Методика измерения размеров пузырьков воздуха в воде.

Измерение диаметра газовых пузырьков в воде производилось на основе анализа цифровых фотоизображений газожидкостной струи с помощью специально разработанной компьютерной программы. Методика измерения размеров пузырьков представлена в файле MethodIntbubbles.doc

Фиг. 67. Фотография, подготовленная для анализа компьютерной программой (D = 2,8 мм, p = 1,2 МПа, Q_w = 17,7 дм³/мин, Q_g = 0,5 дм³/мин)

Фиг. 68. Плотность распределения пузырьков газа по размерам: 1  D = 2.8 мм, p = 0.6 МПа, Q_g= 0.05 дм³/мин; 2D = 3.0 мм, p = 1.2 МПа, Q_g= 0.5 дм³/мин; 3 D = 3.0 мм, p = 1.2 МПа, Q_g= 5 дм³/мин

Функция плотности распределения для оптимальных параметров диспергатора при различных значениях расхода газаQ_gпредставлена на фиг. 68. При малом расходеQ_g= 0,05 дм³/мин (линия 1) функция распределения несимметрична, подъем правой ветви, вероятно, вызван коалесценцией газовых пузырьков при их столкновениях [Error: Reference source not found, Error: Reference source not found]. С увеличением расхода газа экспериментальная функция распределения (линии 2 и 3) приближалась к закону нормального распределения.

Гистограмма распределения показана на фиг.69. Здесь по оси ординат отложено выраженное в процентах относительное количество пузырьков n_i /n, диаметр которых лежит в пределах диапазона отd₁доd₂, показанного горизонтальной линией.

Фиг. 69. Гистограмма распределения пузырьков газа по размерам. 1  D = 2,8 мм, p = 0,6 МПа, Q_g= 0,05 дм³/мин; 2D = 3,0 мм, p = 1,2 МПа, Q_g= 0,5 дм³/мин; 3 D = 3,0 мм, p = 1,2 МПа, Q_g= 5 дм³/мин

Из фиг. 69 следует, что при Q_g= 0.05 дм³/мин 15.5% пузырьков имеют диаметры от 0.09 до 0.22 мм, 59.5%от 0.22 до 0.36 мм, 12.8%свыше 0.36 до 0.49 мм (линия 1). ПриQ_g= 0.5 дм³/мин наибольшее количество пузырьков (36.5%) лежит в диапазоне от 0,42 до 0,58 мм (линия 2), а приQ_g= 5 дм³/мин максимум гистограммы (52,4%) соответствует диапазону от 0,46 до 0,64 мм (линия 3).

Средние размеры пузырьков газа.

Результаты измерения среднего диаметра пузырьков <d>, рассчитанного по формуле (33), при диаметре подающих отверстий в диспергатореD =2,8 ммпредставлены на фиг.70, а приD =3 мм  на фиг. 71.

Фиг. 70. Зависимости среднего диаметра газовых пузырьков от давления воды при диаметре подающих отверстийD = 2,8 мм. 1 Q_g= 0.05дм³/мин; 2 Q_g= 0.5дм³/мин;

3  Q_g= 5дм³/мин

Фиг. 71. Зависимости среднего диаметра газовых пузырьков от давления воды при диаметре подающих отверстийD = 3,0 мм. 1 Q_g= 0.05дм³/мин; 2Q_g= 0.5дм³/мин;

3  Q_g= 5дм³/мин

Из фиг. 70 и 71 видно, что при малом расходе газа Q_g= 0,05дм³/мин наименьший средний диаметр пузырьков <d>0,3 мм получен для диспергатораcD = 2,8 мм в диапазоне давлений водыp= 0,50,9 МПа. При увеличенных в 10 раз и в 100 раз расходах газа наилучшим оказался диспергатор с диаметром подающих отверстийD = 3,0 мм. При этом оптимальный диапазон давлений водыp= 0,71,2 МПа, наименьший средний диаметр пузырьков <d>0,5 мм приQ_g= 0,5дм³/мин и <d>0,6 мм при Q_g= 5дм³/мин.

В обычных диспергаторах газ прокачивается через отверстия в мембранах, размеры которых составляют десятые или даже сотые доли миллиметра. В волновых диспергаторах диаметр подающих отверстий может составлять 2-3 миллиметра, что снижает энергозатраты на диспергирование.

Сопоставление волнового диспергирования воздуха в воде с традиционным барботажем представлено на фиг. 72-74 для разных расходов воздуха. Фотографии слева получены при продувке воздуха сквозь пористый диск на основе порошка титана с Æ пор 100 мкм. Как видно, волновой диспергатор позволяет достичь существенно большего диспергирования воздуха.

Фиг.72 Расход воздухаQ= 0,05 л/мин

Фиг. 73 Расход воздуха Q= 0,5 л/мин

Фиг.74. Расход воздуха Q= 5 л/мин

Экспериментальные зависимости размеров пузырей от расхода газа для традиционного устройства подачи газа в жидкость в виде пористой пластинки и для волнового диспергатора приведены на фиг.75.

Фиг.75

Как видим, размеры пузырьков для диспергаторов более, чем в три раза меньше, чем размеры пузырьков, полученных с помощью пористой пластинки.

1Термин “волновая технология” был предложен авторами технологии более 15 лет назад, когда научные основы были далеки от завершения. Поэтому, естественно, многие практики начали использовать этот термин, не понимая существа научной базы, при внедрении любых эмпирических устройств, в которых используется вибрация и удары.

iГаниев Р.Ф., Украинский Л.Е. «Динамика частиц при воздействии вибраций», Киев, «Наукова думка», 1975, 169 с.

ii Ганиев Р.Ф. О резонансных явлениях при нелинейных колебаниях механических систем //Физ. и мех. нелинейных явлений, Сб. научн. тр., Киев, «Наук. думка», 1979, с.16-25

iiiГаниев Р.Ф. (ред.) «Колебательные явления в многофазных средах и их использование в технологии», «Техника», Киев, 1980, 142 с.

ivГаниев Р.Ф., Лапчинский Г.Ф. «Проблемы механики в космической технологии», «Машиностроение», Москва, 1979, 119 с.

v Ганиев Р.Ф. (ред.) Волновая техника и технология. Научные основы, промышленные испытания и их результаты, перспективы использования. Издательская фирма «Логос», М., 1993г, 126 с.

viГаниев Р.Ф., Менделуца В.М., Телалов А.И., Украинский Л.Е. Экспериментальные исследования течения жидкости в трубопроводах с податливыми стенками, «Бионика», Республиканский межведомственный сборник, вып.14, Киев, 1980, с. 46-50

viiГаниев Р.Ф., Низамов Х.Н., Чучеров А.И., Усов П.П. Стабилизация колебаний давления, Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, М., 1993г., 184 с.

viii Ганиев Р.Ф., Низамов Х.Н., Дербуков Е.И. Волновая стабилизация и предупреждение аварий в трубопроводах. Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, М., 1996г., 258 с.

ix Kunz R.F., Boger D.A., Stinebring D.R., Chyczewski T.S., Lindau J.W., Gibeling H.J., Venkateswaran S., Govindan T.R. A preconditioned Navier-Stokes method for two-phase flows with application to cavitation prediction // Comput. Fluids, 2000, 29, 849.

xР.Ф. Ганиев, Н.И.Кобаско, К.В. Фролов Волновая технология в упрочнении материалов //Международный центр научно-технической информации. Издание «Научно-технический прогресс в машиностроении». Вып.18, М., 1989, 69 с.

xi Л.Е.Украинский (ред. Р.Ф.Ганиев) Волновая технология в нефтяной промышленности // РНТИК «Баштехинформ» АН РБ, г.Уфа, 1999 г.

xiiР.Ф.Ганиев, Л.Е.Украинский, В.Е.Андреев, Ю.А.Котенев Проблемы и перспективы волновой технологии многофазных систем в нефтяной и газовой промышленности. Санкт-Петербург, «Недра», 2008 г., 185 стр.

xiii Ганиев Р.Ф., Корнеев А.С., Украинский Л.Е. Об эффекте волнового диспергирования газа, Доклады РАН, 2007, т.416, №3, с. 1-3.

xivР.Ф.Ганиев, Д.А.Жебынев, А.С.Корнеев, Л.Е.Украинский. Экспериментальное исследование волновых диспергаторов газа в жидкости, Проблемы машиностроения и надежности машин, 2007, №6, с. 94-97.

xvАвдуевский В.С., Ганиев Р.Ф., Калашников Г.А., Костров С.А., Муфазалов Р.Ш. Гидродинамический генератор колебаний: Патент 2015749 РФ // Б.И. 1994, №7. С.

xviБлазнов А.Н., Денисов Ю.Н., Куничан В.А., Чащилов Д.В. Распределение пузырьков по размерамв жидкостно-газовых струйных аппаратах с удлиненной камерой смешения // Электронный журнал “Исследовано в России”. 2002. № 61. С. 663 670.

xvii Mihail R., Straja S. A theoretical model concerning bubble size distributions // Chemical Engineering Journal. 1986. V. 33. № 2. P. 71-77.

xviii Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1976. 216 с.