Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей
Проведена оценка глубины проникновения газовой струи в жидкость для различных способов подвода дутья и предложена обобщённая статистическая модель глубины проникновения газовой струи, учитывающая способ подвода дутья и базирующаяся на полной силовой характеристике струи. Проведено оцінку глибини про...
Saved in:
| Published in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2016
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/162956 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей / Ю.С. Паниотов, В.С. Мамешин, С.В. Журавлёва // Металл и литье Украины. — 2016. — № 5 (276). — С. 24-27. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-162956 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Паниотов, Ю.С. Мамешин, В.С. Журавлёва, С.В. 2020-01-19T15:41:46Z 2020-01-19T15:41:46Z 2016 Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей / Ю.С. Паниотов, В.С. Мамешин, С.В. Журавлёва // Металл и литье Украины. — 2016. — № 5 (276). — С. 24-27. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/162956 669.18 Проведена оценка глубины проникновения газовой струи в жидкость для различных способов подвода дутья и предложена обобщённая статистическая модель глубины проникновения газовой струи, учитывающая способ подвода дутья и базирующаяся на полной силовой характеристике струи. Проведено оцінку глибини проникнення газового струменя в рідину для різних способів підведення дуття та запропонована узагальнена статистична модель глибини проникнення газового струменя, що враховує спосіб підведення дуття, який базується на повній силовий характеристиці струменя. The estimation of the penetration depth of the gas jet into liquid for different methods of blowing was carried out and the generalized statistical model of the penetration depth of the gas jet, considering the method of blowing and based on the full jet power characteristic was proposed. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей Оцінка глибини проникнення газового струменя у рідину на базі статистичних моделей Estimation of the penetration depth of a gas jet in liquid on the basis of statistical models Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей |
| spellingShingle |
Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей Паниотов, Ю.С. Мамешин, В.С. Журавлёва, С.В. |
| title_short |
Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей |
| title_full |
Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей |
| title_fullStr |
Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей |
| title_full_unstemmed |
Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей |
| title_sort |
оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей |
| author |
Паниотов, Ю.С. Мамешин, В.С. Журавлёва, С.В. |
| author_facet |
Паниотов, Ю.С. Мамешин, В.С. Журавлёва, С.В. |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Оцінка глибини проникнення газового струменя у рідину на базі статистичних моделей Estimation of the penetration depth of a gas jet in liquid on the basis of statistical models |
| description |
Проведена оценка глубины проникновения газовой струи в жидкость для различных способов подвода дутья и предложена обобщённая статистическая модель глубины проникновения газовой струи, учитывающая способ подвода дутья и базирующаяся на полной силовой характеристике струи.
Проведено оцінку глибини проникнення газового струменя в рідину для різних способів підведення дуття та запропонована узагальнена статистична модель глибини проникнення газового струменя, що враховує спосіб підведення дуття, який базується на повній силовий характеристиці струменя.
The estimation of the penetration depth of the gas jet into liquid for different methods of blowing was carried out and the generalized statistical model of the penetration depth of the gas jet, considering the method of blowing and based on the full jet power characteristic was proposed.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/162956 |
| citation_txt |
Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкостьна базе статистических моделей / Ю.С. Паниотов, В.С. Мамешин, С.В. Журавлёва // Металл и литье Украины. — 2016. — № 5 (276). — С. 24-27. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT paniotovûs ocenkaglubinyproniknoveniâgazovoistruivžidkostʹnabazestatističeskihmodelei AT mamešinvs ocenkaglubinyproniknoveniâgazovoistruivžidkostʹnabazestatističeskihmodelei AT žuravlevasv ocenkaglubinyproniknoveniâgazovoistruivžidkostʹnabazestatističeskihmodelei AT paniotovûs ocínkaglibiniproniknennâgazovogostrumenâurídinunabazístatističnihmodelei AT mamešinvs ocínkaglibiniproniknennâgazovogostrumenâurídinunabazístatističnihmodelei AT žuravlevasv ocínkaglibiniproniknennâgazovogostrumenâurídinunabazístatističnihmodelei AT paniotovûs estimationofthepenetrationdepthofagasjetinliquidonthebasisofstatisticalmodels AT mamešinvs estimationofthepenetrationdepthofagasjetinliquidonthebasisofstatisticalmodels AT žuravlevasv estimationofthepenetrationdepthofagasjetinliquidonthebasisofstatisticalmodels |
| first_indexed |
2025-11-25T20:56:25Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:56:25Z |
| _version_ |
1850543670334324736 |
| fulltext |
24 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 5 (276) ’2016
В таблице приведены уравнения для расчёта
длины струи газа в жидкости по различным литера-
турным данным.
Как видим, большинство исследований исполь-
зовали при описании экспериментальных резуль-
татов число Архимеда. Использование этого кри-
терия имеет ряд существенных недостатков и его
недостаточно для полной силовой характеристики
струи.
Критерием, позволяющим оперировать полной
силовой характеристикой струи, является безраз-
мерный импульс струи [1]:
Для проведения сравнительного анализа были за-
даны одинаковые начальные условия продувки. При-
нято, что продувка ведётся через одно цилиндриче-
ское сопло (dc = 3 мм), давление дутья изменяется от
1 до 4 атм, продуваемая жидкость – вода, вдуваемый
газ – кислород. Числа Архимеда были пересчитаны
на импульс кислородной струи.
Затем, для уравнений, приведённых в таблице, бы-
ло рассчитано изменение длины газовой струи в жид-
кости, при различных значениях комплекса (i/rжg)1/3.
Полученные значения были объединены в груп-
пы, в соответствии со способом подвода дутья и для
каждой из групп построены линии тренда.
Усреднённые значения длины газовой струи в
жидкости, в зависимости от способа подвода дутья и
комплекса (i/rжg)1/3, приведены на рисунке.
Уравнения регрессии, описывающие усреднён-
ные длины газовой струи в жидкости, в зависимости
от способа подвода дутья и комплекса (i/rжg)1/3, пред-
ставлены ниже:
– для продувки сверху
– для продувки сбоку
П
остановка проблемы. В чёрной и цветной метал-
лургии ряд технологических процессов базиру-
ется на продувке жидкости неизотермическими
газовыми струями. Подача газа может осущест-
вляться 3-мя основными способами: сверху, снизу
и сбоку. При этом преследуются две противополож-
ные цели, с одной стороны глубина проникновения
должна быть как можно больше, что увеличивает
контактную поверхность между струёй и жидкостью,
а с другой – глубина проникновения ограничивается
опасностью воздействия на огнеупорную футеровку
либо возможностью пробоя ванны. Таким образом,
вопросы, связанные с глубиной проникновения газо-
вых струй в жидкость представляют большой прак-
тический интерес.
Анализ последних достижений в данной об-
ласти. Исследованию вопросов, связанных с вне-
дрением и распространением неизотермических
газовых струй в жидкости, посвящено значительное
количество экспериментальных и теоретических ис-
следований [1-14], в большинстве из них основное
внимание уделяется вопросам продувки сверху [1,
3-6], либо через днище [10-12].
Основная часть работ, посвящённых боковой
продувке, связана с моделированием внедрения и
распространения газовых струй во фьюминговых пе-
чах [2, 7-9, 13] цветной металлургии либо агрегата
Romelt [14].
Постановка задачи. Целью данной работы бы-
ла оценка глубины проникновения газовой струи в
жидкость для различных способов подвода дутья и
создание статистических моделей глубины проник-
новения газовой струи базирующихся на полной си-
ловой характеристике струи.
Изложение основных материалов исследова-
ния. При проведении физического моделирова-
ния процесса продувки, в качестве моделирующих
жидкостей, различными авторами был опробован
достаточно широкий спектр жидкостей, с разно-
образным набором физических свойств (масла,
растворы солей, ртуть, вода), газов (воздух, кис-
лород, перегретый водяной пар, водород, гелий,
аммиак) и параметров продувки (различные ско-
рости истечения, давления дутья, профили и диа-
метры сопел).
УДК 669.18
Ю. С. Паниотов , В. С. Мамешин, С. В. Журавлёва
Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск
Оценка глубины проникновения газовой струи в жидкость
на базе статистических моделей
Проведена оценка глубины проникновения газовой струи в жидкость для различных способов подвода дутья и
предложена обобщённая статистическая модель глубины проникновения газовой струи, учитывающая способ
подвода дутья и базирующаяся на полной силовой характеристике струи.
Ключевые слова: газовая струя, дутьё, силовая характеристика струи, безразмерный импульс, архимедовы
силы
( )0,333
ж/ gρ
=
lL
i
(1).
( )1 3 2
св ж2,7488 ρ 0,0427; 0,9994.R= + =L i g (2) g
( )1 3 2
жсбL 3,5821 i ρ g 0,0158; 0,9979.R= + = (3)L g
;
;
25МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 5 (276) ’2016
– для продувки снизу
Изменение длины газовой струи в жидкости, для
различных способов подвода дутья, происходит
практически симбатно. Наложение значений длин
струи для вертикальной и боковой продувки, при
малых расходах газа, может быть связано с тем,
что авторы различных исследований использова-
ли различные методики для определения длины
струи и при малых размерах струи это приводит к
разночтению получаемых результатов. В целом же,
учитывая симбатный характер изменения кривых и,
сравнивая значения множителей перед комплексом
(i/rжg)1/3 в уравнениях (2-4), можно сказать, что при
прочих равных условиях, решающих влияние на
длину газовой струи в жидкости оказывают, архиме-
довы силы. Соответственно, при продувке снизу они
складываются с динамическим напором, при про-
дувке сверху – вычитаются, а при боковом подводе
дутья – действуют ортогонально. При этом влияние
силы Архимеда на длину струи в жидкости, состав-
ляет 17-23 %.
Учитывая вышесказанное обобщённое статисти-
ческое уравнение, описывающее глубину проникно-
вение газовой струи в жидкость с учётом способа по-
дачи дутья будет иметь вид:
где a – угол наклона сопла к вертикали, град (при
продувке сверху a = 0°, продувке снизу a = 180°).
Длина струи газа в жидкости по различным литературным данным
Уравнение Условия проведения экспериментов Источник
продувка сверху
( )0,333
ж3,25 i ρ=l g ,
c 0=h
вода, раствор KJ, CCl4, керосин, ртуть –
воздух, гелий [1]
0,5 Ar=l n dc вода-воздух [3]
cl Ar , 10 Ar 1000= < <d вода-воздух [4]
0.4
c
c
Ar2,1 11
60
c
=
+
l dh
d
сталь-кислород [5]
0,35
c2,81Ar , Ar 50= l d вода, уксусная кислота, глицерин-воздух [6]
продувка горизонтальным соплом
0,47
c1,9Ar=l d вода-воздух [7]
0,4 51,85Ar 50 10= l dc Ar вода-воздух [2,8]
3 0,4г
c
ж
ρ1,26lg 10 0,96 Ar
ρ
= +
l d вода, раствор ZnCl2, раствор Туле, расплав
Ni3S2, ртуть-аргон [9]
0,5
c1,7Ar , Ar 10= <l d (а)
0,3
c3,4 Ar , Ar 10= >l d (б)
вода-аммиак [13]
( )0,333
ж3,6 i ρ=l g вода-воздух [15]
продувка снизу
0,376
c3,23Ar=l d сталь-кислород [10]
( )0,3335,1 /i gρ= l ж раствор NaOH-СО2 [11]
3
ж
4,15 cos α
ρ
=
il
g
сталь-кислород [12]
Примечание: i – импульс газовой струи, H; Ar – критерий Архимеда; dC – диаметр сопла, м; g – ускорение силы тяжести; м/с2;
rГ, rж – плотность газа и жидкости, кг/м3; hC – высота расположения сопла над поверхностью жидкости, м; n – коэффициент
проникновения струи газа в жидкость
·
≥
≤ ≤
(4)
( )1 3 2
сн 4,3054 / 0,0241; 0,9999.i g Rρ= + =L ж
( )( )1 3
,3,58-0,8cosα /i gρ=L ж (5)
g
l
·
g
g
26 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 5 (276) ’2016
Выводы и перспективы исследований
Проведённый анализ влияния способа подачи
дутья на глубину проникновения газовой струи в
жидкость с использованием полной силовой харак-
теристики струи показал, что при прочих равных ус-
ловиях, решающее влияние на длину газовой струи
в жидкости оказывают архимедовы силы. Влияние
силы Архимеда на длину струи в жидкости, составля-
ет 17-23 %. Исходя из полученных результатов, было
предложено обобщённое уравнение, описывающее
глубину проникновения газовой струи в жидкость с
учётом способа подачи дутья.
Усреднённые значения длины газовой струи в жидкости
в зависимости от способа подвода дутья и комплекса
(i/rжg)1/3; ♦ — продувка сверху, ■ — продувка сбоку, ▲ —
продувка снизу
1. Марков Б. Л. Методы продувки мартеновской ванны / Б. Л. Марков. - Москва: Металлургия, 1975. – 280 с.
2. Изучение процесса истечения в жидкость газового потока из заглублённого сопла / И. П. Гинзбург, В. А. Сурин, А. А. Ба-
гаутдинов, А. С. Григорьянц, Л. И. Шуб // Инженерно-физический журнал. – 1977. – Т. 33. – № 2. – С. 213-223.
3. Казанцев И. Г. Исследование динамики газообразной струи втекающей в жидкость / И. Г. Казанцев // Термическая и
пластическая обработка металлов: Сб. науч. тр. Ждановского металлургического института. В. 2. – Москва: Метал-
лургиздат, 1952. – С. 56-68.
4. Ефимов Л. М. Труды научно-технического общества чёрной металлургии: материалы всесоюзного совещания стале-
плавильщиков, т. XVIII, ч. 1. / Л. М. Ефимов. – Москва: Металлургия, 1957. – С. 40-57.
5. Баптизманский В. И. Размеры реакционной зоны при продувке металла кислородом сверху / В. И. Баптизманский,
Г. А. Щедрин, К. С. Просвирин. – Москва: Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, 1975. – № 10. – С. 44-48.
6. Хмелевская Е. Д. Использование твёрдых топлив сернистых мазутов и газов / Е. Д. Хмелевская. – Москва: Наука,
1964. – С. 193-219.
7. Фролов В. А. Глубина проникновения газовой струи в жидкость при горизонтальном вдувании газа / Фролов В. А. //
Москва: Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, 1967. – № 3. – С. 37-40.
8. Некоторые вопросы гидрогазодинамики и массообмена в процессах металлургии и химической технологии: сб. Ги-
дроаэромеханика и теория упругости. В. 22. / И. П. Гинзбург, В. А. Сурин, А. М. Сизов и др. // Днепропетровск: ДГУ,
1977. – С. 3-17.
9. Спесивцев В. А. Взаимодействие газовой струи с плотными средами при боковой подаче дутья / В. А. Спесивцев,
В. В. Мечев, Г. Б. Стрекаловский, А. В. Ванюков // Цветные металлы. – 1973. – № 2. – С. 12-14.
10. Баптизманский В. И. Взаимодействие газовых струй с жидким металлом в кислородных конвертерах донного дутья
/ В. И. Баптизманский, В. М. Трубавин, Б. М. Бойченко // Москва: Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. – 1980. – № 10. –
С. 33-28.
11. Талдыкин И. А., Балакин В. В., Цыганкова В. П. Предотвращение пробоя конвертерной ванны при донном дутье // Там
же. – 1989. – № 1. – С. 36-38.
12. Особенности взаимодействия донных кислородно-топливных струй с конвертерной ванной / Е. В. Протопопов,
А. Г. Чернятевич, Д. А. Лаврик, Е. Л. Мастеровенко // Там же. – 2002. – № 10. – С. 14-17.
13. Гречко А. В. Практика физического моделирования на металлургическом заводе / А. В. Гречко, Р. Д. Нестеренко,
Ю. А. Кудинов – Москва: Металлургия, 1976. – 224 с.
14. Паниотов Ю. С. Гидродинамика ванны агрегата Ромелт: труды XII международной научн. техн. конференции «Теория
и практика сталеплавильных процессов» (Днепропетровск, 2006) / Ю. С. Паниотов, В. П. Иващенко, А. К. Тараканов,
В. С. Мамешин, А. Н. Бутурлим. – С. 272-275.
15. Мамешин В. С. Удосконалення технології рідкофазного відновлення на основі дослідження гідродинаміки ванни мето-
дом холодного моделювання: Автореф. дис. к-та техн. наук: 05.16.02 / Національна металургійна академія України. –
Дніпропетровськ, 2008. – 20 с.
ЛИТЕРАТУРА
27МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 5 (276) ’2016
Проведено оцінку глибини проникнення газового струменя в рідину для різних способів підведення дуття та
запропонована узагальнена статистична модель глибини проникнення газового струменя, що враховує спосіб
підведення дуття, який базується на повній силовий характеристиці струменя.
Паніотов Ю. С. , Мамешин В. С., Журавльова С. В.
Оцінка глибини проникнення газового струменя у рідину на базі
статистичних моделей
Анотація
Ключові слова
газовий струмінь, дуття, силова характеристика струменя, безрозмірний імпульс,
архімедові сили
Paniotov U. , Mameshin V., Zhuravleva S.
Estimation of the penetration depth of a gas jet in liquid on the basis of
statistical models
Summary
The estimation of the penetration depth of the gas jet into liquid for different methods of blowing was carried out and the
generalized statistical model of the penetration depth of the gas jet, considering the method of blowing and based on the full
jet power characteristic was proposed.
gas jet, blowing, the jet power characteristics, the dimensionless momentum, Archimedean
forceKeywords
Поступила 28.04.2016
1. Markov B. L. (1975). Metody produvki martenovskoj vanny / B. L. Markov. – Moskow: Metallurgija, pp. 280. [in Russian].
2. Ginzburg I. P., Surin V. A., Bagautdinov A. A., Grigor'janc A. S., Shub L. I. (1977). Izuchenie processa istechenija v zhidkost'
gazovogo potoka iz zaglubljonnogo sopla. Minck: Inzhenerno-fizicheskij zhurnal, no 2, pp. 213-223. [in Russian].
3. Kazancev I. G. (1952). Issledovanie dinamiki gazoobraznoj strui vtekajushhej v zhidkost. Termicheskaja i plasticheskaja
obrabotka metallov: Sb. nauch. tr. Zhdanovskogo metallurgicheskogo institute, – Moskva: Metallurgizdat, V. 2. pp. 56-68.
[in Russian].
4. Efimov L. M. (1957). Trudy nauchno-tehnicheskogo obshhestva chjornoj metallurgii: materialy vsesojuznogo soveshhanija
staleplavil'shhikov, t. XVIII, ch. 1. Moskow: Metallurgija, pp. 40-57. [in Russian].
5. Baptizmanskij V. I., Shhedrin G. A., Prosvirin K. S. (1975). Razmery reakcionnoj zony pri produvke metalla kislorodom sverhu.
Moskow: Izv. VUZov. Chjornaja metallurgija, no 10, pp. 44-48. [in Russian].
6. Hmelevskaja E. D. (1964). Ispol'zovanie tvjordyh topliv sernistyh mazutov i gazov. Moskow: Nauka, pp. 193-219. [in Russian].
7. Frolov V. A. (1967). Glubina proniknovenija gazovoj strui v zhidkost' pri gorizontal'nom vduvanii gaza. Moskow: Izv. VUZov.
Chjornaja metallurgija, no 3, pp. 37-40. [in Russian].
8. Ginzburg I. P., Surin V. A., Sizov A. M. et al. (1977). Nekotorye voprosy gidrogazodinamiki i massoobmena v processah
metallurgii i himicheskoj tehnologii: sb. Gidroajeromehanika i teorija uprugosti. V. 22. Dnepropetrovsk: DGU, pp. 3-17.
[in Russian].
9. Spesivcev V. A., Mechev V. V., Strekalovskij G. B., Vanjukov A. V. (1973). Vzaimodejstvie gazovoj strui s plotnymi sredami pri
bokovoj podache dut'ja. Moskow: Cvetnye metally, no 2, pp. 12-14. [in Russian].
10. Baptizmanskij V. I., Trubavin V. M., Bojchenko B. M. (1980). Vzaimodejstvie gazovyh struj s zhidkim metallom v kislorodnyh
konverterah donnogo dut'ia. Moskow: Izv. VUZov. Chiornaia metallurgiia, no 10, pp. 33-28. [in Russian].
11. Taldykin I. A., Balakin V. V., Cygankova V. P. (1989). Predotvrashhenie proboja konverternoj vanny pri donnom dut'e. no 1,
pp. 36-38. [in Russian].
12. Protopopov E. V., Chernjatevich A. G., Lavrik, E. L. Masterovenko D. A. (2002). Osobennosti vzaimodejstvija donnyh
kislorodno-toplivnyh struj s konverternoj vannoy. Moskow: Izv. VUZov. Chiornaia metallurgiia, no 10, pp. 14-17. [in Russian].
13. Grechko A. V., Nesterenko R. D., Kudinov Ju. A. (1976). Praktika fizicheskogo modelirovanija na metallurgicheskom zavode.
Moskow: Metallurgija, pp. 224. [in Russian].
14. Paniotov Ju. S., Ivashhenko V. P., Tarakanov A. K., Mameshin V. S., Buturlim A. N. (2006). Gidrodinamika vanny agregata
Romelt: trudy XII mezhdunarodnoj nauchn. tehn. konferencii «Teorija i praktika staleplavil'nyh processov» (Dnepropetrovsk,
2006). Dnepropetrovsk. [in Russian].
15. Mameshin V. S. (2008). Udoskonalennja tehnologії rіdkofaznogo vіdnovlennja na osnovі doslіdzhennja gіdrodinamіki vanni
metodom holodnogo modeljuvannja: Avtoref. dis. k-ta tehn. nauk: 05.16.02 / Nacіonal'na metalurgіjna akademіja Ukraїni. –
Dnіpropetrovs'k. [in Russian].
REFERENCES
|