УДК 532.138

 

МЕТОДАМИ ФОТО- И СКОРОСТНОЙ КИНОСЪЕМКИ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ СЛОЯ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ

 

                      ТарГУ им. М.Х.Дулати

 

                                кандидат  технических  наук   А.К.Тасыбаев

                               кандидат  технических  наук   Г.С.Боранкулова

 

Для исследования физической картины стадии образования ка­пель, а также для количественной оценки распределение капель по размерам и начальным скоростям применялась фото- и скоростная киносъемка.

          Фотографирование велось при постоянном боковом освещении объекта ртутной лампой мощностью 1 кВт на пленку Т-42.

Ввиду того, что применение фото- и скоростной киносъемки предъявляет специфические требование к условиям проведения исследуемого процесса, трудно реализуемые на экспериментальном стенде, была изготовлена вспомогательная установка, схема которой приведена на рис. 1.

Установка включает измерительную ячейку квадратного сечения 100x100 мм 1 с прозрачными стенками из оргстекла, по высоте которых выполнен ряд окон 2.

Воздух в ячейку подается с помощью газодувки 3. Расход воз­духа задается с помощью задвижки 4 и регистрируется с помощью ротаметра РМ-40 5.

В нижней части ячейки расположена сетчатая тарелка 6. Жид­кость в ячейку подается из напорного сосуда Бойля 7 и отводится в канализацию через сливное устройство 8. Расход ее задается с помощью вентиля 9 и регистрируется с помощью ротаметра РС-3 10. Сбоку от ящейки расположена осветительная лампа 11. Непосредственно у верхней границы барботажного слоя натянута контрольная проволка 12, которая служит в качестве точки отсчета расстояния и эталона диаметра при обработке кино и фотопленки.

Расстояние между объективом и объектом съемки составляло от 0.5 до 2 м.

Для экспериментального определения вида зависимости D3хn(D)=const, mх2(D)/2=mgh использовалась киносъемка с помощью скоростной киносъемочной камеры. При этом использовалась кинонегатив-А2, чувствительностью 400 ед. Частота съемки составляла 1000-2000 кад­ров в секунду.

Замедленный просмотр отснятой кинопленки производился при частоте 50 кадров в секунду.

При обработки снимков охватывались капли диаметром от 0,5 до 6 мм.

Вертикальная составляющая начальной скорости капель определялась по смещению ее изображения на различных кадров кино­пленки относительно изображения контрольной проволки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 1. Схема установки для проведения исследований методами фото- и скоростной киносъемки.

1-ячейка; 2-окно; 3-газодувка; 4-задвижка; 5, 10-ротаметры; 6-ситчатая тарелка; 7-сосуд  Бойля; 8-сливное устройство; 9-вентиль; 11-осветительная лампа; 12-контрольная проволока.

 

Результаты измерения зависимости начальной скорости капель от диаметра при различных скоростях газа приведены на рис. 2.

Приведенные результаты обобщены с помощью ЭВМ выражением:

 

D3х6 = A+ВW6     (1)  

   

Численные значения констант А и В для системы воздух-вода и растворов веществ, приведенных в таблице 1 составляют соответс­твенно: А=2,89*10-9 м9/с6; В=9,53*10-11 м8/с5.

 

Уравнение (1) с максимальной относительной погрешностью 15% описывает экспериментальные данные.

Как видно из приведенных графиков[1-4], геомет­рия контактного устройства существенно влияет на вид профилей уноса. Влияние это проявляется через локальное значение скорос­ти газовой фазы на данном участке барботажного слоя, что подт­верждают и авторы работ [1,2].

Кроме того, геометрия контактного устройства определяет профиль верхней

 

Рис. 2. Зависимость начальной скорости капли от их диаметра:1-10%- водный раствор КСl; 2-водный раствор капроновой кислоты, 2,32 г/л; 3-вода.

 

границы барботажного слоя. Среди прочих контак­тных устройств наибольшей неравномерностью распределения газо­вой фазы по тарелке и профиля верхней границы барботажного слоя отмечается колпачковая тарелка, которая имеет самый неравномер­ный профиль уноса.

Для оценки влияния скорости газа и высоты сепарационного пространства на величину уноса для различных типов контактных устройств по полученным профилям локального уноса определялись среднеинтегральные значения уноса на высоте, соответствующей межтарельчатому расстоянию.

На рисунке 3 приведены графики зависимости среднеинте­гральных значений уноса от скорости газа для различных типов контактных устройств, построенное в логарифмических координа­тах.

            При распространении полученных результатов на реальные объекты необходимо учитывать дополнительные факторы. Так, при расчете межтарелчатого уноса с ситчатой тарельки необходимо привлекать дополнительную информацию о зависимости высоты барботажного слоя от расходных характеристик, которое имеется, например, в литературных источниках[3-5].

            Что касается геометрии барботажных устройств, то на стадии диспер-гирования капель ее влияние проявляется, главным образом, через равномерность профиля скорости воздуха в барботажном слое.

 

 

 

Рис. 3. Зависимость интегрального уноса от скорости газовой фазы для различных типов тарелок: 1-ситчатая тарелка; II-низкопрофильная кол­пачковая тарелка; III-тарелка ТСК-1.

 

С помощью построенных графиков устанавливались показатели степени n в уравнении:

 

e=f(Wn)                                (2)

 

которые использовались в дальнейшем для идентификации разрабо­танных математических моделей.

 

Литература

 

1.   Поплавский  Ю.В. Определение количества жидкости, уносимой в тарелчатых колоннах//Химическая промышленность. -1961.-№4.с.57-58.

2.   Сум-Шик Л.Е. Исследование ректифицирующей способности инжектора с диспергированием жидкости: Автореф. дис. канд. техн. наук М., 1965.-19 с.

3.   Каган А.М. , Гельперин И. И., Шишко Э. Н., Пальмов А. А. Влияние диаметра колонны с ситчатыми тарелками на межтарельчатый унос жидкости //Химическая промышленность. - 1982. - N4. -С. 45-47.

4.   Розен А. М., Весновский В. С., Красиков А. Н. Унос жидкости с клапанных и ситчатых тарелок //Теор. основы хим. технол. -1978,- Т. 12, N 1.- С. 84-90

5.       Павлов В.П., Трубкин В.Е. Определение запаса жидкости на ситчатых тарельках с защищенным переливом//Химическая промышленность.-1970.-№3.-с. 217-219