Способ определения гидродинамической обстановки в ограниченном объеме

 

Изобретение относится к химическому и криогенному м ипиностроению и предназначено для контроля гидродинамических параметров в разервуарах при различных режимах работы. Цель изобретения - расширение технических возможностей и повьюение достоверности измерений. Способ включает заполнение ограниченного объема с дозировкой частиц различного .гранулометрического состава и плотности в объем, затем отбирают две пробы: одну непосредственно в объеме, другую - у дна, пробы испаряют, а гидродинамическую обстановку определяют по гранулометрическому анализу и его математической обработке. Кроме того, в качестве инородного используют полидисперсный материал постоянного фазового состава с плотностью, большей, чем плотность жидкости в ограниченном объеме, а размер частиц крупных фракций инородного полидисперсного материала выбирают таким, чтобы скорость их оседания превышала максимальную скорость движения жидкости в ограниченном объеме, частицы инородного материала в период заполнения ограниченного объема жидкостью дозируют порциями не менее двуу раз. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. сл

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

21 А1

u9t В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A STGPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТБЕККЫЙ H0MHTET CCCP

Г10 ДЕЛАМ ИЭОЕРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4047 530/? 3-26 (22) 31.03.86 (46) 30.04.8":. Бюл. Я 16 (72) В.А.Львов, В.B.Костин, A.В.Матвеев„ A.N.Домаш» и -o и Г.П.Пазлихин (53) 532.5(088.8) (56) Власов Ю.Н. Оптический визуальный метод исследования течений жидкости. Теплофизика высоких температур, 1972, Р 5, c.. 1135-1137. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В ОГРАНИЧЕННОМ

ОБЪЕМЕ (57) Изобретение относится к химическому и криогенному машиностроению и предназначено для контроля гидродинамичесних параметрон в р "зервуарах при различных режимах работы. Дель изобретения — расширение технических

Р возможностей и повышение досто,ерности измерений. Способ включает за(д) 1 С О1 Р 5/20, F 3/00 полнение ограниченного объема с дозировкой частиц различного гранулометрического состава и плотности в объем, затем отбирают две пробы: одну непосредственно в объеме, другую — у дна, пробы испаряют, а гидродинамическую обстановку определяют по гранулометрическому анализу и его математической обработке. Кроме того, в качестве инородного используют полидисперсный материал постоянного фазового состага с плотностью, большей, чем плотность жидкости в ограниченном объеме, а размер частиц крупных фракций инородного полидисперсного материала выбирают таким, чтобы скорость их оседания превышала максимальную скорость движения жидкости в ограниченном объеме, частицы инородного материала в период заполнения ограниченного объема жидкостью дозируют порциями не менее двух раз. 2 з,п. ф-лы, 6 ил.

I 39? 51 I

Изобретение относится к химическому и нефтяному машиностроению, преимущественно к криогенному, и может быть использовано при исследовании и контроле параметров гидродинамической обстановки в резервуарах и хранилищах при различных режимах работы.

В современных жидкостных хранилищах, в том числе криогенных, под действием внешних возмущений, например вынужденных колебаний при транспортировке, теплопритоков из окружающей среды и т.п., внутри ограниченного объема имеют место различные токи жидкости, обусловливающие процессы испарения, накопления загрязнений

»а стенках объема, уноса загрязнений в паровую фазу и т.п.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение достоверности измерений.

На фиг. 1 и 2 изображена зависимость между скоростями W витания частиц, соответствующих скоростям движения жидкости, и значениями 1/W, вследствие чего площадь каждого сектора соответствует вероятности появления скорости витания в данном диапазоне скоростей, цля воды и кварцевого песка с плотностью 2650 кг/м, на фиг. 3 и 4 — то же, для воды и кварцевого песка с плотностью

2580 кг/м ; на фиг. 5 и 6 — то же, для жидкого азота и кварцевого песка с плотностью 2580 кг/м .

Способ осуществляется следующим образом.

Зная осредненные параметры жидкос= ти в рабочем режиме, такие как плотность f>, динамическая вязкость, задаваясь максимально возможной скоростью движения жидкости И„, выбирают инородный материал таким, чтобы

f ), а функция распределения частиц материала по скоростям витания y(W) в условиях рабочего режима соответствовала выражению

1 мо «с

f y(W) dW

W мин

w

/ y(W) аЫ

1" мак что соответствует условию оседания крупных фракций в рабочем режиме > т.е. WN! „, c W1„д,„.,Зная, что ограни— ченный объем заполняют жидкостью п минут, цоэирование инородного материала осуществляют на (n/3)-й и (2n/3)-й минутах. Перевоцят ограниченный объем в рабочий режим и отбирают пробу жидкости с дна объема, испаряют жидкость, анализируя частицы, получают функцию распределения частиц материала по скоростям витания YD = У (W), при этом соблюдая оно.г с

D = f К (W) = 1, что позволяет исклюW

D i q чить из рассмотрения частицы, осевшие на боковых стенках ограниченного объема.

Аналогично отбирают пробу движущейся жидкости н получают 7 = У (ч)

7Е ус соблюдая!

5 ь; >к иь« и «ГY (W) 20

1 ««ни получают путем ди<р1реренппрования

dD(W)

Y(W)

d4

25 Пример 1. Исследуют замкнутый объем, заполняемый водой, при осредненных параметрах н рабочем режиме

Y. =- 1000 кг/м, динамическая вязкость 0,001005 Па ° с. Максимальная

30 скорость движения жидкости принимается М„„„,= 1 10 и/с.. В качестве инородного материала выбирают кварцевый песок с плотностью 2650 кг/м . При этом скорость витания крупаых фрак-5 ций 4 =- 6 10 м1с, минимальная скорость витания W„„,=- 2 10 и/с. 3аполнение объема происходит н течение

15 мин, дозирование инородного материала осуществляют на 5-й и 10-й ми40 нутах °

Переводят ограниченный объем в рабочий режим (вынужде1111ые колебания) .

Отбирают пробу жидкости с дна объема

45 получают гранулометрпческпй состав (фиг. 1). Отбирают пробу,д нижущейся жидкости, находят Е по фракции 2

5 10 м/с и строят преабрнзонанный гранулометрический состав (фиг. 1, штриховка). Очевидно, что фракции

-3 крупнее W 3 6 10 и/с ll движущейся жидкости oTcyTcTB уют ll !:1 овнеW g ( ((11д . выполняется, а фг:1кппи мельче макс

5 ° 10 м/с присутствуют и< пностью и

55 определение Е достонер1п1, W gg = 5 х х 10 мl с. После преобра.1< 1 «1пгй получают функцию плотности Il,1. и; елеления скоростей движения в <111>;пп11с пном объеме (фиг. 2)..! 3925! 1

Пример 2. 11сследуют з мкн;— тый прозрачный бъем, заполненный водой. Осредненные параметры в рабочем режиме слилуюцие: плотность f., 1000 кг/м, динамическая вязкость

0,001005 Па с. 11аксимальная скорость движения жидкости не превышает вели-3 чину WÄ Ä; — 1 ° 10 м/ . В качестве инородного материала выбирают кварцевый 10 песок с плотностью „ -- 2580 кг/м .

При этом максимальная скорость мигания крупных фракций W„,, = 4 10 м, с, мипимальнач скорость в: та :ия W«« =

1, 7 10 м/с. Заполнение объема 15 происходит в течение 6 мин, дазиравание инородного материала асуп;еств:.яют на 2-й и 4-й минутах.

Переводят ограниченньй объем н рабочий режим (r,ынужд..-нны колс.,ения).20

Отбирают пробу ж. дкаст: с дна объема и rrocae ее испарения определяют гранулометри .еский сост B инородного Материала (распределение .патиц чо скоростям ви-.ания), (фиг. 3). Отбирают пробу движущейся в абъ=ме жидкости и также определяют грану.гоМе ричсский состав инораднога матер;-:ала.

1!аходят величину К любым методам, позволяющим препставить граиуламет- 30 рический состав в пробе движущей я жидкости в виде дали исходнага грачулометрическаго состава (проба с дна объема) . 1!входят К ча н,»п еньшей фрак— ции (1,7-3) ° 10 M! с и строят преобразованный грануламетрический с став (фиг. 1, штриховка) . Очевидна, что

-3 фракции круг нее М ) 1 ° 10 м/с;з .пви:кущейся жидкости ат утствуют и у:!говие 4««< W . выполняется. "Ракции мельче 5. 10 м/с присутствуют полностью, и, следовательно, определение К,достоверна.

После преабразава»ий получают функцию плотности распределения скорасreй 45 движения в orðàrrè÷å ьнам объел.е (фиг. 4, где пр дставлеьпх также результаты измерений, полученных в там же эксперименте известным cr:особом — мет..>дом меток).

Пример 3. 11сследуот замкнутый объем, загалнен: ый кцпкил. азотом.

Оср едненные параметры в рабочем режиме следующие: пл отпасть j. = 802,4 кг/м, динамическая вязкс сть 144 ° 10 Па с.

Максимальная ск:орость движения жидкости не превьп.а: т вели гану \»,„

1 ° 10 м/с. В качест «е инородного материала выбирают кьариевый песок с пла". нас тьь. 1,, = -580 кг/ . При зтам максимальная скорость витания

-г кI yrrrsrrx фракций WÄ = 1 10 м/с, минимальная скорость витания WzÄ с

7 10 м/с. Заполнение объема происходит в т чение 27 мин, дазирование ип лраднага материала осуществляют н» 9-й и 18-й минутах.

Переводят огран че ный объем в рзбачий режим (вынужденныз колебания). Отбирают пробу жидкс сти с дна объема и после ее испарения определгют гранулометрический состав инаро;;rrc -o материала (фиг. 5). Отбирают пробу- движущейся в объеме жидкост также определяют грануламетрический с став и .opодноrо материала. Находят величину К по наименьшей фракции (7-10) ° 10 м/с и строят преобразованный гранулометрический состав (фиг.3, штриховка). После преобразований получают функцию плотности распределения скоростей движения в ограниченном объеме (фиг. 6, где пунктиром для сравнения представлены также результаты измерений, пслученных в том же кспсримегте после прекращения колебаний, т.е. в режиме постоянного теп<г oI,ðèòoêà) .

Равномерное дозирование порциями частиц инородного материала в верхнюю час гь ограниченного объема при одновременном его заполнении жидкостью позволяет равномерна распределить частицы по всему объему, предотвратить их прежгенременнае оседание и расслоение па фракциям в объеме, а дазьрование материала порцпялги по

,райней мере дважды исключает полный вынсс частиц на стенки объема.

После перевода ограниченного объема в рабочий режим в результате того, что частицы инороднога материала полидисперсны, обладают настоянным фазавым составом и плотностью, большей плотнас тг жидкости в ограниченном объеме, начинается процесс оседания частиц í" дно объема. При этом крупные фракции частиц, обладающие скоростью оседания, большей максимальной сгсарости движения жидкости в объеме, полностью осаждаются на дна объема.

Частицы, обладающие мсньг.ей скоростью ассдания, чем минимальная скорость движения жидкости в объеме, остаются во взвешенном состоянии (а вычетом частиц, ос=-дившихся на стенках объема за счет сил адгезии!. Остальные

139

100 ооо

Фиг,1 частицы представлен» в объеме с различной вероятностью, пропорциональной вероятности появления в объеме той или иной скорости движения жидкости, большей или равной скорости оседания этих частиц. Таким образом, отбирая пробы из движущейся жидкости и с днз сграниченного объема и определяя гранулометрический состав частиц инородного материала при иэвестньгх их свойствах, нахоцят параметры гидродинамической обстановки в ограниченном объеме. При этом после испарения kkpoбы жидкости частицы материала находятся в неподвижном состоянии, что значительно упрощает измерения.

Использование предлагаемого способа определения гидродинамической обстановки в ограниченном объеме позволяет: исследовать весь объем >«идкости, находящийся в движении, исследовать замкнутые объемы, не имеющие прозрачных участков в стенках, исследовать процессы накопления загрязнений в ограниченном объеме, при менять серийно вьшускаемос- оборудование, регистрировать частицы инородного материала в неподвижном сос оннии при нормальных температурах °

Формула изобретения

1.Способ определения гидродпнаьгической обстановки в ограниченном

25! ) ь объеме, включающий заполнение объема жидкостью с последующим воздейс гвием на нее внешних сил, доэирование частиц инородного материала в объем и

5 определение гидродинамиче< кой обстановки по анализу изменения параметров частиц инородного мат.риала, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения гехнологических возмсжностей и повьппения достоверности измерений, дозировку частиц инородного материала осущес.твляют в верхнюю часть объема в процессе эаполпения, используют частицы инородногс материала различного гранулометрического состава, при этом размер ч.";стш. крупных фракций вь>бир ыот из условия, чтои»k ск>рость их оседания преп.,:шала максимальную скорость движения жидкости, затем с гбирают пробы у дна и в произвольной точке объРма: и анализ

kçkkåHåí«kÿ параметров осуществляют путем гранулометрического анализа арроб.

25 2. Способ пои. 1, о тл ич аю щ и Й с я тем, что в качестве частиц инородного материала используют !

1олидисперсный материал постоя п о фазового -.îñòàâà с плотностью, боль1UPA > >kPM I! lIoTkkAcть жиДкоети.

3, C, ocoF> kro п, 1 О т л и ч аю щ> и и с я тем, что дозпроьан. е ча тиц осчпествляют порциями. и(10 м/

570 б00 ЮР У000 000

l з 22 11 О

%р в ъ) 30 6 0 1

6 м/с

rv я7, /с

М 1 д

,Ю о е, 1 .ф

1 2 3 5 10

10 50 60 10

Фиг. 9

1392511

®4

? ю

Редактор И.Рыбченко

Корректор Л.Патей

Заказ 5003

Тираж 847

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

-fo д 10 jo /г7/Г за 60 10 Лю Яд 70 упоО бооа и 10,,l

Фиг.5

30 оО 10 500 600 ОЗ ЛЮ 704 W 7д <р

Рог.б

Составитель Г.Олыпанская

Техрец А. Кравчук