Взаимодействие газокапельных и пленочных потоков применительно к центробежной сепарации (1095010), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Объем работы (без приложений) составляет 144 страницы машинописного текста.Личный вклад автора.В основу диссертации положены результаты научных исследований, выполненных автором на кафедре «Инженерная экология городского хозяйства» (ИЭГХ)Московского государственного университета инженерной экологии и в лаборатории механики сложных жидкостей Института проблем механики им.

А.Ю. Ишлинского РАН (ИПМех РАН). Личный вклад автора состоит в разработке и участии в создании двух исследовательских установок, непосредственном проведенииэкспериментов, обработке, анализе и обобщении полученных данных.2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированыцель, научная новизна, отражены основные результаты работы, определена их научная и практическая ценность.В первой главе проведен обзор теоретических и экспериментальных исследований в области гидродинамики двухфазных потоков применительно к центро5бежной сепарации. Рассмотрены особенности течения и разделения газожидкостных потоков в центробежных сепараторах, влияние параметров газокапельногопотока и геометрии аппарата на эффективность разделения, механизмы возникновения вторичного уноса.

Различные аспекты течений в центробежных сепараторахизучались многими отечественными исследователями: А.М. Кутеповым, С.С. Кутателадзе, Б.И. Нигматулиным, М.А. Гольдштиком, А.А. Халатовым, Д.А. Барановым, Б.Г. Покусаевым, В.Г. Систером, М.Г. Лагуткиным, А.Ю. Вальдбергом,Ю.В. Мартыновым. Среди зарубежных исследований по данной тематике можновыделить монографию А.

Гупты, Д. Лилли и Н. Сайреда и др.Были систематизированы имеющиеся в настоящий момент в отечественнойи зарубежной литературе теоретические и экспериментальные результаты исследований гидродинамических процессов в газожидкостных системах с капельныморошением поверхности. Анализ источников показал отсутствие экспериментальных исследований, содержащих детальную визуальную картину взаимодействияотдельной капли с движущейся пленкой жидкости.Во второй главе приведено описание экспериментальной установки, разработанной и созданной совместно с ИПМех РАН для анализа упрощенной моделимеханизма возникновения вторичного уноса в ходе центробежной сепарации засчет взаимодействия капель из разделяемого потока с отсепарированной пленкойжидкости.

Упрощение заключается в следующем: в экспериментах вместо центробежной силы на падающую каплю действует гравитационная сила, толщинапленки и диаметр капель на порядок превышают соответствующие параметры, характерные для центробежных сепараторов. Однако данная модель позволила с использованием имеющихся технических средств получить поддающуюся последующему анализу детальную картину ударного взаимодействия капли с пленкойжидкости с возможностью точной регистрации размеров возмущений, в том числе, фракционного состава вторичных капель.

Также для большего приближения кмодели взаимодействия капель с отсепарированной пленкой жидкости в центробежных сепараторах, где капли падают на пленку под некоторым углом, былипроведены эксперименты по капельному орошению пленки при варьировании угла наклона слоя жидкости.Схема установки показана на рис. 1. Описана методика проведения экспериментов и обработки полученных данных. С помощью высокоскоростной видеокамеры (с частотой съемки 200 кадров/с и экспозицией до 1 мс) были детально зафиксированы характер развития и параметры каверны, короны, султана,вторичных капель от падения отдельной капли на движущийся горизонтальноили под некоторым углом наклона слой жидкости.Эксперименты проводились при варьировании следующих начальных параметров: высоты падения капель (hпад – 0,7; 1; 1,25 и 1,5 м); диаметра падающихкапель (dкап ≈ 3,8; 4,3 и 5,5 мм); угла наклона поверхности слоя жидкости относительно горизонтали (α - 0о, 2о, 5о, 7о, 10о); скорости движения слоя жидкости(υсл - от 0 до 0,65 м/с); толщины пленки жидкости (δсл – от 1 до 22 мм).В качестве жидкости в экспериментах использовалась водопроводная вода.6Рис.

1. Схема экспериментальной установки по исследованию ударного взаимодействиякапли с пленкой жидкостиПроведен качественный анализ влияния на геометрические параметрывозмущений, относительный объем, количество и размеры вторичных капельхарактеристик пленки жидкости и падающей капли. В диапазоне исследованныхрежимных параметров выявлены следующие особенности:- изменение υсл (величина которой в экспериментах была на порядокменьше скорости падения капли υкап) и небольшое изменение δсл существенновлияет на картину и параметры возмущений;- падение капли на движущуюся пленку жидкости приводит к появлениюугла отклонения султана (в случае его возникновения) от вертикального положения в сторону движения пленки жидкости β, который увеличивается с ростомυсл и α;- высота султана hсул уменьшается с ростом υсл и α и уменьшением dкап;- высота султана hсул с ростом hпад возрастает при δсл ≥ 2 мм и уменьшаетсяпри δсл ≤ 1,5 мм;- диаметр султана dcул увеличивается с ростом υсл и α;- диаметр каверны Dкав и высота короны hкор увеличиваются с повышениемhпад и dкап и уменьшением α.

Также Dкав увеличивается с ростом υсл;- относительный диаметр каверны Dкав/dкап незначительно увеличивается сростом υсл и hпад и уменьшается при увеличении α и dкап.Установлены механизмы образования вторичных капель от ударноговзаимодействия капли с пленкой жидкости:- за счет разрушения султана (в случае его возникновения) (рис. 2);- за счет разрушения короны (рис. 3).7а) t = 20 мсб) t = 35 мсв) t = 110 мсг) t = 130 мсРис. 2.

Динамика развития картины взаимодействия капли диаметром dкап = 4,6 мм, падающейс высоты hпад = 1,5 м, с неподвижным горизонтальным слоем жидкости толщиной δсл = 3 мм,hкор – высота короны, Rкав – глубина каверны, Dкав – диаметр каверны, hсул – высота султана,dсул – диаметр султанаа) t = 5 мсб) t = 15 мсв) t = 25 мсг) t = 45 мсРис. 3.

Моменты разрушения короны, образующейся от соударения падающей с высотыhпад=0,7 м капли dкап = 4,4 мм с движущимся слоем жидкости толщиной δсл = 1 мм (α = 10о)при υсл = 0,33 м/сВыявлено, что в случае образования вторичных капель за счет разрушениясултана (рис. 4), кривая зависимости относительного суммарного объема вторичных капель Vвт.кап/Vкап от скорости слоя υсл имеет максимум. С увеличениемυсл при образовании вторичных капель за счет разрушения короны (рис.

5) линейно возрастает Vвт.кап/Vкап.Vвт.кап/VкапVвт.кап/Vкап1,51,2510,750,50,253,52,51,50,5υсл, м/c00,025 0,05 0,0750,10,30,125Рис. 4. Зависимость Vвт.кап/Vкап от υсл приhпад=1 м, dкап=4,3мм, α = 0о, δсл=4мм0,40,50,6dкап=4,9 мм; hпад=1,5 мdкап=4,4 мм; hпад=0,7 мυсл, м/cРис. 5. Зависимость Vвт.кап/Vкап от υсл приδсл=1мм, α=10оУстановлено, что Vвт.кап/Vкап линейно возрастет с уменьшением δсл из-заболее интенсивного отрыва крупных капель от короны и султана (рис.

6).8Vвт.кап/Vкап2,521,510,51,52,53,54,5δсл, ммРис. 6. Зависимость Vвт.кап/Vкап от δсл при hпад=1 м,dкап= 4,3 мм, α= 0о, υсл = 0С ростом dкап или hпад капля выбивает большее количество жидкости и величина Vвт.кап/Vкап монотонно увеличивается (рис. 7, 8).Vвт.кап/Vкап43210hпад, м0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6α=0, δсл=4 мм, υсл=0,114 м/сα=7, δсл=1,5 мм, υсл=0,58 м/сРис. 7.

Зависимость Vвт.кап/Vкап от hпад приdкап=4,5 ммVвт.кап/Vкап43210dкап, мм3,84 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2α=0, hпад=1,5 м, δсл=5,5 мм, υсл=0,16 м/сα=2, hпад=0,7 м, δсл=1,5 мм, υсл=0,36 м/сα=2, hпад=1 м, δсл=2 мм, υсл=0,21 м/сα=7, hпад=1 м, δсл=1,5 мм, υсл=0,4 м/сРис. 8. Зависимость Vвт.кап/Vкап от dкапОтносительная погрешность величины Vвт.кап/ Vкап (рис. 4 - 8) не превышает 4,2÷5,5% с доверительной вероятностью 0,95.Анализ зависимостей (рис. 4 - 8) показал, что параметрами, наиболее существенно влияющими на образование вторичных капель, являются диаметр падающей капли и толщина слоя жидкости.

На этом основании граница действиядвух механизмов образования вторичных капель выражена через введенныйбезразмерный параметрRкав. расч сл, в котором расчетная максимально возможная (вслучае отсутствия влияния дна лотка на развитие каверны) глубина каверны определялась по формуле [1, 2]:Rкав. расч   d   2 кап 2     2   ж  g  d 2 кап     ж капж  g 12(1).Установлено, что при Rкав.расч/δсл ≤ 3,3 образование вторичных капель происходит за счет разрушения султана, а при Rкав.расч/δсл ≥ 3,3 - за счет разрушениякороны.Получены эмпирические зависимости (рис. 9) и разработан метод расчетаотносительного суммарного объема вторичных капель для двух механизмов их9образования. Для обобщенной оценки зависимости Vвт.кап/Vкап от параметровпленки жидкости и падающей капли введен комплексный безразмерный параметр соударения, характеризующий соотношение инерционных сил падающейкапли, слоя жидкости и силы поверхностного натяжения данной жидкости:0 ,1где Weкап Frкап Frсл  ,J  Weкап Frкап2 ж   кап  Cos   d кап кап  Cos 2g  d кап(2)- число Вебера для падающей капли;, Frсл  2 сл- число Фруда для капли и слоя жидкости,g   слсоответственно.Vвт.кап/Vкап1210Rкав.расч/δсл ≥ 3,3Rкав.расч/δсл ≤ 3,38642011,11,21,31,41,51,61,71,8JРис.

9. Зависимость Vвт.кап/Vкап от обобщенного параметра cоударения JОтносительная погрешность величины Vвт.кап/Vкап (рис. 9) составляет(4,2÷5,2)% с доверительной вероятностью 0,95.В результате критериальные эмпирические зависимости для расчета величины Vвт.кап/Vкап выглядят следующим образом:Vвт.капR 108,8  J 2  304,6  J  213 , при кав. расч  3,3 , (3)Vкап слVвт.капR 0,0001  J 18,7 , при кав.

Характеристики

Список файлов диссертации