Диссертация (1025853), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Для определения расхода это не имеет значения, однако для оценкиизменениярасходаповременинеобходимоегоучитывать.Поэтомуфиксируются и значения времени эксперимента с момента первой заливкижидкости в ячейку до момента каждого нажатия секундомера tобщ i .В результате обработки эксперимента получены данные:1.Суммарное время измерения t для каждого перепада давлений по каждойMисследуемой ячейке: t (N,  p)   ti , где N – наименование ячейки, Δp –i 1соответствующий перепад давления, М – количество измерений времени дляданного перепада давлений.2.Общее время эксперимента по исследованию данной ячейки с даннымперепадом давления tобщ (N,  p)  tобщ M .

Это значение времени фактическисоответствует времени контакта рабочей среды с пористым телом.3.Перепад давления, рассчитанный как разность атмосферного давления идавления внутри блока вакуумной сепарации:  p(N)  pатм  pвак , кПа .4.СредниезначениявременипрохожденияделенияшкалыУИР:K t (N, j, p)it (N, j, p) 2 мл.i 1K, где K=5 для УИР объемом 5 мл и K=4 для УИР объемом895.Средние значения расходов при одном полном прохождении рабочейсредычерезQ(N, j , p) УИР,доегонижнейотметкишкалыизмерения:VK, где VK=1 мл для УИР объемом 5 мл и VK =0,5 мл для УИРt (N, j , p)объемом 2 мл.6.Начальные и конечные значения средних расходов для даннойисследуемойячейкииперепадаQн (N, p)  Q(N,1, p), Qк (N, p)  Q(N, jmax , p) ,гдеjmax–давлений:индекспоследнегоповторного эксперимента при данном перепаде давлений.7.Разностьначальногоиконечногосреднихрасходов:Q(N, p)  Qн (N, p)  Qк (N, p) , мл/с.8.Средняя скорость изменения расхода с учетом времени измерительныхопераций: Q 9.Q(N, p), мл/с2.t (N,  p)Средняя скорость изменения расхода с учетом общего времениэксперимента: Q общ 10.Относительное Q  111.Q(N, p), мл/с2.tобщ (N,  p)снижениерасходапосравнениюсначальным:Qк (N, p).Qн (N, p)КоэффициенткQ(N,Δp)экспериментальныхзависимостейQ(t) ,характеризующий скорость снижения расхода по времени.

Для каждойисследуемой ячейки и перепада давления построены экспериментальные точки,связывающие расход протекающей через ячейку рабочей среды и время,измеряемое в эксперименте t. Данные точки были обработаны с помощьюметода наименьших квадратов, и построены экспериментальные прямые. НаРисунках 3.11.-3.14. изображены экспериментальные прямые для несколькихисследуемых ячеек. Искомый коэффициент кQ(N,Δp) определяется как тангенсугла наклона данных прямых.90Рисунок 3.11. Зависимость расхода рабочей среды в ячейке А6 от временипроведения эксперимента для различных перепадов давлений на ячейкеРисунок 3.12. Зависимость расхода рабочей среды в ячейке D1 от временипроведения эксперимента для различных перепадов давлений на ячейкеРисунок 3.13.

Зависимость расхода рабочей среды в ячейке F3 от временипроведения эксперимента для различных перепадов давлений на ячейке91Рисунок 3.14. Зависимость расхода рабочей среды в ячейке H10 от временипроведения эксперимента для различных перепадов давлений на ячейке кПаВ Таблице 3.4 показаны расчетные значения данных обработкиэксперимента для ячейки А6.Таблица 3.4t, с353303662844660875tобщ, с59247282212178681244Δp,кПа53,245,234,527,921,217,2Qн,мл/с0,1630,1340,1040,0790,0470,032Qк,мл/с0,1550,1280,0950,0650,0400,028ΔQ, мл/с1,51E-028,78E-031,49E-022,67E-021,11E-024,18E-03Q , мл/с2Q общ , мл/с2кQ2,15E-052,05E-051,43E-051,65E-051,13E-055,19E-061,28E-051,31E-051,15E-051,15E-058,61E-063,65E-06-4,3E-05-2,3E-05-1,6E-05-6,4E-06-2,1E-05-6,7E-06Анализ экспериментальных зависимостей Q(t) позволяет сделать вывод,что в начальной стадии эксперимента при максимальном перепаде давленияскорость снижения расхода выше, чем при дальнейшем ходе эксперимента.Этот факт может быть связан с влиянием сорбции растворителя, по причинекоторой гидравлическое сопротивление ячейки увеличивается, т.к.

сорбентпоглощает частицы жидкости, и пространство между порами уменьшается.Характер изменения расхода рабочей среды при различных перепадах давленийможнооценитьспомощьюпредставленных на Рисунке 3.15.экспериментальныхданных,графически92Рисунок 3.15.Экспериментальные зависимости скорости изменениярасхода от перепада давления в исследуемых ячейкахАнализ этой зависимости позволяет сделать вывод о том, что при болеевысоком перепаде давления между атмосферой и полостью блока вакуумнойсепарации расход рабочей среды снижается быстрее, чем при малом перепадедавления.

Возможно, это связано с особенностью методики эксперимента, т.к. вначале эксперимента с каждой ячейкой обеспечивался максимальный перепаддавлений. В первое время контакта рабочей среды с пористым телом в ячейкенаблюдается наибольшее влияние явления связывания молекул растворителя спористым телом и соответствующее снижение проницаемости пористого тела,приводящее к уменьшению расхода рабочей среды через ячейку.В течение эксперимента в каждой ячейке гидравлическое сопротивлениепрохождению рабочей среды повышается, о чем свидетельствует снижениерасходов.

В начальный момент времени гидравлическое сопротивление ячейкиминимально, а расход через ячейку максимален для данного перепададавлений. Чтобы оценить характер снижения расхода в зависимости отначальногогидравлическогосопротивленияпостроенораспределениеэкспериментальных точек Q (Qн ) и Q общ (Qн ) . Начальное значение среднегорасхода рабочей среды через ячейку Qн обратно пропорционально начальномугидравлическому сопротивлению пористого тела или прямо пропорциональноего начальному коэффициенту проницаемости.93Данные распределения аппроксимированы прямыми с помощью методанаименьших квадратов. Анализ полученных распределений позволяет сделатьвыводы:1.Скорость снижения расхода для ячеек с более высоким сопротивлением(соответственно низким Qн) значительно (в 2-3 раза) ниже, чем для ячеек снизким сопротивлением.

То есть увеличение гидравлического сопротивленияячейки за счет уменьшения каналов в пористом теле, распространяется вбольшей степени на ячейки с меньшим начальным сопротивлением.2.Скоростиснижениярасхода,учитывающиепромежуткивремениэксперимента, в течение которых не проводилось измерений, в областивысоких начальных расходов значительно (на 30-50%) ниже, чем скоростиснижения расхода, рассчитанные только с учетом времени измерений.Следовательно, необходимо учитывать промежуточное время измерений илисократить его в дальнейшем.Оценка снижения расхода рабочей среды в зависимости от временипроводится с помощью анализа зависимости относительного снижения расходаот общего времени исследования ячейки при данном перепаде давления(Рисунок3.16).Экспериментальныеданныеобработаныспомощьюрегрессионного анализа [122,123] и аппроксимированы прямой.Рисунок 3.16.Зависимость относительного снижения расхода от общеговремени исследования каждой ячейки94При пробоподготовке высокомолекулярных соединений суммарное времяпроведения рабочего процесса – промывки ячейки – занимает не более 5 мин(300 с) [125,127].

Представленная на Рисунке 3.16. зависимость позволяетопределить, что для экспериментов, общее время которых занимало менееΔtmin=300 с снижение расхода происходило в среднем не более чем на 10%. Этоозначает, что для получения начального гидравлического сопротивления(коэффициента проницаемости) экспериментальным способом необходимовыдерживать время эксперимента минимальным, чтобы не произошлоувеличения гидравлического сопротивления.

Для того чтобы проверить насколько уменьшается расход за время Δtmin в исследуемых ячейках, где общеевремя tобщ> Δtmin проведено исследование расходных характеристик по времениQ(t ) .ДанныехарактеристикиописываютсяфункциейQ(t)  kQ t  Qн  С .Постоянная C присутствует в данном выражении ввиду того, что расход внулевой момент времени не измеряется и первое измерение расхода проводитсяв момент времени t1.

Это следует из методики проведения и обработкиэксперимента. В нулевой момент времени расход рабочей среды равен Qн ипостоянная C характеризует лишь погрешность обработки экспериментальныхданных. При дальнейших расчетах постоянная C не учитывается, т.к. еезначение пренебрежимо мало. С использованием функции Q(t) полученызначения относительных изменений расходов рабочей среды через время Δtmin: Qmin  1 k t  Qнk tQ(tmin ) 1   min   min .QнQнQнНаРисунке3.17.представленадиаграмма, на которой изображены относительные изменения расходоврабочей среды исследуемых ячеек через время Δtmin для различных перепадовдавлений (количество разных перепадов давления Nэ=4, т.е. например, дляячейки D5 это перепады давлений 33,9; 28,5; 21,9; 15,2 кПа).95Рисунок 3.17.Диаграмма относительных изменений расходов  Q minрабочей среды через время Δtmin для разных ячеек иперепадов давлений на них Nэ.

Nэ=1 – высокий перепаддавления 30-40 кПа, Nэ=4 – низкий перепад давления 10-15кПа.Среднее значение изменения расходов по всем ячейкам составило  Qmin  0,137 .В среднем снижение расходов в ячейках за время эксперимента 300 с непревышает 14%.Обработка данных эксперимента проводилась с помощью оценкиточности полученных величин. Для оценки точности во внимание принималисьслучайная погрешность измерения и погрешность измерительных приборов. Вэкспериментах по каждой исследуемой ячейке и каждому перепаду давленияпроводилось несколько замеров времени прохождения мениска воды междусоседними делениями шкалы деления УИР. Для каждого значения Q(N, j, p)определена погрешность его измерения.Функциональная зависимость при определении погрешности косвенногоизмерения Q (VK , t )  VK .

Проводится оценка среднеквадратичного отклонения иtвычисляется погрешность измерения времени:96K t  t 2ii 1t  t , K 1K 1K(3.15),где K=5 для УИР объемом 5 мл и K=4 для УИР объемом 2 мл, t ,K 1 –коэффициент Стьюдента, величина которого находится из таблиц [55-58] придоверительной вероятности P=0,95 и соответствующем значении количестваизмерений K.Абсолютная погрешность измерения VK определяется половиной ценыделения шкалы УИР. Соответственно, для УИР объемом 5 мл VK  0,1 мл , дляУИР объемом 2 мл VK  0,05 мл .Определяется значение относительной погрешности измерения Q:22 Q(VK , t ) VK   Q(VK , t ) t Q    100%. VtQQK (3.16)Q (VK , t ) 1 Q(VK , t )VV ;  K2 , Q  K .VKtttt(3.17)Подставляяполученныечастныепроизводные,получаемискомуюотносительную погрешность Q:22 1 V   V  t  Q    K    K2 100%. t Q   t  Q (3.18)Абсолютная погрешность измерения расхода определяется по формуле:Q Q  Q100%(3.19)На Рисунке 3.18 изображено распределение относительных погрешностейпо всем измерениям (для каждого N, j и Δp) и определена средняя погрешностьрасхода.

Характеристики

Список файлов диссертации