Взаимодействие газокапельных и пленочных потоков применительно к центробежной сепарации (1095010), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

расч  3,3 .(4)Vкап слОтносительная погрешность аппроксимации экспериментальных данныхсоставляет не более 23%.Экспериментальные данные, обобщенные на рис. 9, получены при следующих условиях: для Rкав.расч/δсл ≤ 3,3 при Weкап=(735÷1898), Frкап=(0,32÷0,71),Frсл=(0,001÷0,74); для Rкав.расч/δсл ≥ 3,3 при Weкап=(713÷2017), Frкап=(0,31÷0,71),Frсл=(0,16÷32,54).Расчет построен на следующих допущениях: жидкость - ньютоновская; вначальный момент температура в капле и пленке одинакова и не меняется впроцессе их взаимодействия.10Наименьший суммарный объем вторичных капель соответствует J≈1,4(рис. 9).Проанализирован фракционный состав вторичных капель и установленыдиапазоны их относительных размеров в зависимости от механизмов образования. Для области с J<1,4 с увеличением J диапазон размеров и максимальныйдиаметр вторичных капель уменьшается, а для области с J>1,4, наоборот, с повышением J увеличивается диапазон размеров и максимальный диаметр вторичных капель.В главе 3 приведено описание разработанной и созданной на кафедре«ИЭГХ» МГУИЭ экспериментальной установки (рис.

10) для исследований процесса центробежной сепарации. Описана методика проведения экспериментов иобработки полученных данных.Рис. 10. Блок-схема экспериментальной установки по исследованию процесса центробежнойсепарации газожидкостной смеси1 – воздуходувка; 2 - центробежный сепаратор; 3 - векторный преобразователь частоты с регулятором обратной связи; 4 - диафрагма; 5 - насос для подачи жидкости; 6 - емкость дляхранения и отбора жидкости; 7 - генератор капель (с регулируемой форсункой); 8 - расходомер; 9 - регулирующий вентиль форсунки; 10 – запорный вентиль; 11, 12 – емкости для сливажидкости; 13 – датчик температуры; 14 - датчики давления; 15 - компьютерная система (устройство для сбора и обработки данных); 16 - измеритель дисперсного состава частиц аэрозоляв воздушном потоке Malvern Spraytec; 17 – компрессор для обдува стекол смотровых труб;18– термоанемометр; 19 – термовлагомер; 20 – фотоаппарат; 21 – U-образный диффманометрИсследования проводились на системе вода-воздух при варьировании следующих параметров: степени закрутки потока на входе K вх 2Rк Lк Sin вх=10,3;f вх16,3; 27,9 и 76,2, высоты сепаратора Н - 570 и 800 мм, расхода газового потокаQг=19 ÷360 м3/час, расхода жидкости - Qж=26 ÷ 101 л/час, нагрузки по жидкости11Qж/Qг= 0,07 ÷ 4,78 л/м3.

При этом скорость газового потока на входе в центробежный сепаратор изменялась в диапазоне υвх= 1,6 ÷ 139 м/с.Газожидкостный поток создавался в генераторе капель, представляющемсобой регулируемую форсунку. Управление экспериментом осуществлялось спомощью компьютерной программы, написанной в среде Labview, со встроенной платой L-card 791 для автоматизации сбора, обработки и хранения полученных данных. К плате по отдельным каналам подсоединены датчики давления,диафрагма и расходомер.

С помощью лазерного анализатора размеров частицMalvern Spraytec регистрировался в режиме реального времени полидисперсныйсостав капель жидкой фазы в двухфазном потоке в диапазоне 0,2 ÷ 2000 мкм втрубе подвода газожидкостного потока и на выходе из выхлопной трубы сепаратора.Экспериментальные исследования проводились на разработанной сборноймодульной конструкции центробежного сепаратора (рис. 11).Рис.11.

Центробежный сепаратор1 – подводящая камера; 2 – цилиндр из оргстекла; 3 – стакан; 4 – входной тангенциальныйпатрубок; 5 – выхлопная труба; 6 – кольцевой элемент выхлопной трубы; 7 – вертикальнаяпластина; 8 – кольцевое основание для пластин; 9 – патрубок для удаления дисперсной фазы;10 – перегородка-ловушка; 11 – конический отбойник; 12 – зазор; ψвх – угол между осью тангенциального патрубка и радиусом; hцил – высота цилиндра из оргстекла; Н – высота сепаратора12В результате анализа полученных при фотосъемке кадров с изображениемкартины винтообразного движения пленки жидкости внутри сепаратора быловыявлено, что угол закрутки потока υ не зависит от расхода жидкой фазы Qж ивысоты сепаратора Н, и увеличивается с ростом степени закрутки потока навходе Квх, но преобладающее влияние на него оказывает величина среднерасходной скорости υср-расх, с повышением которой υ увеличивается (рис.

12).Влияние величины υср-расх на изменение общего гидравлического сопротивления ΔP, измеренного с помощью U-образного диффманометра, возрастаетс увеличением степени закрутки потока на входе Квх (рис. 13).φ,градусы80706050403020100ΔP, кПаυср-расх,0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5м/сКвх=10,3Квх=16,3Квх=27,943,532,521,510,50υср-расх,м/с0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5Квх=10,3Квх=76,2Рис. 12. Зависимость угла закрутки потока υот среднерасходной скорости потока υср-расхКвх=16,3Квх=27,9Квх=76,2Рис.

13. Зависимость гидравлическогосопротивления аппарата ΔP отсреднерасходной скорости υср-расхС помощью термоанемометра в отсутствие дисперсной среды в верхнейчасти цилиндрической зоны сепаратора были проведены измерения тангенциальной и осевой компонент скорости газового потока в 4-х поперечных сеченияхпо высоте сепаратора и в радиальном направлении на расстояниях 1; 11 и 22 ммот внутренней стенки сепаратора при варьировании расхода и степени закруткипотока на входе.

Для ввода зонда термоанемометра в цилиндре выполнены отверстия под углом γ = 75о, 165о, 255о, 345о.Выявлено, что при сохранении всех режимных параметров постоянными,значения осредненных по поперечным сечениям относительной тангенциальнойῡτг/υвх и осевой ῡог/υвх составляющих скорости газового потока уменьшаются отверхнего к нижнему сечению из-за предполагаемого постепенного уменьшенияKвх и потерь напора при его движении в сепараторе.

При увеличении Kвх разницав соответствующих значениях относительных составляющих скоростей междусечениями сокращается (снижается относительная неравномерность потока повысоте).При увеличении υвх за счет увеличения Kвх (при Qг ≈ const) значения ῡτг/υвхвозрастают от Kвх = 10,3 до 16,3, а при Kвх от 16,3 до 76,2 - убывают. Обнаружено, что существует некоторое пороговое значение степени закрутки, до которого13ее целесообразно повышать для увеличения тангенциальной составляющей скорости газового потока с целью повышения эффективности сепарации.

Нецелесообразность дальнейшего увеличения Kвх заключается и в возрастании при этомгидравлического сопротивления аппарата.При анализе графических зависимостей максимальных по радиусу r (средних по верхнему поперечному сечению) значений тангенциальной составляющей скорости газового потока внутри сепаратора ῡτг max от Kвх (рис. 14) выявлены две области: при Kвх<24 - область достаточно резких изменений ῡτг_max прислабом возрастании ΔP; при Kвх>24 - область незначительного увеличения ῡτг_maxпри сильном возрастании ΔP.

Значение Kвх≈24 для использованной в экспериментах конструкции центробежного сепаратора принято пороговым.ῡτг max, м/с302520151050510152025303540υср-расх=0,69 м/сυср-расх=2,19 м/с4550556065707580Kвхυср-расх=1,39 м/сυср-расх=2,83 м/сРис. 14. Зависимость ῡτг max от КвхПолучены экспериментальные зависимости отношения локальной тангенциальной составляющей скорости газового потока к осредненной по поперечному сечению тангенциальной составляющей скорости υτг/ῡτг и отношения локальной осевой составляющей скорости газового потока к осредненной по поперечному сечению осевой составляющей скорости υог/ῡог от относительного радиусаr/R в поперечных сечениях сепаратора при максимальном и минимальном значении Kвх.

Выявлено, что неравномерность потока по поперечным сечениямприсутствует, причем, в большей степени в верхнем сечении, где поток перестраивается. Далее, при движении по цилиндрическому каналу вниз относительная неравномерность потока падает.Установлено, что с увеличением степени закрутки потока на входе Kвх илирасхода газового потока Qг (при Kвх=const) степень неравномерности по поперечному сечению также уменьшается.Для выявления зависимости эффективности центробежной сепарации отвходных параметров газожидкостного потока учитывался вторичный унос за счетсрезания газовым потоком гребней поперечных волн отсепарированной пленкижидкости.

Эффективность определялась как функция отношения двух сил: увлекающей силы газового потока Fд , пропорциональной касательным напряжениямна межфазной поверхности, и силы поверхностного натяжения F :14F   f  д  F (5)Унос начинается, когда Fд ≥ F и при условии, что течение в волне – это течение простого сдвига, а сдвиговое напряжение по высоте пленки – постоянно.F В качестве аргумента, определяющего отношение  д  , введен безразмерный F «параметр уноса»:M  ж   ггжN m  Re пл1 / 3(6)где  г    г    ог - суммарная скорость газа вблизи поверхности жидкойпленки (вне газового погранслоя), м/c;2Re пл 2 ж   пл  - число Рейнольдса жидкой пленки;ж пл   2ж   2 ож - суммарная скорость пленки жидкости, м/с; ож м/c;Qж- осевая составляющая скорости движения пленки жидкости,  D   плж  ож  tg - тангенциальная составляющая скорости движения пленкижидкости, м/c.При этом в формуле (6) использован параметр вязкости N [3], в котором gзаменено на суммарное ускорение закрученной пленки жидкости g   g 2  g 21( g1  2жR- центробежное ускорение закрученной пленки жидкости):жNж Окончательно:g     f M  ..(7)(8)Расчет построен на следующих допущениях:1.

Углы закрутки жидкой пленки и газокапельного потока равны друг другу и не меняются по высоте циклона, т.е. соответствуют начальной закрутке потока.2. В условиях преобладающего влияния на снижение эффективности сепарации вторичного уноса с поверхности пленки предполагается, что вся жидкостьиз сепарируемого потока осела на его внутренней поверхности и сформировалапленку.153. Скорость газа над пленкой и скорость пленки постоянны – от начального участка и до переходной зоны – зоны разворота потока; изменением скоростипо высоте пленки пренебрегаем.4.

Пограничные слои между стенкой корпуса аппарата и пленкой жидкости, между пленкой жидкости и газовым потоком в расчетах не учитываются.5. Жидкость – ньютоновская, газожидкостный поток – изотермический.6. Пленка жидкости распределена по всей поверхности внутренней стенкицилиндрической части сепаратора.В результате обработки экспериментальных данных получена эмпирическая зависимость η от М (рис. 15).

Характеристики

Список файлов диссертации