Способ определения доли испаренного вещества в газожидкостном потоке

)5 6 05 О 11/О РЕ ЕЛЬС газового потока жидкости, а так конечную концеУказанная ц меряют полное с ределрогаэо по фор меси,. оп ЬРпгс па Р пгс) и 1где В - универсальнаопределяют долю 2 ив газожидкостном по ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ(71) Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе(56) Авторское свидетельство СССРВ 1793429, кл, 6 05 Сг 11/00, 1988.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛИ ИСПАРЕННОГО ВЕЩЕСТВА В ГАЗОЖИДКОСТНОМ ПОТОКЕ(57) Изобретение относится к технике дляизмерения доли испаренного вещества в газожидкостных потоках. Способ определения доли испарен ного вещества вгаэожидкостном потоке, заключающийся в Изобретение относится к измерительной технике для определения доли испаренного вещества в газожидкостных потоках и может найти широкое применение при исследовании процессов тепло- и массообмена, а также в процессах химической технологии.Целью способа определения доли испаренного вещества в газожидкостном потоке является ускорение испытаний,Цель изобретения достигается благодаря тому, что в данном техническом решении не требуется определять статическое давление и температуру газового потока в испытательном канале до впрыскивания жидкости, Кроме того, не требуется, измерять влажность газовой фазы в испытательном канале при пропуекании через него, 1835537 А 1 измерении параметров в рассматриваемом объеме газожидкостного потока, образующегося после впрыска жидкости в газовый поток, в котором с целью расширения возможностей и сокращения времени испытаний до начала впрыска жидкости определяют расход газа Огн и в рассматриваемом объеме определяют начальную концентрацию пара в газе Ь, после впрыска жидкости замеряют ее начальный расход Отн, определяют. начальную концентрацию жидкости Ъ (фн =ОжнИгн). В рассматриваемом объеме определяют текущую К концентрацию пара в газе и по соотношению г=(1 с-Ьн)/ ъ (1-к) определяют долю г испаренного вещества. о и после впрыскивания же определять начальную и нтрации пара в газе. ель достигается тем, что заРпгс,давление парогаэоьойяют динамический напорвой смеси (Ь Рпгс=Рпгс- муле(6) где Чпгс - скорость парогазовой смеси;Е - площадь поперечного сечения канала в месте, где расположен рассматриваемый обьем, но оно не позволяет определить долю испаренного вещества в гаэожидкостном потоке.Известно, что динамический напор Ь Рпгс парогазовой смеси с одной стороны равен разности между полным Рпгс и статическим Р"пгс давлениями парогазовой смеси, с другой 151 с-О и/(О гн+Оп. но это не позволяет определить долю испаренного вещества в газожидкостном потоке.Огн +ОпИз (6) Чпгс= и подставив выраРпгс ("жение для Чпгс в (7), получим(2) нцентрация 8) 2 Р ЬРпгс 2вняв правые части и (8), имеем я масса Мпгс ется функсс газа Мг, ной концент сгщ +Оп- м )+м , Оп=ЕОжн и нию пс ( ОжнгОгн С учетом 1 (2дем к выраже35)=О. М ж)+Мж е олю испа- НОМ ПОТОопределить газожидко ение (9) представляет обыкноадратное уравнение, неизвестром является (Е тъ). Решив,ого,ень Известно, что и Менделеева-Клапей зовой смеси можно уравнен нд плот ределит я состояния сть парога как Рпгс с Рп ст1 (1 Мж 4 Мг Мг где В - у но это неренного ная 5спа(11 веществ й величи(учтено, что доможет быть тоной),Подставивние для опредещества в гаэож дставив (3в (11) (10) получим выпения доли испаренноидкостном потоке В Гпгс(1 1 1 Е= - ( --9 Ъ 2а пэро Известно уравнениеой смеси Безразмерная концентрация 1 с пара в парогазовой смеси определяется как отношение расхода Оп пара к расходу Опгс парогазовой смеси1 г-Он/О пгс 5 Расход пара равен разности между начальным Он и текущим расходами жидкости (Оп"Ожн-Ож), а расход парогазовой смеси слагается из начального расхода газа 10 Огн и расхода пара Оп (Опгс=Огн+Оп). С учетом этих замечаний безразмерную концентрацию пара в потоке можно представить в виде Введя долю испаренного вещества(Е-(Ож-Ож)/(Он) или У=Оп/Он) и подставивОп ЕОжн в (1) и разделив числитель и знамеНатЕЛЬ ПОЛУЧЕННОГО ВЫРажЕНИЯ На Огп, ИМЕЕМ где Он ОнИгн - начальная жидкости в газе,Известно, что молекулярн парогазовой смеси явля цией от молекулярных м пара Мп (Мп=.м) и беэразме рации К пара в газе МгК(М-М но это не позволяет ренного вещества в ке. версальная газовая постооэволяет определить долющества в газожидкостном Выраж венное кв ным в кото найдем кор гр = 11 1(1 " )2йсМжРпгсй 6,. Т.(12)2На чертеже представлена подробнаясхема испытательного канала и расположение измерительных датчиков на нем.К входу в испытательный канал подсоединен подводящий патрубок 1, Испытательный канал включает испарительную камеру,состоящую из диффузора 2, цилиндрической части 3 и конфуэора 4; и отводящийпатрубок 5, К отводящему патрубку 5 подсо, единена испытуемая лопатка 6, На диффузоре 2 расположено рвспыливающееустройство (центробежная форсунка)7, выходное отверстие которого находится вовнутренней полости испарительной камеры. Диффузор 2 выполнен с возможностьюустановки сменного интенсификатора испарения 8, Использовался интенсибикатор испарения 8 сеточного типа,В испытательном канале, подводящемпатрубхе 1 и испытуемой лопатке 6 расположены датчики температуры (термопары) Т 1-Т, датчики полного давления(Р-, 1) в (Р - 3), датчики статического давления(Р - 1) в (Р - 3) и регистратор жидкости 9, Термопары (Т - 1) - (Т - 6) - хромель-алюмелевые,а термопары (Т - 8) - (Т - 15) - хромель-копелевые.На испытуемой лопатке 6 расположеныдатчики температуры (Т)-(Т - 7). В испытательном канале установлены датчики температуры (Т)-,(Т), датчики полногодавления (Р - 1) и (Р - 2), датчики статическогодавления (Р - 1) и (Р - 2) и регистратор жидкости 9. В подводящем патрубке расположеныдатчик температуры (Т - 15), датчик полного. давления (Р - 3) и датчик статического давления (Р - 3). Отметим, чо регистратор. жидкости 9 позволяет фиксировать каплидиаметром не менее 3010 м. Действие ре гистратора 9 основано на электрическом замыкании каплей цепи между двумяэлектродами, расположенными в непосредственной близости друг от друга.Способ определения доли испаренноговещества в гаэожидкостном потоке реализуется в испытательном канале следующимобразом,По подводящему патрубку 1 в диффуэор2 подается газовый поток. С помощью датчика температуры Т, датчика полногодавления Ри датчика статического давления Р - 3 измеряются температура, полноедавление и статическое давление газовогопотока в подводящем пэтрубке 1. По этимпараметрам при известной площади поперечного сечения подводящего патрубка10 15 20 о определений доли испаренного вещества в 25 30 35 40 45 50 55 определяют массовый расход газа 6 гн. После подводящего патрубка 1 газовый поток поступает в диффузор 2. Через распыливающее устройство 7 в диффузоре 2 происходит распыливание жидкости. Расход жидкости определен, По известным расходам жидкости 6 жн и газа бгн определяется отношение расхода жидкости к ра,ходу газа В диффузоре 2 происходит смешениераспыленной жидкости с газовым потоком,В результате образуется газожидкостный поток, Процесс испарения начинается также в диффузоре 2. Далее испарение продолжается в цилиндрической части 3, конфуэоре 4 и отводящем патрубке 5. В отводящем патрубке 5 температура потока измеряется с помощью датчиков температуры Т. Ти Т. Температура стенок отводящего патрубка 5 измеряется с помощью датчиков температуры Т - 10 и Т, Полное давление газовой фазы потока измеряется с помощью датчиков полного давления Ри Р - 2. Статическое давление газовой фазы потока в отводящем патрубке 5 измерялось помощью датчика статического давления Р,Искомая дрля испаренного вещества определялась с использованием показаний датчика температуры Т, датчика полного давления Ри датчика статического давления Рст. С помощью датчика температуры Тизмерялась температура парогазовой смеси Тс, с помощью датчика полного давления Р- полное давление парогазовой смеси Рпгс, с помощью датчика статического давления Рст- статическое давление парогазовой смеси Р"пс.Ниже показано применение способа газожидкостном потоке в тех случаях, когда происходит полное испарение жидкости, т,е. 2=1. Случай полного испарения выбран потому, что попадание капель на внутреннюю поверхность рабочих лопаток газотурбинных двигателей вызывает большие термические напряжение в местах контакта, которые ведут к трещинообразованию,Параметры работы испытательного канала следующие: расход воздуха 6 н-(10- -22)10 кг/с; расход жидкости (воды) 6 Ж=(0-2,3)10 кг/с; температура воздуха на входе в испытательный канал Т=523- - 623 К; полное давление газовой фазы (воздуха или паровоэдушной смеси) в отводящем патрубке 5 Ргс=0,167-0,279(14) 20 2530 35 40 45 50 55 МПа, перепад давления газовой фазы на лопатке л"-1,4-2,2,Исследование проводилось при варьировании указанных параметров. Отноше- ние расхода жидкости к расходу газа изменялось от О до 12%, Мол,м газа (воздуха) Мг"29, а мол,м, жидкости воды или пара) М 18,Как уже отмечалось ранее, полное давление газовой фазы Рлгс измерялось с помощью датчика полного давления Р, статическое давление Р"лгс - с помощью датчика статического давления Рсти температура Тпгс - с помощью датчика температуры Т. Площадь поперечного сечения Р отводящего патрубка 5 замерена ранее. Динамический напор газовой фазы определим тэк После подстановки в (12) известных величин ВМЖ и Мг, замеренных значений Рстдгс,Тпгс,Г и 6 гн и опРеделенных величин Ъ и Ь Рпгс рассчитаем искомую долю испаренного вещества. При обработке результатов испытаний с использованием заявляемого технического решения была получено, что полное испарение (У=1) происходило при отношении расхода жидкости к расходу газа до 5,5% при Ти=523 К и до 7% при Тик=623 К.В этом случае, если в испарительной камере не происходит полное испарение (21), то часть жидкости попадает в отводящий патрубок 5, Поскольку скорость потока в отводящем патрубке 5 достаточно высока ( 30-50 м/с), то дополнительно к взвешенньм в газовом потоке каплям происходит интенсивный срыв осевшей на стенки жидкости, Поэтому в газовом потоке, движущемся в отводящем патрубке 5, имеется значительное число взвешенных капель, Электроды регистратора жидкости 9 расположены по оси отводящего патрубка 5 При замыкании электрической цепи между этими электродами налетершими каплями, диаметр которых не меньше размера зазора между электродами. на экране осциллографа появляется сигнал, В ходе экспериментов срабатывание регистратора жидкости 9 происходило при отношении расхода жидкости к расходу газа. большеМ 5,5% при Тик=523 К и большем 7,0%.при Тик=623 К. Это совпадает с данными, полученными при использовании заявляемого способа определения доли испаренного вещества в газожидкостномпотоке,Жидкость при подводе к,распыливающему устройству нагревалась до температуры, близкой к температуре кипения, Поэтому при испарении ее тепло от воздуха отбиралось непосредственно на испарение и нагрев образующегося пара, Это позволило использовать известное уравнение теплового баланса. При обработке результатов испытаний использовалось снижение температуры паровоздушной смеси, определяемое как разность между измеренными с помощью датчика температуры Тзначениями температуры до и после впрыска жидкостиЛ Тпгс=Тпгс/фн= 0 - Тпгс/Ъ О ).Способ применим, когда объемная доля жидкой фазы много меньше, чем газовой, Его можно использовать, если сиэ жидкости испаряется лишь одна компонента, а остальные остаются в растворе,Формула, изобретения Способ определения доли испаренного вещества в газожидкостном потоке, включа- ющий определение начального расхода жидкости, измерение площади поперечного сечения в испытательном канале. измерение полного давления, статического давления и температуры в газовом потоке до подачи его в испытательный канал с последующим определвнием по этим параметрам расхода газового потока и отношения расхода жидкости к расходу газа, измерение в испытательном канале при пропускании через него газового потока и впрыскивании жидкости статического давления и температуры, о т л и ч а ю Щ и й с я тем, что, с целью ускорения испытаний, измеряют полное давление в испытательном канале после впрыскивания жидкости в газовый поток, определяют динамический напор как разность между полным давлением и статическим давлением в испытательном канале, а долю испареннага вещества рассчитывают по формуле Ми )С 2 Р Рйсс Ми Л Рпсс4 М г 2где В - универсальная газовая постоянная;М и М - малярные массы жидкости и газа;Р - площадь поперечного сечения испытательного канала;Тпгс - температура газовой фазы в испытательном канале при пропускании через него газовога потока и впрыскивании жидкости;ставитель А. Кубасовхред М,Моргентал едактор А. Козлова Те Корректор;А. Коз Заказ 2982 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., 4/5 ул Гагарина 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж Р"загс - статическое давление газовой фазы в испытательном канале при пропускании через него газового потока и впрыскивании жидкости;Ь Рпгс - динамический напор газовой фазы в испытательном канале при пропусканйи через него газового потока и впрыскивании жидкости; 0 -массовый расход газа, полававмого в испытательный канал: Ъ - отношение расхода жидкости к5 расходу гаэа; Е - доля испаренного вещества в газожидкостном потоке.