Введение к работе
Актуальность работы. Двухфазные газожидкостные потоки встречаются в различных отраслях теплоэнергетике, ядерной энергетике, химической, микробиологической промышленности и др Газожидкостные течения реализуются при совместной транспортировке нефти и газа, используются в барботажных реакторах и других промышленных устройствах Многообразие режимов потоков существенно усложняет теоретическое предсказание гидродинамики таких течений, требуя использования многочисленных гипотез, предположений и приближений Нередко сложность структуры течения делает невозможным чисто теоретическое описание его поведения и требует использования эмпирических данных Поэтому экспериментальное изучение газожидкостных потоков остается актуальным
Известно, что гидродинамические характеристики газожидкостных течений (в отличие от однофазных) существенно зависят от режима течения смеси, от геометрии канала и направления движения фаз
В литературе широко и подробно описаны экспериментальные исследования газожидкостных течений в вертикальных трубах и каналах Гидродинамика течений в горизонтальных и наклонных трубах и каналах практически не изучена, тогда как именно в этих условиях наличие даже небольшого содержания газовой фазы в потоке может привести к существенным изменениям гидродинамических характеристик течения и проявлению новых эффектов. Следует отметить, что именно наклонные и горизонтальные газожидкостные течения реализуется при совместной транспортировке нефти и газа, а также при производстве тонкой фольги в электролизерах
Большой интерес, как с научной, так и с инженерной стороны, представляет влияние газовой фазы на средние характеристики потока, такие как касательное напряжение трения на стенках, его пульсации, профили скорости жидкости и другие гидродинамические показатели течения Немаловажным'Являются и мгновенные значения этих величин и их зависимость от распределения газовой фазы по сечению канала
К числу вопросов, представляющих значительный интерес, относятся исследования взаимодействия пузырей с окружающей их жидкостью и со стенкой, а также эффектов, вызванных этим взаимодействием
Целью диссертационной работы является систематическое экспериментальное исследование структуры пузырькового газожидкостного течения в горизонтальном плоском канале и при малых углах наклона (до 20) относительно горизонтали в диапазоне приведенных скоростей жидкости до 1 м/с и анализ экспериментальных данных
Научная новизна Результаты работы обладают научной новизной. Улучшена методика определения локального газосодержания и скорости жидкости путем изучения зависимости этих характеристик от порога дискриминации газовой фазы.
В пузырьковом потоке в наклонном канале исследовано влияние ориентации канала на средние и пульсационные характеристики течения Показана существенная зависимость локальных характеристик течения от угла наклона канала
В горизонтальном потоке подробно изучены средние и пульсационные характеристики пузырькового течения. Впервые получены существенно асимметричные профили скорости жидкости и профили пульсаций скорости жидкости в горизонтальном канале
Замечено, что при умеренных расходных скоростях фаз, происходит концентрация пузырей с образованием крупномасштабных пузырьковых структур вдоль потока Впервые изучено влияние этих пузырьковых структур на гидродинамические характеристики течения
Практическая ценность работы. Полученные экспериментальные данные о структуре пузырькового газожидкостного течения в исследованных режимах и условиях могут быть использованы для разработки и тестирования методов расчета характеристик двухфазных течений, используемых для проектирования технологического оборудования и трубопроводов
Достоверность полученных экспериментальных данных основана на отлаженной методике измерения локальных гидродинамических характеристик газожидкостных потоков, применяемой в Институте теплофизики СО РАН Подтверждена их повторяемостью, анализом погрешности измерений, совпадением интегральных характеристик течения с расходными величинами
На защиту выносятся;
1 Результаты исследования зависимости измеренных значений локального газосодержания, скорости жидкости и пульсаций скорости жидкости от порога дискриминации газовой фазы
2. Результаты систематических исследований влияния ориентации канала на средние и пульсационные значения трения на стенке, а также распределения локального газосодержания при различных расходных скоростях жидкости и газа
3 Результаты экспериментального исследования средних и пуль-сационных характеристик (средние и пульсационные значения трения на стенках канала, профили локального газосодержания, скорости
жидкости и пульсаций скорости жидкости, перепад давления на длине рабочего участка) пузырькового течения в горизонтальном канале
4 Результаты экспериментального исследования условных характеристик касательного напряжения на стенке в режимах с образованием крупномасштабных пузырьковых структур
Апробация работы Основные результаты работы были доложены на XL международной научной студенческой конференции (Новосибирск, 2002 г), на VII и IX Всероссийских конференциях молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» (Новосибирск, 2002 и 2006г), на 3-ей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2002г), на региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука Техника Инновации» (Новосибирск, 2002г), на 3-ей Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы механики теория, эксперимент и новые технологии» (Новосибирск, 2003г), на 3-ем Международном симпозиуме по моделированию и экспериментальному изучению двухфазных течений (Пиза, 2004г), на V Минском форуме по тепломассообмену (Минск, 2004г), на 5-ой Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 2006г)
Публикации По материалам диссертационной работы опубликовано 13 работ
Личное участие автора Данная работа выполнена в 2001-2007 годах в Лаборатории физико-химической гидромеханики Института Теплофизики СО РАН Участие автора заключается в обсуждении постановки задачи, реконструкции экспериментальной установки, отработке методики измерения, проведении экспериментов, написании программного обеспечения для обработки сигналов, анализе полученных результатов, подготовке публикаций по результатам исследований Данный цикл работ проводился под руководством и непосредственном участии д ф -м н О Н Кашинского
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы Диссертация изложена на 150 страницах, включает библиографический список из ПО наименований, иллюстрирована 69 рисунками и 4 таблицами
Похожие диссертации на Структура двухфазного пузырькового течения в горизонтальном и слабонаклонном канале
