Исследование структуры газожидкостных потоков оптическими методами

• Автор: Белоусов, Андрей Петрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ГЛАВА I. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКОВ
1.1 Бесконтактные методы
1.2 Контактные методы
ГЛАВА II ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗОНДИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ СО СФЕРИЧЕСКИМИ ГРАНИЦАМИ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ В ГАЗОЖИДКОСТНЫХ ПОТОКАХ
2.1 Диагностика динамики движения двухфазных газожидкостных
потоков
2.2 Оценка пространственного разрешения световолоконного датчика
2.3 Оптоволоконное зондирование двухфазных газожидкостных потоков (круглые капли жидкости в газе)
2.4 Измерение размера капель и газовых пузырей в двухфазных потоках. 62 ГЛАВА III ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОНАСЫЩЕННОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
3.1 Методы воздействия на структуру пограничного слоя и снижения сопротивления
3.2 Описание экспериментальной установки
3.3 Особенности применяемых волоконно-оптических методов
3.4 Экспериментальные результаты
ГЛАВА IV ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОНАСЫЩЕННОЙ ИМПАКТНОЙ СТРУИ МЕТОДОМ РЩ/ЫГ
4.1 Описание экспериментальной установки и метода измерения
4.2 Анализ дисперсного состава газожидкостного потока
4.3 Пространственное распределение объемного содержания газовой
фазы

4.4 Анализ влияния дисперсной фазы на гидродинамические характеристики потока
4.5 Статистический анализ размеров вихревых образований
ГЛАВА V ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ ТЕЧЕНИЙ В ШАРОВЫХ ЗАСЫПКАХ
5.1 Оптические свойства одиночной шаровой линзы
5.2 Исследование возможности применения элементов шаровой засыпки
для передачи изображения
5.3 Изучение пленочного течения жидкости в кубической упаковке
шаров
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность темы. Двухфазные газожидкостные потоки используются в энергетике, химической промышленности, биологии, металлургии, добычи и транспортировке нефти. Повышение эффективности работы промышленных установок в существенной степени определяется пониманием гидродинамики происходящих процессов. Приводимые в литературе данные не всегда позволяют построить цельную картину явлений, выделить факторы, оказывающие определяющее влияние на гидродинамические процессы. Ввиду сложности задач расчетные модели, используемые в настоящее время, требуют привлечения большого количества эмпирической информации, полученной с применением невозмущающих измерительных технологий. В невозмущающей диагностике потоков наиболее плодотворными являются оптические методы. Однако в задачах экспериментальной гидродинамики газожидкостных сред и пленочных течений наряду с традиционным подходом существуют проблемы, решение которых связано с необходимостью разработки и применения адекватных проблемно-ориентированных оптических технологий и средств, обеспечивающих обоснование новых физических моделей изучаемых явлений и проверку существующих представлений. Эти задачи и вопросы составляют предмет диссертационных исследований.
Цель работы - изучение гидродинамики нескольких типов газожидкостных потоков: пограничного слоя со снижением сопротивления, затопленной газонасыщенной импактной струи и пленочного течения в шаровой засыпке. Развитие экспериментальных оптических методов, позволяющих получать новую информацию о локальной структуре газожидкостных потоков.
Научная новизна:
1. Расширены функциональные возможности лазерной доплеровской анемометрии газожидкостных потоков путем теоретического и

необходимо провести более тщательный анализ взаимодействия световой волны, выходящей из световолоконного датчика с газовыми пузырьками и жидкой мелкодисперсной шарообразной фракцией.
Рассмотрим влияние газового пузырька радиуса Я на распространение лазерного пучка, выходящего из световолоконного датчика. Газовый пузырь в жидкой среде представляет собой оптический элемент, состоящий из двух отражающих и преломляющих поверхностей, характеризующимися
оптическими силами. Согласно [261] для них могут быть написаны матрицы
преломления и отражения. Промежутки между
выходным торцом
световолоконного датчика и первой отражающей
поверхностью, а также между отражающими поверхностями газового пузыря могут быть описаны матрицами
перемещения Т. В результате, в параксиальном приближении можно
определить матрицы рассматриваемых оптических систем для случая отражения световой волны от первой сферической поверхности газового пузыря, обращенной к световолоконному датчику и второй отражающей поверхностью. На рис. 2.2 приведена схема оптической системы,
действующей при отражении выходящего из волокна лазерного пучка от стенок пузыря и возвращении в плоскость выходного торца волокна.
На рис. 2.2 опорные плоскости ОП/ и ОП2 совпадают с плоскостью выходного торца волокна. Рассчитаем сначала матрицу отражающей оптической системы при отражении от передней стенки газового пузыря радиуса Я. Показатель преломления газа внутри пузыря принят равным единице («2=1). Показатель преломления жидкости = п. Расстояние от торца световода до вершины сферической поверхности, пересекающей
Рис. 2.2. Схема взаимодействия оптического зонда и газового пузырька