Двухфазное пузырьковое течение в вертикальной трубе при малых газосодержаниях

• Автор: Лобанов, Павел Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 162 с. : ил.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГЛАВА I. ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ ТЕЧЕНИЙ И МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЯ

1Л. Модели расчета двухфазных течений

1.2. Экспериментальные исследования двухфазных потоков

1.3. Методы исследования двухфазных потоков

1.3.1. Бесконтактные методы исследования

1.3.2. Контактные методы

1.4. Задачи исследования

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВОК И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МЕТОДИК

2.1. Экспериментальные установки

2.1.1. Установка для исследования восходящего течения

2.1.2. Газожидкостные смесители для исследования восходящего течения
2.1.3. Установка для исследования опускного течения
2.1.4. Газожидкостные смесители для исследования опускного течения
2.2. Методы исследования, применявшиеся в работе и анализ погрешности
измерения
2.2.1. Оптический метод
2.2. Электродиффузионная методика измерения основных гидродинамических
характеристик течения
2.2.1 Измерение трения на стенке канала
2.2.2 Измерение скорости жидкости и локального газосодержания
2.3. Анализ погрешностей измерения
ГЛАВА НЕ ДВИЖЕНИЕ ОДИНОЧНОГО ПУЗЫРЬКА В ВОСХОДЯЩЕМ ЛАМИНАРНОМ ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ
3.1. Расположение пузырька в трубе и его скорость скольжения
3.2. Влияние одиночного пузырька на структуру потока вблизи стенки
Выводы
ГЛАВА 4. ВОСХОДЯЩЕЕ ПУЗЫРЬКОВОЕ ТЕЧЕНИЕ. АСИММЕТРИЯ ТРЕНИЯ И ИСТИННОЕ ГАЗОСОДЕРЖАНИЕ
4.1. Напряжение трения на стенке трубы
4.2 Асимметрия течения
4.3. Истинное объемное газосодержание
Выводы
ГЛАВА V. ЛОКАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ОПУСКНОГО ПУЗЫРЬКОВОГО ТЕЧЕНИЯ ПРИ МАЛЫХ ГАЗОСОДЕРЖАНИЯХ
5.1. Локальные характеристики опускного потока при малых газосодержаниях
5.1.1. Локальное газосодержание
5.1.2. Распределение скорости жидкости
5.1.3. Напряжение трения на стенке
5.2. Особенности поведения пульсационных характеристик опускного течения
5.2.1. Пульсации скорости жидкости
5.2.2. Пульсации трения на стенке
5.3. Сравнение с расчетом по к-£ модели
5.3.1. Модель для расчета
5.3.2. Сравнение расчета с результатами эксперимента
Выводы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
г, Я - радиус [м] х, у, ъ - координаты
ЗУ' - приведенная скорость жидкости [м/с]
ЗУ” - приведенная скорость газа [м/с]
ЗУСМ - скорость смеси [м/с]
Уда - скорость всплытия одиночного пузырька в свободном объеме
г+ - расстояние от оси трубы до центра пузырька [м]
а - локальное газосодердание
Ф - истинное газосодержание
(3 - расходное объемное газосодержание
I - температура [ С]
т - напряжение трения на стенке [Н/м2]
р - плотность [кг/м3]
V - коэффициент кинематической вязкости [м2/с] р - коэффициент динамической вязкости [Па* с] g - гравитационная постоянная [м/с“]
Р - давление [Па]
Е, - коэффициент гидравлического сопротивления я)у - скорость дрейфа [м/с]
- приведенная скорость дрейфа [м/с]
Б - сила [Н]
Со - параметр распределения в модели потока дрейфа и - локальная скорость жидкости [м/с]
Уп - скорость пузырька [м/с]
О - коэффициент диффузии
С0 - коэффициент сопротивления пузыря
Б - число Фарадея = 96500 [кл/моль]
участка газожидкостная смесь попадала в основной бак, где происходила сепарация газа. В нижней части рабочего участка находились манометр 9 и вентиль 10 для поддержания в рабочем участке давления выше атмосферного и исключения кавитации (разрыва потока) и проникновения в участок газа снаружи. Измерения локальных гидродинамических параметров течения проводились на расстоянии 2 м ниже по потоку от начала опускного участка трубы. Температура рабочей жидкости поддерживалась постоянной с помощью автоматической системы термостабилизации в пределах 25±0.2° С.
2.1.4. Газожидкостные смесители для исследования опускного течения
Схема газожидкостного смесителя, используемого для получения мелких пузырьков, показана на рис. 2.4. Поток, подаваемый насосом, разделялся на две напорные линии, имеющие отдельные системы регулирования. Жидкость из первой линии подавалась через три штуцера в большой объем 2, необходимый для предотвращения влияния ввода жидкости на поток в узком кольцевом зазоре 3, образованном внутренней поверхностью смесителя 6 и наружной поверхностью центрального тела 7, где и происходил отрыв пузырьков от капилляров 4, зашлифованных заподлицо со стенкой. Ширина щели составляла 200 мкм. Далее поток из щели смешивался с потоком второй напорной линии, поступавшей через штуцер 5 в отверстие в центральном теле 6. Через три штуцера газ подавался в большой ресивер, предназначенный для установления одинакового давления на входе в капилляры и снижения пульсаций в газонапорной линии. Внутренний диаметр капилляров составлял 200 мкм. Конструкция этого смесителя аналогична конструкции М - инжектора, использованного в восходящем потоке. Размер пузырей в такой системе зависит от следующих параметров: 1 - расхода газа через капилляр (этот расход должен соответствовать режиму одиночного отрыва пузыря), 2 -скорости жидкости в щели, 3 - ширины кольцеобразной щели, 4 - количества капилляров и их внутреннего диаметра.