Диссертация (1025853), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

Суммарное количество измерений Nи=593. Средняя относительнаяпогрешность расхода составила 12,8%. Максимальная не превысила 27%.Погрешность измерения давления определяется погрешностью измерениявакуумметра AV-01 и составляет 2 мм. рт. ст или 0,27 кПа.97Рисунок 3.18.Распределение относительных погрешностей определениярасходов  Q в зависимости от номера измерения Nи и уровеньсредней погрешности QВ результате экспериментального исследования характеристик рабочей средысделаны следующие выводы:1.Скорость течения рабочей среды в ячейках планшета очистки блокавакуумной сепарации снижается при неизменном перепаде давления. Чембольше время контакта рабочей среды с пористым телом, тем большеувеличиваетсягидравлическоесопротивлениеячейки,чтоприводит кснижению расхода рабочей среды через нее. Изменение скоростного режима вбольшей степени проявляется в начальный момент контакта рабочей среды спористым телом.2.В различных рабочих ячейках при одинаковом перепаде давленийнаблюдается неодинаковые расходы рабочей среды, что свидетельствует означительном различии коэффициентов проницаемостей пористых тел ячеек.3.Установлено, что для снижения погрешности определения расходов вэксперименте по определению начальных коэффициентов проницаемости98ячеек время измерений эксперимента должно быть меньше Δtmin=300 с;промежуточное время, в которое не производится измерений времени, должнобыть сведено к минимуму в целях снижения времени контакта рабочей среды спористым телом.3.3.4.

Определение начальных коэффициентов проницаемости пористыхтел рабочих ячеек установки вакуумной сепарации.При проведении этапа пробоподготовки рабочий процесс вакуумнойсепарации в большей мере связан с малыми объемами проб и низким временемконтакта рабочей среды с пористым телом ячеек, поэтому очень важноопределить начальное гидравлическое сопротивление ячеек – коэффициентпроницаемости пористого тела в начальной стадии прохождения рабочей средычерез ячейку (tобщ<Δtmin), далее – начальный коэффициент проницаемости. Какбыло описано ранее, коэффициент проницаемости динамически изменяется,однако в данном эксперименте он считается постоянным в указанномпромежутке времени.Целью данного экспериментального исследования является определениеначальныхкоэффициентовпроницаемостейрабочихячеекустановкивакуумной сепарации ДНК.В отличие от предыдущих экспериментов, когда при определенныхперепадах давления, поддерживаемых в рабочей полости блока вакуумнойсепарации, проводилось несколько измерений расхода с целью минимизациислучайной погрешности, в данной серии экспериментов измерение расхода длякаждого перепада давления на ячейке проводится единожды, с цельюобеспечения условия по времени эксперимента: tобщ<Δtmin.Описание эксперимента.Вкачествеисследуемыхячеекпредставленные на Рисунке 3.19.выбраныячейкипланшетаочистки,99Рисунок 3.19.

Схема исследуемых ячеек на планшете очистки.Давление в камере блока вакуумной сепарации снижалось благодаряоткачке вакуумным насосом до 70…75 кПа. В УИР вносилась рабочая среда, вкачестве которой использовалась дистиллированная вода. Насос выключался, идавление в системе начинало медленно увеличиваться. При этом рабочая средапод действием перепада давления проходила через исследуемую ячейку иустройство измерения расхода. Показания датчика давления P и времяпрохождения делений УИР фиксировались в реальном времени с применениемвидеосъемки эксперимента.

В результате обработки данных получены значениярасходов рабочей среды, соответствующих текущим перепадам давления врабочей полости блока вакуумной сепарации. В данной серии экспериментовиспользовалось УИР объемом 2 мл.Обработка экспериментальных данных.В результате проведения серии экспериментов получены значениядавлений в блоке вакуумной сепарации и соответствующие промежуткивремени, в течение которых мениск жидкости проходил расстояние междуосновными делениями УИР. Рассчитаны значения перепадов давлений наячейкахQii  p ii  p атм  p ii, где ii – номер измерения, и расходы рабочей средыVK. Точки расходов Qii и перепадов давлений  p ii для каждой ячейки tiiнанесены на график экспериментальных данных, представленный на Рисунке3.20. Экспериментальные точки аппроксимированы прямыми с помощьюметода наименьших квадратов.

Для каждой исследуемой ячейки получены100расходные характеристики, определяющие течение рабочей среды в них поддействием перепада давлений. Расходные характеристики – зависимостирасхода рабочей среды, проходящей через ячейку, от перепада давлений междуатмосферным давлением и давлением в блоке вакуумной сепарации.Рисунок 3.20.Экспериментально полученные расходныехарактеристики рабочей среды Q(Δp)Проведена оценка погрешности экспериментальных данных. В ходеэксперимента и обработки данных применены следующие упрощения:1.ГидростатическоедавлениестолбажидкостивнутриУИРнеучитывалось.

Максимальная погрешность измерения перепада давления приэтом составила не более 400 Па в сторону увеличения. Эта погрешность имеетзначительное влияние лишь при малых разрежениях в рабочей полостиустановки.2.Измеренное значение времени прохождения рабочей среды междуделениями шкалы УИР, а соответственно и значение расхода приводилось всоответствиеперепадудавлениянаячейке,измеренномувмоментпрохождения мениска рабочей среды первого из этих делений. Погрешность101измерения перепада давлений при этом составила не более 700 Па при высокихзначениях расхода.3.Изменениекоэффициентапроницаемостиисследуемойячейкинеучитывалось, т.к. время контакта рабочей среды с пористым телом (общеевремя эксперимента с выбранной ячейкой) в среднем не превышало 300 с.Обоснованность этого упрощения и связанная с ним погрешность былапредставлена выше.Анализ полученных расходных характеристик позволяет определить, чтопогрешность измерения расхода рабочей среды при высоких перепадахдавления выше, чем при низких, т.к.

при этом значительно ниже измеряемоевремя прохождения рабочей среды между соседними делениями шкалы УИР.Максимальное отклонение измеренных значений расходов от соответствующихаппроксимированных прямых составило не более 15%, погрешность, связаннаяс введением допущения о постоянстве коэффициента проницаемости – не более14%, средняя погрешность определения расходов рабочей среды 12,8% [Раздел3.3.3].Анализ экспериментальных данных.Анализэкспериментальныхданныхпозволилсделатьвыводозначительном разбросе начальных коэффициентов проницаемости рабочихячеекпланшетапроводитсяскоэффициентомочистки.Определениепомощьюнаклонапостроениякоторыхкоэффициентовпроницаемостиэкспериментальныхявляетсякоэффициентпрямых,вязкостногосопротивления β.Математическая модель течения рабочей среды под действием перепададавления внутри пористого тела в УВС базируется на уравнении Дарси:u1(grad p   g ).(3.20)Данное уравнение рассматривается в проекции на вертикальную осьячейки z и преобразуется к виду:(ρg dp)   uz .dz(3.21)102Производная давления по высоте пористого тела изменяется нелинейно,т.к.

геометрия пористого тела имеет форму конуса и скорость uz непостоянна повысоте. Однако можно заменить течение в конусе на соответствующее течениев эквивалентном цилиндре с постоянной скоростью, соответствующей скороститечения в среднем сечении конуса (Рисунок 3.21). При этомдавления по высоте пористого тела определяется какпористого тела, а скорость uz Fср.сеч. QFср.сеч.производнаяdpp  , где H – высотаdzH.

Значение площади среднего сечения:2 dср.сеч..4После подстановки полученных выражений уравнение 3.21 принимает вид:p4Q+ g  .2H dср.сеч.(3.22)Рисунок 3.21. Определение эквивалентной рабочей области пористого тела:H – высота пористого тела, dср.сеч. – диаметр среднего сечения пористого телаПодставляемполученныеэкспериментальныезначенияперепадовдавления и расходов в уравнение 3.22 и получаем функцию вида Y=βX. НаРисунке 3.22. для примера представлены экспериментальные данные для ячеекс наиболее низким, наиболее высоким и средним значением расходов рабочейсреды.103Рисунок 3.22.Экспериментальныеграфикидляопределения коэффициентов вязкостногосопротивления пористых тел ячеекИзполученныхграфиковопределяемзначениякоэффициентоввязкостного сопротивления пористых тел в ячейках с высоким (E4), средним(С3) и низким (A3) расходом рабочей среды:  min  1,12 108кг(ячейка E4),м3  скгкг(ячейка C3),  max  3,66 108 3(ячейка A3).3м см сС 3  1,67 108Коэффициент вязкостного сопротивления связан с коэффициентомпроницаемости материала k пористого тела следующим соотношением:    .kДля материала пористого тела значения коэффициентов проницаемостиопределены из соотношения k , где   8,9 10  4 Па  с – динамическаявязкость рабочей среды, использовавшейся в эксперименте – воды – прикомнатнойтемпературе.минимальныйСоответственномаксимальный,среднийиначальные коэффициенты проницаемости рабочих ячеек по104данным эксперимента: kmax  7,95 10 12 м 2 (ячейка E4), kС 3  5,331012 м2(ячейка C3), k min  2, 43 10 12 м 2 (ячейка A3).С помощью описанной методики получены начальные коэффициентыпроницаемости 13-ти ячеек, представленные в таблице 3.5.Таблица 3.5,кг 10 8м3  сk , м 2  10 121,121,221,51,571,671,691,711,791,931,972,12,183,667,957,305,93 5,675,335,275,204,974,614,524,24 4,082,43Значения начальных коэффициентов проницаемости имеют некоторыйразброс,поэтомубылопостроенораспределениеполученныхэкспериментальных данных.

Методика построения распределения подробноописанав[55].Выбранk min  2, 43 10 12 м 2 додиапазонразбиениямаксимальногоотминимальногоkmax  7,95 10 12 м 2 значениякоэффициентов проницаемости, количество шагов разбиения Nразб=11 и шагразбиения Δkразб=0,5  1012 м2. Определено количество измеренных значений k,входящих в каждый диапазон разбиения – Nизм. На Рисунке 3.23 представленагистограмма выборки – зависимость количества измеренных значений k отсоответствующего диапазона разбиения.

Характеристики

Список файлов диссертации