Культивирование фототрофов в аппаратах с гибкими перемешивающими устройствами (1095049), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Кавитационная гидродинамика полосногофотобиореактора. Материалы XIII Международной конференции идискуссионного научного клуба «Новые информационные технологии вмедицине, биологии, фармакологии и экологии» / Украина, Гурзуф, 2005г., с. 174-175.93.Казенин Д.А., Жаворонков В.А., Петров И.А., Гладышев П.А., ЕрмошинН.Г. Полуэмпирическая модель газообмена в полостном аппарате /Сборник трудов XVIII международной научной конференции«Математические методы в технике и технологиях », Т. 1, Казань, ГКТУ,2005.г.,с.190-192.94.Жаворонков В.А., Казенин Д.А., Петров И.А., Кавитационнаягидродинамика и вихревой массообмен в полостном аппарате.Современные проблемы аэрогидродинамики.
Тезисы докладов XIII школы- семинара, М.:МГУ, 2005 г., с.39 - 40.84ПРИЛОЖЕНИЕ 1.1.1 Описание тарировочного стенда для определения коэффициентатрубки.В измерениях использовалась трубка Пито-Прандтля [43] конструкцииНИИОГАЗ с диаметром носика приемника полного напора 3.5 мм, и длиной0,5 м, представленная на рис. 1.1Рис. 1.1 Трубка Пито - Прандтля*Тарирование проводилось (во всем диапазоне рабочих скоростей от 1 до13 м/с) объемным методом на гидравлическом стенде, представляющемсобой систему, заполненную водой и состоящую из центробежного насоса,трубопровода,оснащенногозапорнымикранамиирегулирующимивентилями, включающего в себя прямолинейный участок трубы диаметром d=0,127 м и длиною I = 5,5 м (не менее 40 диаметров).
Стенд был оснащенсоплом Витошинского, соединенным с мерным баком объемом 100 л.,давление контролировалось дифманометрами.Тарируемаятрубкапомещаласьвравномерноеполескоростиистекающей из сопла Витошинского воды, поступающей в мерный бак, приэтом приемники полного напора и статического давлениятрубки Пито-Прандтля заполнялись водой и посредством силиконовых шлангов былисоединены с двумя дифманометрами, сообщающимися с атмосферой. Такимобразом, разница в показаниях дифманометров представляла собой не чтоиное, как динамический напор, регистрируемый нашей трубкой.85Пример тарировочного расчета приведен ниже.Диаметр трубы - 0,0127 (м)Плош,адь сечения трубы - S = 1,266 х 10""*Заполненный объем воды -(м ^)Q = 100 л = 100 дм '^ = 10"' (м ^)Время заполнения объема -t = 366 (сек.)V = Q/ S = 10-' /366 X 1,266 X 10-^Полный напор жидкости= 2,35 (м/с)Р п.= 1985 (мм.
вод. ст.)Статическое давление жидкости Р ст. = 1941 (мм. вод. ст.)Динамический напорАР д. = 44 (мм. вод. ст.)Значение окружной составляющей вектора скорости потока жидкости,измеренныеприпомощитрубкойПито-Прандтля,вычисляетсяпоизмеренному динамическому напору в соответствии с уравнением Бернуллипо формуле:(1-1)рв ходе тарирования засекалось время заполнения объема мерного бака ипри известном расходе и площади сечения, трубы вычислялась скорость. Онасоставила в рассмотренном выше примере - 2,35 м/с.Согласно показаниям трубки по динамическому напору вычислялосьизмеренное значение скорости в сопле. Оно составило 2,94 м/сТеперь путем простых вычислений, зная истинное значение скоростиводы в сопле Витошинского, находим поправочный коэффициент трубкиПито - Прандтля.Он равняется отношению истинной скорости к измеренному трубкойзначению.Кр= V/Vu,.,= (2,35/2,94) = 0,8Среднийкоэффициентпреобразованиядинамического(1.2)(скоростного)давления трубки во всем диапазоне рабочих скоростей К^р ~ 0,8.86Тарировочная кривая14•• l —ая (ри зая 1—•1груб КИ! : К =У^o.eJ1121.1110"о"3, 8у-.
.ОТ\уут—6с/о—ГА//гг,1——-50010001500Динамический напор (мм вод.ст.)Рис. 1.2 Тарировочная кривая трубки Пито-Прандтля1.2 Гидродинамические измерения окружной скоростиГидродинамические измерения окружной скорости в полостном аппаратепроводились с целью проверки теоретических предположений о движениижидкости вслед за гибкими цилиндрическими лопастями мешалки снекоторым скоростным лагом. Измерения распределения окружной скоростипроводились по радиусу аппарата и представлены в таблице 1.1.
Ониосуш,ествлялись с помощью трубки Пито - Прандтля, тарированной нагидравлическом стенде по обычной методике, описанной выше.Поля окружных скоростей в аппарате представлены на рис. 1.4. Изграфиков видно, что окружные скорости в аппарате значительно изменяютсяпо радиусу. Имея определенную величину вблизи стенки, скорость, плавно87повышается в направлении к поверхности полости, где, по-видимому, имеетместо ее максимум.Исходя из визуально наблюдаемой гидродинамической структуры потокав аппарате, можно сделать предположение о том, что характер распределениятангенциальных составляющих скоростей v, потока в значительной степенисходен с характером распределения абсолютных скоростей. Тангенциальныесоставляющие скорости жидкости непосредственно вблизи поверхностиполостинезначительно отклоняются от значений окружных скоростеймешалки, но уже на расстоянии 1/3 толщины слоя жидкости, их значенияуменьшаются почти на 15 % , и далее уменьшаются по мере приближения кстенкеаппарата.
Практическиэтообъясняетсядиссипациейэнергиивращения в слое жидкого кольца. Однако следует заметить, что измерения спомощью трубки Пито - Прандтля можно было осуществить на радиальныхрасстояниях не меньше, чем 25 мм от поверхностиполости ввидувозможного контакта измерительной трубки с вращающимися лопастямимешалки.Значения окружной скорости непосредственно на границе полости можнобыло оценить лишь косвенно, с помощью измерения соотношений длинтреков частиц, полученных при фотографировании сверху, оставляемыхзафиксированным навведенныхв рабочеепленке движениемпространствополипропиленовыхаппарата (диаметромшариков,3 мм и сплотностью, близкой по своему значению к плотности воды) с цельювизуализациивращающегосяструктурыпотока.Припотока подтверждаютсястробоскопическомданные о егооблучениитангенциальнойскорости.Па графиках радиального распределения окружной скорости по радиусумаксимальные значения профилей окружных скоростейполучены, не спомощью трубки Пито - Прандтля, а оценены фотографическим методом.Следует отметить, что расстояние между значениями скорости мешалки искоростями жидкости, отмеченное на рис.
1.4 вертикальным отрезком,88позволяет оценить скоростной лаг (отставание скорости жидкостинагранице полости от скорости движения гибкой лопасти), определяющийсогласно расчетам в [95] интенсивность газообмена в полостном аппарате.Рис. 1.3 Трубка Пито - Прапдтля в рабочем потоке жидкостиОкружная скорость жидкости при различной частотевращения мешалкиП^4~-200 об/мин-о-250 об/мин-•-300 об/мин~х-350 об/мин-е- 400 об/мин-ж-450 об/мин-й-500 об/мин-о-550 об/мин1-йг-600 об/минОРис. 1.4 Профиль окружных скоростей в аппарате891083,69873,31763,09702,961060,561704,621364,141193,871043,615,631740,832445,541974,971714,641534,397,546,592660,953316,452675,792325,42065,0841,898,637,573851,064347,383506,633046,182805,9345047,19,668,415331,255498,34427,453856,953536,6650052,3310,739,427241,316779,225468,284757,724367,455057,611,810,49311,4182010,26619,115758,55138,0360062,812,8711,312351,5697611,17879,946819,256288,88USС^1JlN,(Вт)эксп.20020,914,293,725625026,195,374,8130031,46,4635036,6140090СкоростьжидкостиR = 0,270 мV(м/соX сач SОн SСкоростьжидкостиR = 0,285 мV(м/срг динмм.вод.ста"дин0),1/сСкоростьжидкостиR = 0,25 мV(м/сММ.ВОД.СТ0,57n,(об/мим)"динСкоростьжидкостиR = 0,225 мV(м/с)СкоростьММ.ВОД.СТСкоростной лаграсчетный (м/с)Таблица1.1Экснериментальные значения динамического нанора и окружнойскорости в аннаратеПРИЛОЖЕНИЕ 22.1 Измерения энергозатрат на неремешивание в режимах, образующихиолостьДля выявления структуры полости, а также основных гидродинамическиххарактеристик аппарата, необходимых для формирования полости, намибыли проведены экспериментальные исследования затрат мощности напроцесс перемешивания в фотобиореакторе, в зависимости от частотывращения гибкой мешалки, типа «беличье колесо».Рис.
2.1 Определение затрат мощности холостого ходаДляпрогнозированиямассообменныхпроцессовгидродинамической структуры взаимодействия системыиопределениятвердое теломешалки - газ - жидкость, при образовании полости, в аппарате былипроведены исследованияповерхности полости методом визуализации спомощью цифровой фотосъемки.
На рис.2.1 отражен процесс измерениязатрат холостого хода в пустом аппарате.При исследовании процесса формирования полости на установке,представленной на рис. 2.1 (Глава 2), при различном числе лопастей гибкоймешалки было экспериментально установлено, что для образования полостинеобходимо как минимум - 4 лопасти, а уже при 2 лопастях полость неудается сформировать, так как возникает значительная неоднородностьпотока и существенные вибрационные нагрузки в узле подшипника.91На рис. 2.2 - 2.4 представлен процесс формирования полости. Как видноиз рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
