Структура двухфазного пузырькового течения в горизонтальном и слабонаклонном канале

• Автор: Каипова, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Основные обозначения:

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Модели расчета двухфазных газожидкостных течений

1.2 Экспериментальные работы по исследованию газожидкостных течений

1.3 Методы измерения характеристик двухфазного потока

1.3.1. Способы визуализации пузырьковых потоков

1.3.2. Методы измерения локального и истинного газосодержания

1.3.3. Способы измерения скорости жидкости

1.3.4. Способы измерения напряжения трения на стенке

1.4. Постановка задачи

Глава 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Глава 3. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
3.1. Электрохимический метод измерения
3.1.1. Измерение трения на стенке
3.1.2. Измерение локального газосодержания и скорости жидкости
3.2 Анализ погрешностей измерения
Глава 4. ПУЗЫРЬКОВОЕ ТЕЧЕНИЕ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ПЛОСКОМ КАНАЛЕ
4.1. Распределение локального газосодержания
4.2. Профили скорости жидкости
4.3 Касательное напряжение трения на стенках
4.4. Перепад давления
Выводы
Глава 5. ПУЗЫРЬКОВОЕ ГАЗОЖИДКОСТНОЕ ТЕЧЕНИЕ В НАКЛОННОМ КАНАЛЕ
5.1 Распределение локального газосодержания
5.2 Зависимость трения на стенке от ориентации канала
5.3 Пульсационные характеристики течения
Выводы
Глава 6. КРУПНОМАСШТАБНЫЕ ПУЗЫРЬКОВЫЕ СТРУКТУРЫ В
ГОРИЗОНТАЛЬНОМ И СЛАБОНАКЛОННОМ ТЕЧЕНИИ В КАНАЛЕ
6.1 Визуальное наблюдение
6.2. Влияние пузырьковых кластеров на касательное напряжение трения на стенке
Выводы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

Основные обозначения:
"^-приведенная скорость жидкости, м/с;
Уо- приведенная скорость газа, м/с; у - расстояние от верхней стенки, мм; а- локальное газосодержание;
<а>- среднее по сечению газосодержание;
Р- расходное объемное газосодержание;
0 - угол наклона канала, град.;
V касательное напряжение трения на стенке, Н/м т^-среднеквадратичное значение пульсаций касательного
напряжения трения на стенке, Я/и2;
р. - коэффициент динамической вязкости, Нас;
V - коэффициент кинематической вязкости, м/с; и - скорость жидкости, м/с;
п - коэффициент, определяемый из калибровки;
А - коэффициент, определяемый из калибровки;
В - коэффициент, определяемый из калибровки;
1 - электрический ток в цепи, А;
Б - число Фарадея = 96500 кл/моль;
Б - коэффициент диффузии, м2/с; с10 - диаметр электрода, м; ё - наружний диаметр датчика, м; ёь - гидравлический диаметр канала, м;
1 - продольный размер датчика, м; й- поперечный размер канала, м; частота, Гц;
С0 - концентрация активных ионов в растворе, моль/м3.

Актуальность работы.
Двухфазные газожидкостные потоки встречаются в различных отраслях: теплоэнергетике, ядерной энергетике, химической, микробиологической промышленности и др. Газожидкостные течения реализуются при совместной транспортировке нефти и газа, используются в барботажных реакторах и других промышленных устройствах. Многообразие режимов потоков существенно усложняет теоретическое предсказание гидродинамики таких течений, требуя использования многочисленных гипотез, предположений и приближений. Нередко сложность структуры течения делает невозможным чисто теоретическое описание его поведения и требует использования эмпирических данных. Поэтому экспериментальное изучение газожидкостных потоков остается актуальным.
Известно, что гидродинамические характеристики газожидкостных течений (в отличие от однофазных) существенно зависят от режима течения смеси, от геометрии канала и направления движения фаз.
В литературе широко и подробно описаны экспериментальные исследования газожидкостных течений в вертикальных трубах и каналах. Гидродинамика течений в горизонтальных и наклонных трубах и каналах практически не изучена, тогда как именно в этих условиях наличие даже небольшого содержания газовой фазы в потоке может привести к существенным изменениям гидродинамических характеристик течения и проявлению новых эффектов. Следует отметить, что именно наклонные и горизонтальные газожидкостные течения реализуется при совместной транспортировке нефти и газа, а также при производстве тонкой фольги в электролизерах.
Большой интерес, как с научной, так и с инженерной стороны, представляет влияние газовой фазы на средние характеристики потока, такие как касательное напряжение трения на стенках, его пульсации, профили

хрупкость датчиков и необходимость с большой точностью поддерживать постоянную температуру жидкости. Кроме того возмущения, создаваемые тепловым потоком с датчика могут существенно влиять на гидродинамику течения. Кроме того, термоанемометры дают существенную погрешность в зонах с низкой скоростью жидкости. В работе [94] выполнены исследования гидродинамики пузырькового течения с помощью пленочного термоанемометра.
• Трубка Пито является широко известной методикой для измерения профилей скорости жидкости в однофазных течениях. Для уменьшения возмущения течения трубка должна быть относительно тонкой (1-2 мм). Трубки Пито могут состоять из пяти параллельных трубок, сопло каждой из которых соединено с манометром. Центральная трубка измеряет общее давление в системе, остальные, расположенные вокруг центральной, измеряют статическое давление. Такие трубки Пито позволяют исследовать как направление, так и скорость жидкости. В отличие от термоанемометров трубки Пито больше возмущают жидкость, что приводит к увеличению погрешности измерения, однако они менее хрупкие и могут применяться в течениях, в которых встречаются твердые включения.
• Л ДА- метод основан на эффекте Доплера [95]. По смещению длины волны отраженного от частицы (жидкости, пузыря) луча по сравнению с лучом лазера, направленного на объект, определяется поле скорости [96]. Основными достоинствами метода доплеровской анемометрии является невозмущающий характер измерений. Однако использование метода в двухфазных потоках встречает ряд затруднений связанных с влиянием дисперсной фазы потока на сигнал несущей фазы и спецификой одновременного измерения характеристик дисперсной фазы потока тем же самым инструментом. Для этого необходимы различные процедуры обработки сигналов дисперсной и непрерывной фаз потока, соответственно разные процедуры дискриминации сигналов от разных фаз потока, учет прерываний сигнала дисперсной фазой и др.