Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке
Разработана и создана экспериментальная установка для исследования процессов очистки газовых потоков от жидких или твердых дисперсных частиц. В результате проведенных экспериментов подтверждена эффективность осаждения жидких дисперсных частиц аэрозоля за счет явлений термофореза. Розроблено та створ...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61423 |
| 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: | Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке / Б.И. Басок, С.С. Рыжков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 4. — С. 17-22. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859751812196728832 |
|---|---|
| author | Басок, Б.И. Рыжков, С.С. |
| author_facet | Басок, Б.И. Рыжков, С.С. |
| citation_txt | Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке / Б.И. Басок, С.С. Рыжков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 4. — С. 17-22. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Разработана и создана экспериментальная установка для исследования процессов очистки газовых потоков от жидких или твердых дисперсных частиц. В результате проведенных экспериментов подтверждена эффективность осаждения жидких дисперсных частиц аэрозоля за счет явлений термофореза.
Розроблено та створено експериментальну установку для дослідження процесів очистки газових потоків від рідких або твердих дисперсних частинок. В результаті проведених експериментів підтверджено ефективність осадження рідких дисперсних частинок аерозолю за рахунок явищ термофорезу.
Experimental installation is developed and research of influence of gas clearing from liquid and fluid disperse particles is executed.By results of executed experiments efficiency of particle sedimentations due to thermophoresisis experimentally confirmed.
|
| first_indexed | 2025-12-02T00:10:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
Введение
В настоящее время наблюдается повышенный
интерес к изучению теплофизических процессов
в дисперсных двухфазных средах на несущей газо;
вой основе (смотри, например [1–4]). Это объяс;
няется возрастающей ролью таких сред в техноло;
гических процессах энергической, химической,
нефтегазовой и др. отраслей промышленности.
Для интенсификации процессов тепломассооб;
мена в двухфазных газовых средах и управления
ими необходимо наличие достоверных экспери;
ментальных данных.
Цель исследования
Для исследования осаждения дисперсных час;
тиц создана экспериментальная установка, кото;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4 17
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Розроблено та створено експери�
ментальну установку для дослідження
процесів очистки газових потоків від
рідких або твердих дисперсних части�
нок. В результаті проведених експери�
ментів підтверджено ефективність осад�
ження рідких дисперсних частинок
аерозолю за рахунок явищ термофоре�
зу. Збільшення ефекту вловлювання
мікрочастинок за рахунок теплового
впливу становить до 10 %. Визначено
коефіцієнти сумарної і фракційної ефек�
тивності очищення елементів, що сепа�
рують, у неізотермічних умовах газового
потоку.
Разработана и создана эксперимен�
тальная установка для исследования
процессов очистки газовых потоков от
жидких или твердых дисперсных частиц.
В результате проведенных эксперимен�
тов подтверждена эффективность
осаждения жидких дисперсных частиц
аэрозоля за счет явлений термофореза.
Увеличение эффекта улавливания мик�
рочастиц за счет теплового влияния со�
ставляет до 10 %. Определены коэффи�
циенты суммарной и фракционной
эффективности очистки сепарирующих
элементов в неизотермических услови�
ях газового потока.
Experimental installation is developed
and research of influence of gas clearing
from liquid and fluid disperse particles is
executed.By results of executed experi�
ments efficiency of particle sedimentations
due to thermophoresisis experimentally
confirmed. The extra charge due to ther�
mal effect of catching microparticles
makes up to 10%. Factors of total and frac�
tional efficiency of separating elements
clearing in not isothermal conditions are
certain.
УДК 629.12.03
БАСОК Б.И., РЫЖКОВ С.С.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ УТИЛИЗАЦИИ
ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ В ДВУХФАЗНОМ ПОТОКЕ
С – концентрация частиц аэрозоля;
d – диаметр ячеек сетки, диаметр частиц;
f – ширина канала;
G – расход очищенного газа;
l – длина канала, текущая длина;
H – высота канала;
m – масса;
P – давление;
R –радиус канала;
S – площадь;
Т – температура;
V – скорость;
Х – текущая координата;
α – коэффициент расхода;
ρ – плотность среды;
ηΣ – эффективность улавливания аэрозолей;
ηi – коэффициент фракционной эффективности
очистки;
τ – время.
Индексы:
0 – начальное состояние;
К – коллектор;
С – сопло канала;
п – поток;
вх – на входе;
вых – на выходе.
рая представляет собой аэродинамическую трубу
открытого типа, снабженную средствами измере;
ния, регулировки и контроля (рис. 1).
Метод исследования
Одним из технологических направлений обра;
ботки аэрозольных систем является утилизация
или рециклинг обработанной дисперсной среды.
Модельная дисперсная среда создавалась следу;
ющим образом. Воздух через расходомерный
коллектор 1 поступал в измерительный участок
19 и обтекал нагреватель 2, где его температура
повышалась до 100 оС. Далее воздух перемеши;
вался с высокодисперсным аэрозолем, поступа;
ющим из генератора с распылителем 3. Расход
высокодисперсного аэрозоля (со средним диаме;
тром капель 0,3…0,6 мкм) регулировался количе;
ством подаваемого сжатого воздуха от компрес;
сора 21 и автотрансформаторами 20. Расход
воздуха через участок регулировался заслонкой
12, расположенной после нагнетателя 11. В уча;
стке 19 установлена термопара 4, пробозаборник
в виде трубки полного давления 5. Далее распо;
лагался исследуемый рабочий участок (сепарирую;
щий элемент) 13, входной и выходной патрубки ко;
торого соединялись с измерительным участком 19.
Перепады давлений на коллекторе 1 и сопро;
тивление рабочего участка измерялись микрома;
нометрами 18 и 6. Для измерения концентрации
масла в воздухе использовался аспиратор 9 с ал;
лонжами и торсионные аналитические весы 17. В
рабочий участок подавалась холодная вода через
патрубок 7, а отводилась через патрубок 8. Улов;
ленная жидкость направлялась в мерную емкость
15 по патрубку 16. Испытуемые сепарирующие
элементы устанавливались на жесткое основание.
Исследования выполнены на рабочем участке
(рис. 2), в котором исследовался цилиндрический и
плоский гладкий канал. Геометрия цилиндрического
канала: радиус R = 200 мм, высота H = 5,10,15,20 мм,
площадь входного сопла SС = 7 · 10–4 м2. Геометрия
плоского канала: длина канала l = 200 мм, высота
H = 5,10,15,20 мм, ширина f = 50 мм, площадь вход;
ного сопла SС = 5 · 10–4 м2.
Был исследован канал рабочего участка с ох;
лаждением и без охлаждения рабочей поверхно;
сти (рис. 3).
18 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 1. Схема экспериментального стенда. Обозначения – в тексте.
Для интенсификации осаждения частиц на
стенках рабочего участка в канал были установ;
лены коагуляторы, состоящие из 5, 10, 15, 20, 25,
30, 35 рядов сетки. Коагулятор представляет со;
бой набор зигзагообразных сеток с различным
диаметром ячеек (рис. 4).
Охлаждение стенок и коагулятора производи;
лось с помощью спиральных медных змеевиков,
изготовленных из медных труб диаметром
∅12×0,1 мм. Для надлежащего теплового контак;
та между охладителями и коагулятором змеевики
припаивались к пластикам припоем ПОССУ; 40
с внешней стороны. С внутренних сторон плас;
тин припаивался коагулятор 14. Это достигалось
покрытием внутренних сторон пластин припоем,
а затем выдержкой собранного охлаждаемого
струйного модуля в печи при температуре 300 оС
в течение получаса. Вода подавалась в каждую
секцию по патрубкам 7, 8 с температурой
10…22 оС и направлялась по противотоку отно;
сительно газового потока. Малая высота коагуля;
тора – от 5 до 15 мм, хороший тепловой контакт
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4 19
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 2. Схема канала рабочего участка.
а б
Рис. 3. Фото канала рабочего участка. Обозначения: а – плоский канал с 10 рядами сеток;
б – плоский канал рабочего участка с 5 рядами сеток.
с охлаждаемыми пластинами, высокая теплопро;
водность материала сеток, двухстороннее охлаж;
дение обеспечивали температуру проволок, близ;
кую к температуре пластины. В рабочем участке
обеспечивалось глубокое охлаждение газа за счет
увеличения расхода охлаждающей воды.
Температура газов в канале измерялась гре;
бенками хромель;копелевых термопар с диамет;
ром термоэлектродов 0,1 мм, которые подклю;
чались к универсальному преобразователю
аналоговых сигналов, и результаты выводились
на ПК. Были созданы 2 типа гребенок термопар
(рис. 5).
Гребенка №1 подсоединялась к координатни;
ку, который перемещал ее по длине канала, по;
грешность измерений составляла 0,2 мм. В кана;
ле высотой от 5 до 15 мм использовались 5
термопар гребенки, в канале 20 мм использова;
лись 8 термопар. Было получено изменение тем;
пературного поля по длине канала. На рис. 6
представлены результаты измерений температур;
ного поля в цилиндрическом канале с начальной
скоростью V0 = 3 м/с, температурой потока на
входе Т0 = 100 оС и высотой Н = 10 мм.
Гребенка №2 предназначалась для замера тем;
пературного поля в канале с помощью цифровых
20 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
а б в
Рис. 4. Сетка коагулятора. Обозначения: а – схема коагулятора, б – сетка с d=0,5 мм,
в – сетка с d = 0,25 мм.
№ 1 № 2
Рис. 5. Гребенки термопар.
Рис. 6. Результат измерения температурного поля. Обозначения: 1 – в центре цилиндрического канала;
на расстояниях от стенки: 2 – 8 мм; 3 – 2 мм; 4 – 1 мм; 5 – 9 мм.
милливольтметров. На рис. 7 и рис. 8 представле;
ны результаты измерений температурного поля в
цилиндрическом и плоском канале соответст;
венно с начальной скоростью V0 = 3 м/с, темпе;
ратурой потока на входе Т0 = 100 оС и высотой
Н = 10 мм.
Экспериментальные исследования выполне;
ны с использованием методов поверхностной
индикации потока; расчет концентраций дис;
персной фазы осуществлялся весовым методом
при помощи аналитических фильтров и фотоэле;
ктрических счетчиков и фотометров аэрозолей.
Оптические измерения дисперсности и концент;
рации частиц производились при помощи фото;
электрического счетчика аэрозольных частиц
АЗ;5 и фотометра аэрозолей ФАН;У4.2 УХЛ.
Погрешность измерения этими приборами не
превышала 5 %. Отбор проб производился через
заборные трубки, служившими одновременно
трубками полного давления. При замерах соблю;
дались условия изокинетичности. Массовая кон;
центрация частиц в потоке находилась отбором
пробы дисперсной двухфазной среды аспирато;
ром и пропускания ее через аналитические филь;
тры АФА. Фильтры АФА взвешивались на анали;
тических весах с погрешностью ± 0,1 мг до и
после взятия пробы. По привесу фильтра с уче;
том времени и расхода пробы газа определялась
концентрация частиц по формуле
С = (mвх – mвых)/Gτ. (1)
Расход масловоздушной среды определялся по
перепаду давлений на расходомерном коллекто;
ре, выполненном в виде профиля лемнискаты:
, (2)
где ΔР – разность давления окружающей среды и
статического давления в коллекторе.
Эффективность улавливания аэрозолей иссле;
дуемыми элементами определялась по формуле
ηΣ = (1 – Cвых/Cвх) 100 % . (3)
Коэффициент фракционной эффективности
очистки определялся при помощи счетчика аэро;
зольных частиц АЗ;5 по формуле
ηi = (1–Ni вых/Ni вх) 100 %, (4)
где Ni – показания прибора АЗ;5 для i;й фракции
дисперсного распределения.
Перепад давлений – аэродинамическое со;
противление уловителя частиц определяется по
разнице давлений на входе Рвх и выходе Рвых из
рабочего участка при помощи манометра и тру;
бок полного давления, которые одновременно
выполняют функцию пробоотборников.
В процессе экспериментальных исследований
совершались как прямые, так и косвенные измере;
2
9,81К КG S Р= α Δ
ρ
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4 21
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 7. Результат измерения температурного поля в цилиндрическом канале.
Кривая 1 – на расстояниях 2 мм от стенки, 2 – 8 мм от стенки.
ния. Выбранные методы измерения позволяли
учесть систематическую составляющую погрешно;
сти; значение случайной составляющей погрешно;
сти определялось классом точности применяемых
приборов. Поэтому случайные погрешности пря;
мых измерений находились по метрологическим
характеристикам приборов. Так, абсолютная по;
грешность определения изменения массы аналитиче;
ских фильтров на весах типа ВРЛ составляла ± 0,5 мг.
Перепад давлений на чашечных манометрах опреде;
лялся с абсолютной погрешностью ± 0,02 мм вод. ст.;
микроманометра типа МКВ – 0,01 мм вод. ст.; U –
образного – ± 0,5 мм вод. ст. Относительная по;
грешность определения счетного числа частиц фо;
тоэлектрическим счетчиком АЗ;5 и фотометром
аэрозолей ФАН У4.2 составляла 5 %.
Результаты исследований
На рис. 8 представлены результаты стендовых
иследований цилиндрического канала рабочего
участка с входным соплом SС = 0,0007 м2, высо;
той канала H = 10 мм и средним диаметром час;
тиц d = 3 · 10–6 м.
Выводы
1. Создан экспериментальный стенд для ис;
следования процессов улавливания частиц высо;
кодисперсного аэрозоля, с помощью которого
измерено температурное поле гладкого канала.
2. Определена зависимость осаждения частиц
за счет термофоретической силы от скорости по;
тока и перепада температур.
3. Установлено, что при увеличении скорости га;
зового потока эффект термофореза уменьшается.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рыжков С.С., Басок Б.И. Экологические
ресурсосберегающие технологии для промыш;
ленной теплотехники на основе дисперсных
двухфазных сред // Промышленная теплотехни;
ка. – 2001. – Т. 23, №4–5. – С. 141–145.
2. Рижков С.С., Харитонов Ю.М., Благодат�
ний В.В. Методи очищення повітряного середо;
вища від забруднень: Методичні вказівки./ Ми;
колаїв: УДМТУ. – 2002. – 56 с.
3. Ryzhkov S.S. “Jet; contact separator of
exhaust gases of ship engines”/ Proceedings of the
third international conference on marine industry// –
Varna: Bulgaria, 2001. – 2. – P. 137 – 145.
4. Басок Б.И., Рыжков С.С. (мл) Термофоре;
тическая очистка воздуха в энергетическом обо;
рудовании. // Промышленная теплотехника. –
2003. – Т. 25, № 5. – С. 45–50.
Получено 03.11.2005 г.
22 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 4
ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 8. Результаты стендовых исследований цилиндрического канала рабочего участка.
Обозначения: 1 – при Т = 80 оС, 2 – 50, 3 – 0.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61423 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T00:10:35Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Басок, Б.И. Рыжков, С.С. 2014-05-05T10:19:48Z 2014-05-05T10:19:48Z 2006 Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке / Б.И. Басок, С.С. Рыжков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 4. — С. 17-22. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61423 629.12.03 Разработана и создана экспериментальная установка для исследования процессов очистки газовых потоков от жидких или твердых дисперсных частиц. В результате проведенных экспериментов подтверждена эффективность осаждения жидких дисперсных частиц аэрозоля за счет явлений термофореза. Розроблено та створено експериментальну установку для дослідження процесів очистки газових потоків від рідких або твердих дисперсних частинок. В результаті проведених експериментів підтверджено ефективність осадження рідких дисперсних частинок аерозолю за рахунок явищ термофорезу. Experimental installation is developed and research of influence of gas clearing from liquid and fluid disperse particles is executed.By results of executed experiments efficiency of particle sedimentations due to thermophoresisis experimentally confirmed. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке Experimental installation for processes utilization research of disperse particles in diphasic flow Article published earlier |
| spellingShingle | Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке Басок, Б.И. Рыжков, С.С. Тепло- и массообменные процессы |
| title | Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке |
| title_alt | Experimental installation for processes utilization research of disperse particles in diphasic flow |
| title_full | Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке |
| title_fullStr | Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке |
| title_full_unstemmed | Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке |
| title_short | Экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке |
| title_sort | экспериментальная установка для исследования процессов утилизации дисперсных частиц в двухфазном потоке |
| topic | Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet | Тепло- и массообменные процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61423 |
| work_keys_str_mv | AT basokbi éksperimentalʹnaâustanovkadlâissledovaniâprocessovutilizaciidispersnyhčasticvdvuhfaznompotoke AT ryžkovss éksperimentalʹnaâustanovkadlâissledovaniâprocessovutilizaciidispersnyhčasticvdvuhfaznompotoke AT basokbi experimentalinstallationforprocessesutilizationresearchofdisperseparticlesindiphasicflow AT ryžkovss experimentalinstallationforprocessesutilizationresearchofdisperseparticlesindiphasicflow |