Методы расчета гидродинамических и массообменных характеристик газожидкостных аппаратов с закрученными струями

• Автор: Кислов, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 Обзор конструкций и расчетных моделей струйных аппаратов

1.1 Классификация струйных аппаратов

1.1.1 Аппараты с затопленной струей

1.1.2 Аппараты со свободной струей

1.2 Методы математического описания струйной аэрации жидкости

1.2.1 Инжектирующая способность струи

1.2.2 Геометрия газожидкостной зоны

1.2.3 Г азосодержание в аэрируемой области

1.2.4 Размер газовых пузырей
1.2.5 Поверхность контакта фаз
1.2.6 Скорость массообмена
1.2.7 Влияние формы насадка на аэрацию жидкости
1.3 Выводы по главе
1.4 Постановка задач исследования
2 Теоретическое исследование струйного процесса
2.1 Новая конструкция струйного аппарата
2.2 Теоретическое решение задачи распространения газожидкостной
2.2.1 Моделирование процесса
2.2.2 Распространение незакрученной струи
2.2.3 Распространение цилиндрической закрученной струи
2.2.4 Распространение конической струи
2.2.5 Приповерхностный тороидальный вихрь
2.3 Методика проведения экспериментальных исследований
2.3.1 Исследовательская установка
2.3.2 Геометрические размеры области аэрирования
2.3.3 Скорость массообмена
2.4 Выводы по главе
3 Экспериментальное исследование газожидкостных струйных аппаратов
3.1 Глубина области аэрирования незакрученной струи
3.2 Диаметр области аэрирования незакрученной струи
3.3 Влияние закрутки на геометрические размеры области аэрирования
3.4 Фаза распада струи
3.5 Массообменные характеристики процесса с закрученными струями
3.7 Выводы по главе
4 Инженерная методика расчета струйных аппаратов
4.1 Примеры аппаратурного оформления
4.2 Методика расчета струйного аппарата
4.3 Пример расчета струйного аппарата
4.4 Использование методики в других приложениях
4.5 Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Сначала рассмотрен теоретический метод моделирования течения газо-жидкостной смеси в объеме аппарата методом конечных элементов. На основе полученных решений выведены закономерности изменения геометрических размеров области аэрирования от начальных условий истечения струи. Также представлены методы экспериментального исследования струйного процесса в опытной установке: замер геометрических размеров области аэрирования и определения скорости массообмена. В главе «Инженерная методика расчета струйных аппаратов» представлена методика расчета струйного аппарата па основе выведенных закономерностей. Приведен пример расчета струйного аппарата для микробиологической очистки сточных вод, аналогичного по характеристикам экспериментальной установке. Также приведены рекомендации по использованию установленных зависимостей для расчетов струйных систем с другими компонентами. Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность и благодарность к. Сугаку А. В., проявившему большую заинтересованность в формировании работы, обсуждении результатов и научном консультировании. К струйным аппаратам относятся устройства, в которых происходит перемешивание двух потоков, сопровождающееся обменом энергии. В результате из камеры смешения выходит смешанный поток. Смешиваемые потоки находятся в газовой или жидкой фазе или представляют собой смесь газа, жидкости и твердых тел. Среда, находящаяся перед устройством смешения при более высоком давлении, является рабочей, среда с меньшим давлением называется инжектируемой. Принципиальная схема устройства смешения струйного аппарата представлена на рисунке 1. Рисунок 1. Принцип работы струйного аппарата следующий: рабочая среда выходит из сопла 1 в приемную камеру 2 струйного аппарата с большой скоростью и увлекает инжектируемую среду, имеющую перед аппаратом более низкое давление. Потоки рабочей и инжектируемой сред поступают в камеру смешения 3, где происходит выравнивание скоростей потоков и их смешение. После смешения смесь выходит из диффузора 4. Давление инжектируемого потока на выходе их диффузора выше давления инжектируемого потока, поступающего в приемную камеру. В настоящее время отсутствует общепринятая классификация струйных аппаратов []: в литературе струйные аппараты одного и того же типа встречаются под самыми различными названиями: инжекторы, компрессоры, эжекторы, элеваторы, насосы и др. Поэтому существует несколько подходов к классификации струйных аппаратов. К аппаратам такого типа относятся, например, струйные инжекторы и эжекторы для газовых сред. Устройствами данного типа являются аппараты гидро- и пневмотранспорта для транспортировки сыпучих и других твердых сред. Также к этой группе относятся газо-жидкостные аппараты: аэро-тенки, смесители, газо-жидкостные инжекторы и множество других типов аппаратов. Газо-жидкостные аппараты, являясь объектом изучения данной работы, будут рассмотрены более подробно; взаимодействующие среды изменяют свое агрегатное состояние. В результате смешения и обмена тепловой энергией происходят процессы изменения агрегатного состояния фаз: конденсация, испарение или другие процессы. К аппаратам данного типа относятся пароводяные инжекторы и смешивающие подогреватели. Объектом исследования диссертации являются газо-жидкостные струйные аппараты. В таких аппаратах рабочей средой обычно является жидкость, а инжекционной средой - газ. Четкой границы между эжекционными аппаратами и инжекционными нет. Оба типа являются устройствами для отбора газа и нагнетания его в жидкость. Па; рсж - давление сжатой среды на выходе из блока смешения, Па. Промежуточное положение между инжекторами и эжекторами занимают струйные компрессоры, предназначенные для повышения давления газа в сети. Важной конструкционной особенностью струйных аппаратов является расположение газо-жидкостной струи относительно рабочего объема. Различают следующие виды аппаратов: с затопленной струей; со свободно падающей струей. Другим важным показателем струйного процесса является направление истечения струи.