Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ литературных данных 11
1.1. Движение одиночных пузырей 11
1.2. Групповое движение пузырей. Структура слоя 15
1.3. Общие уравнения движения в двухфазном потоке и их применение к барботажному слою 18
1.4. Экспериментальные методы исследования характеристик газожидкостного потока 26
1.5. Эмпирическое описание характеристик барботажного слоя
Глава 2. Исследования структуры барботажного слоя 42
2.1. Описание экспериментальной установки
2.2. Структура барботааного слоя
2.3. Зоны движения вихрей
2.4. Условия образования вихревой структуры .
2.5. Геометрические характеристики двухфазной вихревой дорожки
Глава 3. Экспериментальное иссдвдование гидродинамических характеристик барботажного слоя 74
3.1. Экспериментальная установка 74
3.2. Среднее газосодержание 77
3.3. Локальное газосодержание 82
3.4. Измерение скорости жидкости 91
3.4.1. Методика измерения 91
3.4.2. Результаты измерения 93
3.5. Размеры пузырей
3.6. Определение эффективного коэффициента диффузии 114
Глава 4. Анализ результатов опытов 122
4.1. Влияние циркуляции жидкости на средне-объемное газосодержание высокого барботажного слоя 122
4.1.1. Основные уравнения Ї22
4.1.2. Сравнение результатов расчета с опытными данными 131
4.2. Анализ влияния профиля газосодержания на интенсивность крупномасштабной циркуляции жидкости 137
4.2.1. Случай плоского канала
4.2.2. Случай цилиндрического канала
4.3. Влияние профиля газосодержания на эффективный коэффициент диффузии 63
Глава 5. Рекомендации к практическому использованию результатов исследования 171
Вывода 180
Литература is3
Приложение 198
- Общие уравнения движения в двухфазном потоке и их применение к барботажному слою
- Геометрические характеристики двухфазной вихревой дорожки
- Определение эффективного коэффициента диффузии
- Анализ влияния профиля газосодержания на интенсивность крупномасштабной циркуляции жидкости
Введение к работе
Во многих процессах химической технологии широко используют аппараты с высоким барботажным слоем. Такие аппараты применяют в качестве химических реакторов в процессах основного органического синтеза (окисление, хлорирование), неорганических производств (нейтрализация), очистки сточных вод, биохимического синтеза.
Значительное влияние на эффективность работы химических реакторов оказывает гидродинамическая обстановка в барботажной колонне. Гидродинамику газожидкостного потока характеризуют среднее и локальное газосодержание, скорости движения жидкой фазы, средний размер и дисперсный состав пузырей, структура движений газожидкостной смеси. Знание этих параметров позволяет определять важные для технологии характеристики, например,-среднее время пребывания фаз в слое, распределение времен пребывания, интенсивность перемешивания, поверхность межфазного контакта.
Многие технологические процессы в химических реакторах ведут при приведенных скоростях газа, не превышающих 0,1 м/с. В промышленности используют прямо- и противоточные схемы организации движения фаз через аппарат, а также непроточные по жидкости колонны периодического действия. Отметим, что скорости протока жидкости через высокослойные барботажные реакторы невелики и, как правило, не превышают 0,01 + 0,03 м/с. Из результатов исследований, опубликованных в литературе, известно, что при таких нагрузках по газу и жидкости в высоком барботаж-ном слое возникают крупномасштабные циркуляционные движения жидкости, циркуляционные скорости жидкости значительно превос-
ходят ее приведенные скорости в режиме работы химического реактора. По этой причине моделирование гидродинамической обстановке в аппаратах с протоком жидкости возможно в каналах с беспроточным барботажным слоем.
При выборе оптимальных условий работы химического реактора во многих случаях необходимо учитывать степень перемешивания фаз, которая зависит от интенсивности крупномасштабных циркуляционных движений жидкости. Для процессов, происходящих в барботажном слое с присутствием твердой фазы (суспендированный катализатор, активный ил) важным параметром, влияющим на выбор оптимальных условий, является кратность циркуляции, обеспечивающая равномерное распределение твердой фазы в объеме слоя. Интенсивность циркуляционных движений также влияет на среднее газосодержание и время пребывания газа. Поэтому при оптимизации и моделировании барботажных химических реакторов необходим учет крупномасштабной циркуляции жидкости.
Один из путей исследования гидродинамики барботажного слоя - изучение единичных явлений, например,- всплытие единичного пузыря в жидкости, массообмен такого пузыря со сплошной фазой. Такой путь позволяет легче найти теоретическое решение и сравнить его с экспериментом. Однако число работ, связывающих элементарные акты гидродинамики с явлениями, происходящими при массовом барботаже, весьма незначительно.
Другой путь - изучение газожидкостного потока как целого, построение моделей течения. Теоретическое описание движения в двухфазном течении в настоящее время развито слабо. Основой для инженерных расчетов служат либо эмпирические соотношения, либо решения, полученные на основе полуэмпирических моделей, Эмпирические соотношения, как правило, ограничены узким диапа-
зоном изменения параметров. Для анализа уравнений полуэмпирических моделей необходима информация о локальных характеристиках слоя. Однако работ, посвященных изучению локальных характеристик высокого барботажного слоя и анализу на этой основе уравнений моделей, имеется весьма мало.
Целью работы являлось экспериментальное исследование условий возникновения и структуры крупномасштабной циркуляции, влияние интенсивности циркуляции на средние и локальные гидродинамические характеристики высокого непроточного по жидкости барботажного слоя, анализ уравнений полуэмпирических моделей, учитывающих влияние интенсивности циркуляции на среднее газосодержание и эффективный коэффициент диффузии, создание на этой основе методики инженерного расчета среднего времени пребывания газа, коэффициента использования кислорода, кратности циркуляции, эффективного коэффициента диффузии в барботажном слое.
В настоящей работе получены экспериментальные данные о среднем и локальном газосодержании, локальных скоростях жидкости и пузырей, перемещивании, размерах пузырей, позволившие выявить условия возникновения крупномасштабных циркуляционных движений газожидкостной смеси, а также их влияние на гидродинамические параметры слоя. Одновременные измерения всех указанных параметров выполнены впервые. Получены решения уравнений полуэмпирических моделей, позволящие рассчитывать среднее газосодержание, скорость циркуляционного движения жидкости, эффективный коэффициент диффузии. На основании экспериментальных данных и решений уравнений полуэмпирических моделей созданы методики инженерного расчета среднего времени пребывания газа, коэффициента использования кислорода, кратности цирку-
ляции, необходимые при проектировании химических реакторов с высоким барботажным слоем.
На защиту выносятся результаты исследования условий возникновения и структуры крупномасштабной циркуляции газожидкостной смеси, гидродинамических характеристик высокого барбо-тажного слоя, уравнения для расчета параметров слоя - среднего газосодержания, скорости циркуляционного движения жидкости, эффективного коэффициента диффузии, среднего времени пребывания газа в слое, коэффициента использования кислорода - представляющие практический интерес и рекомендуемые для использования в расчетных методиках.
Работа состоит из пяти глав. Первая глава посвящена анализу состояния вопроса на основе литературных данных. Во второй главе изложены результаты исследования структуры высокого барботажного слоя. В третьей главе представлены результаты опытов по определению гидродинамических характеристик слоя. Четвертая глава посвящена описанию экспериментальных данных, а пятая - рекомендациям по использованию результатов работы в промышленности.
\\
Общие уравнения движения в двухфазном потоке и их применение к барботажному слою
Вопрос о потери энергии при поворотах жидкости в барботаж-ном слое при возникающей крупномасштабной циркуляции жидкости весьма интересен, так как он непосредственно связан со структурой потоков в слое. Предполагая, что жидкость совершает лишь два поворота у верхней и нижней границ слоя, авторы работы / 114 / нашли, что с увеличением высоты слоя при остальных неизменных его параметрах некоторая характерная скорость циркуляционного движения жидкости должна увеличиваться. Очевидно, что такой результат не имеет физического смысла. Поэтому в работе / 119 / предложена структура потока, состоящая из системы зеркально симметричных вихрей, расположенных в двух параллельных цепочках. Движение жидкости в вихре рассматривали с позиций идеальной жидкости. Число вихрей, располагающихся вдоль вертикальной оси, определяли из принципа минимума завихренности. Оказалось, что высота вихря должна быть равна диаметру канала. Т.о. при заданной структуре потока оказалось возможным определить некоторую характерную скорость движения жидкости в барботажном слое на основе закона сохранения энергии. Однако, предположение о невязком характере движения жидкости и представления о структуре барботажного слоя, используемых в работах / 114,119,120 /, требуют экспериментального обоснования.
Таким образом, решение полных уравнений законов сохранения импульса и энергии для двухфазного слоя в настоящее время проблематично. Использование некоторых упрощений позволяет получать решения, которые могут быть использованы в инженерных расчетах. Однако, при этом требуются экспериментальные данные о размерах и скорости подъема пузырей, о, среднем и локальном газосодержании, структуре потоков в барботажном слое.
Для измерения гидродинамических характеристик газожидкостного слоя во многих случаях применяют методы исследования однофазных потоков. Однако,существенная неоднородность барботажного слоя затрудняет использование этих методов. Традиционным способом исследования газожидкостного потока являются визуальные наблюдения. Они позволяют определить структуру течения / 69,58,74,115 /, скорость движения пузырей / 27, 29,57 /, их размеры и распределение по размерам в барботажном слое / 76,78,80,138,20 /. При этом используют различную фото-и кинотехнику. Метод "отсечки" газа, заключающийся в быстром прекращении подачи газа в слой и последующим измерением высоты чистой жидкости, используют для определения среднеобъемного газосодержания / 85,86,90,91 /. Для измерения среднего и локального газосодержания применяют метод просвечивания барботажного слоя электромагнитным излучением: гамма-лучами / 44,47 /, нейтронами / 48 /. Этот метод основан на различной прозрачности для такого излучения газа и жидкости. Преимуществом данного способа является бесконтактность измерения, т.е. датчик не соприкасается с потоком, и соответственно, не искажает его. При измерении газосодержания барботажного слоя используют методы, основанные на различии электрических проводимости и емкости газа и жидкости. В работах / 45,46,101 / использовали датчик, представляющий две параллельные пластины, расположенные друг от друга на расстоянии порядка 30 мм. По электрическому сопротивлению /45/ или по емкости / 101 / среды, заключенной между пластинами, судили о величине газосодержания в данной точке потока. Достоинство такого способа - это простота электрической схемы и надежность работы датчика в слое. Недостатки - необходимость предварительной тарировки и погрешность, вносимая датчиком в газожидкостной поток. Многие исследователи при определении локального газосодержания используют метод "точечного" электрода / 49-54 /. 0 величине гавосодержания судят по отношению времени нахождения газа на конце электрода к времени измерения. Электронная схема позволяет четко отделять интервалы времени нахождения газа или жидкости на конце электрода. Отличие электрических сигналов при нахождении разных фаз на торце "иголки" связано с тем, что электропроводность жидкости, как правило, много больше чем газа. Достоинствами метода являются: I) малое искажение потока ввиду малости самого датчика, 2) отсутствие необходимости предварительной тарировки, 3) возможность использования для одновременного измерения размеров, скоростей и концентрации пузырей в слое. Нужно отметить, что создана / 53 / довольно простая электронная схема для обеспечения работы датчика, а также проведен анализ погрешности измерений / 54 /, позволяющий для условий опыта определять время измерения и диаметр электрода. К недостаткам этого способа можно отнести недолговечность работы датчика,что усложняет проведение экспериментов. Измерению локальной скорости сплошной фазы в газожидкостном потоке посвящено большое количество работ. Об этой скорости судят по движению метящих частиц в двухфазном потоке / 56,69, 115 /, по интенсивности охлаждения проволоки и пленки датчика термоанемометра / 62-65,67 /, по разности статического и динамического напора в точке / 55,102,103,108,110 /, по количеству массы, перенесенной в диффузионном пограничном слое, возникающем при обтекании датчика потоком / 60,61,66 /. Метод визуализации технически несложен, однако область его применения ограничена, т.к. при большой толщине слоя или концентрации пузырей слой становится непрозрачным. Использование метода визуализации требует оценки погрешности, возникающей при отождествлении движения метки и жидкости. Основное количество измерений скорости сплошной фазы в высоком барботажном слое выполнено с помощью различных модификаций трубки Пито-Прандтля. Аппаратурное оформление этого способа несложно, однако его применение требует предварительной тарировки измерительной трубки в двухфазном потоке. Также отсутствует ясное физическое представление о том, какая скорость измеряется этим способом в барботажном слое. Перспективным является исследование скорости жидкости с помощью термоанемометра. Этот метод также позволяет определять газосодержание / 63 /, пульсации скорости жидкости / 65 / и автоматизировать измерения / 64 /. Однако, сложность и дефицитность электронного оборудования, хрупкость датчиков, недостаточная обоснованность измерений в двухфазном потоке сдерживают применение этого способа. Хорошо разработанным и широко применяемым в исследовании газожидкостных потоков, движущихся с большими скоростями, является электродиффузионный метод / 60,61 /. Он позволяет проводить комплексное измерение гидродинамических характеристик слоя (скорость жидкости и ее пульсации, газосодержание, касательное напряжение на стенке) и автоматизацию измерений. Однако применение этого метода ограничено из-за необходимости определенного химического состава жидкой фазы, обеспечивающего перенос массы через диффузионный пограничный слой.
Геометрические характеристики двухфазной вихревой дорожки
Качественные представления о структуре барботажного слоя в случае пузырькового режима основывали на измерениях профиля скорости жидкой фазы / 102,103 /, как правило, в осесимметричных каналах. Ряд работ, выполненных для плоских моделей / 69-71 /, был ограничен случаем низкого барботажного слоя. Считали, что обнаруженные визуально / 72 / и измерением вектора скорости / 73 / значительные радиальные движения жидкости носили случайный характер, связанный с высоким уровнем турбулизации газожидкостного потока. Представления о структуре крупномасштабных циркуляционных движений жидкости основывали на косвенных измерениях (определяли профиль скорости жидкости в одном из поперечных сечений аппарата). В литературе отсутствуют надежные данные о картине течения сплошной фазы в высоком барботажном слое. Для исследования этого вопроса в нашей работе был выбран плоский канал. Такое решение определялось следующими обстоятельствами: I) возможностью применения метода визуализации движения; 2) более простыми решениями многих задач гидродинамики для плоских каналов / 18,19 /; 3) определенным практическим интересом, связанным с возможностью использования в некоторых технологических процессах прямоугольных колонн / 129 /.
Экспериментальная установка, показанная на рис.1, состояла из системы подвода газа и плоского канала. Плоский канал был из-готовлен из листов оргстекла толщиной 1.10 м и крепился к устройству для подвода газа и опорной раме. Жесткое крепление канала позволяло избежать его раскачки в процессе работы. Плоский канал имел следующие размеры: высота Нк = 1,7 м, ширина В = 0,2 м, толщина Т=0,03 м. Были предусмотрены две различные системы подачи газа: I) ко всем отверстиям дна канала из одной камеры; 2) к каждому отверстию индивидуально с возможностью измерения и регулирования подачи воздуха. Работа по второй системе позволяла создавать различные распределения скорости газа во входном сечении канала и избавиться от влияния движения жидкости на скорость истечения из различных отверстий.
Система подвода газа I состояла из плоской камеры с размерами 0,4x0,2x0,03 м, в которую была введена перфорированная труба диаметром 0,02 м. К камере крепили распределительную решетку толщиной 0,025 м с отверстиями, расположенными в один ряд по ее длинной оси. С целью равномерного подвода газа по поперечному сечению камеры согласно рекомендациям / 151 / использовали перфорированную трубу со свободным сечением 0,71% и тридцатью равномерно расположенными по длине трубы отверстиями. Диаметр отверстий был равен 2.I0"3 м. В дне камеры было сделано отверстие для слива жидкости. Характеристика газораспределительных решеток, использованных в экспериментах, представлены в таблице I.
Отверстия диаметром 2.І0""3 м были просверлены в решетке. Отверстия диаметром 0,5.ТО""3 м были изготовлены впаиванием в отверстие диаметром 2Л0 3 м калиброванной капиллярной трубки с внутренним диаметром 0,5 . Ю "3 м.
При индивидуальном подводе (рис.2) газ из общего коллектора (5) подавали через ротаметры РС-За с игольчатыми вентилями (4) и капиллярами (3) непосредственно к отверстиям (2), через которые газ проникал в плоский канал. Такое устройство позволяло осуществлять независимый и контролируемый в процессе эксперимента расход газа через каждое отверстие. Гидравлическое сопротивление подводящих линий было значительно больше (в 100-1000 раз), чем возможная разность статистических давлений жидкости у стенки и в центре канала при образовании в нем барботажного слоя. Статические давление у дна канала определяли по давлению в отверстии боковой стенки канала, уравновешенному столбом жидкости без пузырьков в мерном стакане. Отверстия располагали в боковой стенке на высоте 3. I0" 3 м над плато. Диаметр этих отверстий был равен 5.I0"3 м. На рисунке 3 показан профиль статического давления у газораспределительной решетки при различных приведенных скоростях газа. Погрешность скорости, возникающая вследствие различных условий истечения (разное статическое давление жидкости над отверстиями) была пренебрежимо мала.
Опыты с использованием второй системы подвода воздуха проводили следующим образом. Необходимое для данного эксперимента распределение газа во входном сечении канала устанавливали с помощью игольчатых вентилей ротаметров РС-За. Непосредственно перед опытом измеряли расход через каждое отверстие одним и тем же эталонным ротаметром. Затем в канал заливали воду
Определение эффективного коэффициента диффузии
Разрушение опускающихся из зоны равномерного движения вихрей в одновихревой зоне разрушения протекает следующим образом. При совпадении направления вращения вихрей в зонах 2 и 3 опускающийся вихрь жидкости проникает в вихрь зоны разрушения и "растворяется" в нем. При этом восходящий поток газожидкостной смеси несколько смещался опускающимся вихрем к противоположной торцевой стенке. Если же направления вращения опускающегося вихря и вихря в зоне разрушения не совпадали, то разрушение происходило на границе с вихрем зоны разрушения. При этом последний также несколько деформировался. Высота зоны разрушения в данном случае равнялась приблизительно полуторной ширине канала.
Другой характерный вид зоны разрушения наблюдали при симметричном относительно вертикальной оси канала подводе газа к отверстиям газораспределительного устройства. Направление вращения вихрей зоны разрушения совпадало с направлением вращения опускающихся вихрей соответствующей цепочки. При этом опускающийся вихрь проникал в соответствующий вихрь зоны разрушения и растворялся в нем. Восходящая газожидкостная струя в этой зоне совершала колебания с амплитудой, равной приблизительно четверти ширины канала; отклонение струи от центрального положения было противоположным положению разрушающегося в данный момент времени вихря газожидкостной смеси. Высота зоны разрушения вихрей в этом случае была примерно равна ширине канала.
В опытах наблюдали промежуточную двухвихревую структуру зоны разрушения. Эта структура не обладала симметричностью, так как один из вихрей превосходил по своим размерам другой. Такой вид зоны разрушения возникал при некоторой степени несимметричности подвода газа через отверстия газораспределительного устройства в барботажный слой.
Таким образом, зона разрушения вихря может иметь различную структуру, зависящую от степени симметричности подвода газа в слой, причем симметричному подводу газа соответствует структура с двумя зеркально симметричными вихрями. Отметим, что центры вихрей зоны разрушения во всех случаях не меняют свое положение с течением времени, а лишь незначительно колеблются около среднего. В одновихревой зоне разрушения центр вихря расположен на вертикальной оси канала на расстоянии, равном приблизительно половине ширины канала, а в двухвихревой симметричной структуре центры вихрей находятся на вертикальном отрезке высотой около четверти его ширины, расположенном на расстоянии около четверти ширины канала от торцевой стенки. Необходимо отметить, что в экспериментах не наблюдали влияния вида зоны разрушения на характеристики зон равномерного движения вихря и зоны его образования.
При описании процессов, происходящих в барботажном слое, важным вопросом является классификация барботажных слоев по высоте. Предложенная ранее / 142 / классификация основывалась на геометрических соображениях. Для высокого слоя предполагали, что Н/) 10, тогда как для низкого - Н/) I. Обнаруженная в наших экспериментах структура барботажного слоя, состоящая из зон образования, равномерного движения и разрушения вихрей, позволяет уточнить классификацию барботажных слоев. Заметим, что в данном случае рассматриваются барботажные слои с развитой крупномасштабной циркуляцией, об условиях образования которой будет сказано далее. При отсутствии циркуляции жидкости пузыри равномерно распределены по поперечному сечению канала и всплывают с одинаковой скоростью. Очевидно, что в этом случае нет различия между высоким и низким барботажным слоем. Такое различие имеет место лишь при возникновении крупномасштабной циркуляции жидкости.
Низким барботажным слоем следует называть такой слой, в котором отсутствует зона опускного движения вихрей и жидкость циркулирует в слое в вихревых образованиях, центры которых имеют неизменные во времени вертикальные координаты. Высоким будем называть такой барботажный слой, в котором опускающаяся жидкость участвует в двух видах движения - поступательном движении вихря как целого и вращательном внутри самого вихря, а восходящий газожидкостной поток обтекает опускающиеся вихри по Емейкообразной траектории. Дяя высокого барботажного слоя характерно пренебрежимо малое влияние зон образования и разрушения вихрей на такие параметры слоя, как, например, средние скорости циркуляционного движения жидкости, коэффициент ее продольного перемешивания, среднеобъемное газосодержание и другие.
Обнаруженная и описанная выше вихревая структура высокого барботажного слоя была получена при общем подводе газа в канал и диаметре отверстий газораспределительного устройства 2.10 3м. При этом практически во всем диапазоне изменения приведенной скорости истечение газа из отверстия в жидкость было струйным. Над отверстием образовывался факел газа, который дробился на пузырьки на некоторой высоте. В слое возникала полидисперсная смесь пузырей. Из литературных данных, приведенных в главе I, известно, что скорость свободного подъема единичного пузырька в жидкости зависит от физико-химических свойств газа и жидкости, а также от размера пузыря. Существует диапазон таких размеров пузырей, в котором скорость свободного подъема пузыря практически не зависит от его эквивалентного диаметра. Для системы воздух-вода, применяемой в наших экспериментах, это пузыри с эквивалентным диаметром (3-8)ЛСГ3м/ 23,26 /. При дальнейшем увеличении размеров пузыря наблюдается рост скорости его свободного подъема, пропорциональный корню квадратному из эквивалентного диаметра пузыря / 22 /.
Анализ влияния профиля газосодержания на интенсивность крупномасштабной циркуляции жидкости
Затем, при й: 1,5. 10 м/с, зависимость величины, обратной показателю степени Y\ , достигает максимума и при дальнейшем увеличении приведенной скорости газа профиль газосодержания становится все более вытянутым. Объяснение такому аномальному поведению распределения газосодержания по поперечному сечению канала можно дать, исходя из идеи, высказанной В.Л.Зеленко при обсуждении данной работы. Суть ее заключается в следующем: поднимающийся пузырек газа вовлекает в движение некоторый объем жидкости, окружающей пузырек и пропорциональный его размерам. Если поднимается ансамбль пузырей, равномерно расположенных в пространстве, то каждый пузырек вовлекает в движение некоторую часть жидкости. С увеличением приведенной скорости газа растет и общее число пузырей в слое. При этом "липшие" пузыри либо конкурируют с соседними за жидкость, которую они могут вовлечь в движение, либо смещаются в область, обедненную пузырями. (Скорее всего, эти два процесса сосуществуют, противоборствуя друг другу). Область, обедненная пузырями, в случае подачи газа через 8 отверстий диаметром 0,5.10 "3 м. существует согласно визуальным наблюдениям, описанным выше, у торцевых стенок канала. При этом происходит некоторое заполнение этой области "лишними" пузырями и, как следствие, - уплощение профиля газосодержания. Затем происходит заполнение пузырями всего поперечного сечения, профиль газосодержания в этом случае становится наиболее плоским для данного типа распределителя газа, приближаясь к профилю газосодержания, возникающему при подаче газа в пузырьковый слой равномерно по всему поперечному сечению канала, т.е. к случаю подачи газа в барботажный слой через 10 отверстий диаметром 0,5 . 10 3 м.
Сложная картина движения в высоком барботажном слое не может быть детально исследована с помощью различных модификаций трубки Пито-Прандтля. В опытах необходимо измерять характеристики нестационарного (хотя и периодического) процесса, что требует применения иного принципа измерения скорости жидкости. Например, можно было бы использовать электродиффузионные или термоанемометрические методы измерения. Однако, сами по себе, без сопровождения кинограммами, характеризующими структуру потока, результаты этих измерений расшифровать очень трудно. Таким образом, полноценное экспериментальное исследование бар-ботажного слоя можно осуществить лишь в результате синтеза визуализации структуры потока и локальных измерений скорости, с согласованием данных измерений с пространственными и временными характеристиками изучаемого объекта. В связи со сказанным возникла мысль получать всю необходимую информацию только путем обработки кинограмм. Для этого была разработана методика определения траєкторний скорости движения трассерных частиц нейтральной (нулевой) плавучести, позволяющих определить вектор скорости жидкости.
О скорости движения жидкости судили по скорости движения шарика в барботажном слое, найденной при обработке кинограмм. Для получения последних использовали кинокамеру "Кварц-Зс". Киносъемку проводи с частотой 36 кадров з секунду. На кинограммах фиксировали участок слоя, расположенный на высоте 0,6-1,0 м над газораспределительным устройством. Высота барботажного слоя в опытах по измерению скорости жидкости была около 1,4 м. Участок слоя, полученный на кинограммах, можно с уверенностью относить к зоне равномерного движения вихрей. Полученные профили скорости жидкости характеризуют движение именно в этой зоне. В снимаемых кадрах всегда был виден секундомер СЗД-ІМ с ценой деления 0,01 секунды, позволявший отмечать время. Попытка измерять время по известной частоте кадров не привела к успеху, так как при этом наблюдали большие случайные погрешности, связанные с несовершенством протяжного механизма кинокамеры. Снимаемый участок зоны равномерного движения вихрей находился на сером фоне, что позволяло получить на кинограммах изображение и структуры слоя и шариков, т.е. возможно было определение положения шарика в описанной выше структуре потоков. Обработку кинограмм вели на монтажном столике следующим образом: в моменты начала и окончания измерения на стекло, прикрепленное к экрану, наносили линии торцевых стенок колонн, положение центра вихря и положение шарика. Это позволяло определять координату центра вихря относительно стенки, координаты шарика относительно центра вихря и стенки. Скорость шарика определяли делением пути, пройденного шариком, на измеренный интервал времени. Координаты шарика измеряли на стекле с помощью линейки с миллиметровым делением, причем уменьшение изображения на экране монтажного столика по сравнению с натуральной величиной постоянно контролировали. Это уменьшение было в среднем около 4 с небольшим отклонением, поэтому абсолютная погрешность при измерении перемещения шарика на экране монталшого столика, равная 0,5 мм при переходе к натуральным размерам равнялась 2 мм. Погрешность измерения времени составляла 0,5 . 10 с.
