

На основе проведенных расчетов были разработаны волновые диспергаторы газа в жидкости нового поколения. В диспергаторах первого поколения подача газа осуществлялась через торцевую стенку канала непосредственно в зону генерации колебаний. В результате происходило демпфирование колебаний, что приводило к уменьшению их амплитуды при повышении расхода газа. В новых диспергаторах производится внешняя подача газа в канал генератора, вне зоны возникновения колебаний. В этом случае интенсивность колебаний давления, создаваемых гидродинамическим генератором, не снижается с увеличением расхода газа, что усиливает волновое воздействие и улучшает качество диспергирования, особенно при больших расходах газа.

На данном этапе работы была усовершенствована методика измерения размеров пузырьков газа в жидкости на основе компьютерной обработки фотоизображений. В этой методике за границу пузырька принимается точка максимального градиента яркости фотографии. В результате время обработки фотографий сократилось в 2  3 раза и повысилась точность измерений за счет снижения влияния субъективного фактора.

Испытания диспергаторов нового поколения, показали уменьшение среднего диаметра воздушных пузырьков по сравнению со старыми диспергаторами от 0,5 мм до 0,3 мм при расходе воздуха Qг = 0,5 дм3/мин и от 0,6 мм до 0,4 мм при Qг = 5 дм3/мин. При одинаковых значениях давления на выходе из насоса расход воды через новый диспергатор оказался на 10% 20% меньше, чем через старый. В результате примерно на такую же величину снизились энергетические затраты на диспергирование.


EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  

EMBED MSPhotoEd.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

46896. Нові перспективні методи опорядження фасадів 35.5 KB
  Данний тип штукатурки використовується для опорядження фасадів.даний тип штукатурки влаштовують із полімер – мінеральних композицій з білим цементом і фактуроутворювальних зерен.Після влаштування штукатурки на неї наноситься захисний шар із гідрофобних рідин.Пил який залишався після обробки натурального камення використали під час влаштування штукатурки в результаті зявився безшовний тонкошаровий мармур який можна нанести на будь – яку поверхню даний тип штукатурки виявився надзвичайно стійким до впливів t і вологи.
46898. Страховой рынок :экономическая природа. Макроэкономическая нестабильность: инфляция 35.85 KB
  Условием возникновения того и другого служат общественное разделение труда и существование различных собственников обособленных товаропроизводителей. Учет расчетов с персоналом по оплате труда. Для оплаты труда работников в организации могут использоваться различные системы оплаты: тарифная система; бестарифная система; система плавающих окладов; система оплаты труда на комиссионной основе. Тарифная система труда представляет собой совокупность нормативов с помощью которых регулируется уровень заработной платы различных групп и категорий...
46899. Доходный подход к оценке бизнеса 35.87 KB
  Доходный подход совокупность методов оценки стоимости объекта основанных на определении текущей стоимости объекта имущества как совокупности ожидаемых доходов от его использования . При оценке с позиции доходного подхода во главу угла ставятся будущие доходы от эксплуатации объекта на протяжении срока его полезного использования как основной фактор определяющий современную величину стоимости объекта. В исчислении совокупного дохода от объекта за ряд лет его жизни в методах доходного подхода используют приемы известные из теории сложных...
46902. Колониальная политика 36 KB
  Над Тунисом был установлен протекторат Франции. Помимо Туниса в наиболее тяжелую зависимость от Франции попали страны Ближнего Востока – Египет и Турция. До второй половины 70х годов в Египте властвовал французский капитал а вместе с ним и преобладало и политическое влияние Франции. В это время во Франции вторично пришел к власти Жюль Ферри который уже провел захват Туниса.
46903. Types of colloquial speech. The main distinctive features 36 KB
  Antitsipation constuction. Antitsipation represents the phenomenon in a sense opposite пролепсе, and consists in removal at the first place in the statement of a rheme component. Thus the thematic component in the form of the isolated noun finishes a design: I never met him in my whole life, Jack
46904. Теоретическое и практическое значение культурно-исторической концепции Выготского для психологии 36 KB
  Теоретическое и практическое значение культурноисторической концепции Выготского для психологии. Это касается и роли Выготского в исследовании понятия деятельность.Выготский избрал областью своего исследования психологию сознания В статье посвященной памяти своего учителя [Выготского Л.Давыдова относительно своего утверждения требуют с нашей точки зрения дополнительного обоснования поскольку даже на той же самой странице из Выготского на которую он ссылается можно найти и термин поведение а в других местах можно увидеть...