Способ определения доли испаренного вещества в газожидкостном потоке

 

Использование: измерительная техника , исследование процессов теплои массообмена. Сущность изобретения: до подачи газового потока в испытательный канал, где осуществляется впрыскивание жидкости, измеряют полное давление, статическое давление и температуру с последующим определением расхода газа и отношения к нему расхода жидкости, при пропускании газа через испытательный канал до впрыскивания в него жидкости измеряют статическое давление, температуру и влажность, после впрыскивания жидкости измеряют влажность и статическое давление, по их значениям и по величине температуры, измеренным до и после впрыскивания жидкости , определяют начальную и конечную концентрацию пара в газе, а долю испаренного вещества рассчитывают по формуле .Z(K-KH)/(YH/1-K), где Кн и К - начальная и конечная концентрации пара в газе; YH - отношение начальных расходов жидкости и газа. 1 ил. С/1 С

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4471940/26 (22) 20.06.88 (46) 07.02.93. Бюл. М 5 (71) Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (72) Ю,С.Шаталов, К.М.Искаков, В.Ф.Шаяк. беров и А.В.Середа (56) Прудников А.Г., Волынский M.Ñ., Сагалович В.Н, Процессы смесеобразования и горения в воздушно-реактивных двигателях, М.: Машиностроение, 1971, с.10-15. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛИ ИСПАРЕННОГО ВЕЩЕСТВА В ГАЗОЖИДКОСТНОМ ПОТОКЕ (57) Использование: измерительная техника, исследование процессов тепло- и массообмена. Сущность изобретения: до подачи газового потока в испытательный канал, где

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к 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.

Цель изобретения — повышение точности и ускорение определения.

Указанная цель достигается тем, то в предлагаемом способе до начала впрыска жидкости определяют расход газа G«и с рассматриваемом объеме определяют начальную концентрацию пара в газе Кн, после впрыска жидкости замеряют ее начальный расход G®н, определяют начальную концентРаЦИЮ ЖИДКОСТИ тн (YH = Ожн/G«), ЗаТЕМ В рассматриваемом объеме определяют теку„, ЯЦ,;„1793429 А1 (я) 5 G 05 О 11/00, В 01 F 3/02, F 24 F 11/00 осуществляется впрыскивание жидкости, измеряют полное давление, статическое давление и температуру с последующим определением расхода газа и отношения к нему расхода жидкости, при прбпускании газа через испытательный канал до впрыскивания в него жидкости измеряют статическое давление, температуру и влажность, после впрыскивания жидкости измеряют влажность и статическое давление, по их значениям и по величине тем пературы, измеренным до и после впрыскивания жидкости, определяют начальную и конечную концентрацию пара в газе, а долю испаренного вещества рассчитывают по формуле .2=(К-Кн)/(Ví/1 — К), где Кн и К вЂ” начальная и конечная концентрации пара в газе; YH— отношение начальных расходов жидкости и

F838. 1 MR, щую концентрацию пара в газе К и по соотношению

К вЂ” Кн

2—

YH (1 — К) определяют долю 2 испаренного вещества.

Начальные значения параметров обозначаются индексом "Н".

Начальная концентрация жидкости в газе определяется как отношение начальных расходов жидкости и газа тн - Ожн/Огн, (1) где Ожн (GIH) — начальный массовый расход жидкости (газа).

Доля испаренного вещества по аналогии с одиночной каплей определяется как отношение разности между начальным и текущим расходами жидкости к начальному расходу жидкости

1793429 (2) где G® — массовый расход жидкости.

Известно, что концентрацию пара в газе определяют как отношение массы пара в рассматриваемом объеме к полной массе парогазовой смеси в нем, но зто не позволяет определить долю испаренного вещест-, 03 в газожидностном потоке, Известно соотношение

К-—

Y,Z (3)

1 +YHZ служащее для определения концентрации К пара в газожидкостном потоке, но оно не позволяет определить долю 2 испаренного вещества в газожидкостном потоке, Формулу (3) нельзя применять для определения концентрации пара, если гаэ до впрыска жидкости содержит пар (т.е.Кн > О).

Если несущий поток до впрыска жидкости содержит пар, т.е. представляет парогазовую смесь, то по полному расходу этой смеси Огн и концентрации пара в ней Кн можно определить начальное содержание пара Опн = КнОгн. По мере испарения жидкости содержание пара в несущем потоке увеличивается. Приращение его за счет фазового перехбда жидкости — газ составляет

ЬОп-G®н — Ож или сучетом(2) Мп ЕОжн.

Расход газа равен

Ог = Огн + AGn, (4) а содержание пара в нем

Оп-Опн+ AGn. (5)

Подставив в соотношение для расхода газа (4) и содержащегося в нем пара (5) выражения для GnH, ЛОп, получим

Ог = Огн + Z Ожн, Gn - Кн Огн + Z Ожн.

Отношение расходов пара Gn и полного расхода газа Ог дает концентрацию пара в газе

КнОгн + ZGxv (6)

Огн + Ожн

Разделив числитель и знаменатель правой части (6) на Огн и учитывая соотношение (1), получим

Кн + ZYn

1 +ЕУн

Выражение (7) позволяет определить концентрацию пара в газе, Если начальная концентрация пара равна нулю, то полученное соотношение сводится к виду (3).

Из соотношения (7) можно получить формулу для определения доли испаренного вещества как функции от концентрации пара в rase и начальных концентрации жидкости и пара в газе

K — К

Y. (1 — К) На чертеже показано устройство для реализации способа определения доли испаренного вещества в газожидкостном потоке.

Устройство для реализации заявляемого способа состоит из проточной части 1 с расположенным в нем распыливающим устройством 2 (например, центробежной форсункой). К входу 3 проточной части 1

"0 подсоединен переходной патрубок 4, входное отверстие 5 которого соединено с мерным .участком 6. В мерном участке 6 расположены датчики полного 7 и статического 8 давлений, а также датчик температу15 ры 9. Датчики полного 7 и статического 8 давлений и температуры 9 подсоединены соответственно к устройствам для измерения полного 10 и статического 11 давлений и температуры 12 газа. Выходы устройства

20 10, 11 и 12 подключены к вычислительному блоку 13. Мерный участок 6 посредством регулирующего крана 14 соединен с источником газа 15. Распыливающее устройство

2 трубопроводом 16 связано с мерной труб25 кой 17. Мерная трубка 17 трубопроводом 18 подсоединена. к регулирующему крану 19, Последний трубопроводом 20 подключен к жидкостному баку 21. В рассматриваемом объеме 22, расположенном в проточной ча30 сти 1, установлены датчики статического давления 23, температуры 24 и влажности

25. Датчики 23, 24 и 25 подсоединены соответственно к устройствам для измерения статического давления 26, температуры 27 и, 35 влажности 28 (например, психрометр).

Устройство для реализации способа определения доли испаренного вещества в газожидкостном потоке работает следующим образом.

40 После открытия регулирующего крана

14 в мерный участок 6 иэ источника газа 15 начинает поступать газ. Далее газ через переходный патрубок 4 поступает в проточную часть 1. Посредством датчиков полного 7 и

45 статического 8 давлений и температуры 9 устройствами 10, 11 и 12 осуществляется измерение полного и статического давле. ний газа, а также его температуры, Далее эта информация поступает в вычислитель50 ный блок 13, в котором осуществляется вычисление массового расхода газа. В рассматриваемом объеме 22 проточной части 1 посредством датчиков статического давления 22, температуры 24 и влажности

55 25 и соответствующих устройств для измерения статического давления 26, температуры 27 и влажности 28 происходит измерение статического давления, температуры и влажности газа. По этим данным определяется начальная концентрация газа.

1793429

Затем осуществляется подача жидкости. При открытом регулирующем кране 19 из жидкостного бака 21 жидкость по трубопроводу 18 поступает в мерную трубку 17, где и происходит измерение массового расхода ее. Далее по трубопроводу 16 жидкость поступает в распыливающее устройство 2, посредством которого производится распыл ее в гэз, движущейся в проточной части 1.

Затем образовавшаяся газожидкостная смесь движется в проточной части 1. Происходят процессы испарения, дробления и коагуляции (слипания) капель, а также оседание жидкости на стенки проточной части 1, В результате испарения газовая фаза представляет собой смесь газа и пара, т.е. парогазовую смесь. В этой смеси находится неиспаренная часть жидкости. В рассматриваемом объеме 22 посредством датчиков статического давления 22, температуры 24 и влажности 25 и устройств для измерения статического давления 26, температуры 27 и влажности 28 производится измерение статического давления, температуры и влажности парогазовой смеси. По этим данным определяется и концентрация пара в газе. Далее вычисляется степень испарения жидкости.

Заметим, что поскольку газ и жидкость известны, то и их молярные массы Мг и М) соответственно) также известны.

Дадим более подробное описание опе. раций по определению доли испаренного вещества в газожидкостном потоке, производимых в устройстве для реализации заявляемого способа.

1. До начала впрыска жидкости (в проточной части 1 движется только газ);

1Л. Измеряют в рассматриваемом объеме 22 статическое давление газа Р посредством датчика 23 и устройства 26 для измерения статического давления; .

1.2, Измеряют в рассматриваемом обьеме 22 температуру газа посредством датчика 24 и устройства 27 для измерения температуры газа;

1,3. Измеряют в рассматриваемом объеме 22 влажность газа пос редством датчика

25 и устройства 28 для измерения влажности, 1.4. Определяют давление насыщенно- го пара рассматриваемой жидкости Р)г по таблицам (например, психрометрическим) при известных {ранее замеренных) статическому давлению Р (см.п.1,1) и температуре

Т (см.п.1,2) газа, 1.5. Определяют по замеренной влажности 1 и определенному в п.1.4 давлению насыщенных паров Рп парциальное давление пара Рп в газе

Рп г Pnz. (9)

1.6, Определяют по замеренному статическому давлению Pz газа и определенному парциальному давлению пара P„в газе на5 чальную безразмерную концентрацию пара в газе

К.- М Р вЂ” 1 + 1, (10)

Отметим, что молярные массы газа Мг и пара М ) (жидкости) (M® = Мп) известны.

1,7. Определяют по известным молярным массам газа Мг, жидкости M® и начальной безразмерной концентрации пара Кн в газе молярную массу газа

K +Кн

1,8. Определяют удельную газовую !!остоянную газа R

R — >

M (12)

25 где R — 8314,4 — универсальная газовая постоянная.

1,9. Замеряют на мерном участке 6 посредством датчика 7 и устройства 10 полное давление Р!+ газа.

30 1ЛО; Замеряют на мерном участке 6 посредством датчика 8 и устройства 11 статическое давление Р! газа, 1.11. Замеряют на мерном участке 6 посредством датчика 8 и устройства 12 темпе35 ратуру Т! газа.

1.12. Определяют плотность р! газа с удельной газовой постоянной R из (4) на мерном участке 6 йо уравнению Менделеева-Клапейрона40 Р!

Р! =F7 (13)

1.13. Определяют динамический напор газа на мерном участке 6

ЛP! = Р!+ — Р!. (14)

45 1.14. Определяют по плотности р! и динамическому йапору Л Р! скорость газа на мерном участке 6 щ у1 i/ 2ХР р 9 Ч!) (5) р! 2

1Л5. Замеряют площадь F поперечного сечения на мерном участке 6.

1Л6, Определяют массовый расход 6г газа на мерном участке 6

2г— = / VsF. (16) где F — площадь поперечного сечения.

2. После начала впрыска жидкости проводят следующие операции;

1793429

2.6. Определяют по эамеренной влажности ) парогазовой смеси с помощью (9) парциальное давление пара P> .

2,7, Определяют по замеренному стати5 ческому давлению Рэ парогазовой смеси и определенному парциальному давлению пара PA в парогазовой смеси иэ (10) безразмерную концентрацию пара К в парогазовой смеси.

10 2.8. Определяют с помощью начальной безразмерной концентрации жидкости Ун в газе, начальной безразмерной концентрации пара Ки в rase и безразмерной концентрации пара К в парогазовой смеси искомую

15 долю испаренного вещества в газожидкостном потоке

К вЂ” Кн

Z " Y„ (1 K) (18) 20

Формула изобретения

Способ определения доли испаренного вещества в газожидкостном потоке, включа- 25 ющий определение начального расхода жидкости при ее впрыскивании в газовый поток, измерение температуры в исследуемом потоке, измерение площади поперечного сечения испытательного канала, о т - ° 30 л и ч а ю шийся тем,что, с целью повышения точности и ускорения определения, в газовом потоке, до подачи его в испытательный канал,измеряют полное давление, статическое давление и температуру с 35 последующим определением по этим параметрам расхода газового потска и отношения расхода жидкости к расходу газа, при пропускании газового потока через испытательный канал до впрыскивания в него 40

2.1. Замеряют с помощью мерной трубки 18 массовый. расход жидкости 6ж, 2.2. Определяют начальную концентрацию жидкости в газе по эамеренному расходу жидкости Gx и определенному иэ (18) массовому расходу газа 6

Ун 6Ж/Gr. (17)

2.3. Замеряют в рассматриваемом объеме 22 статическое давление Р2 парогазовой смеси посредством датчика 23 и устройства 26.

2.4. Замеряют в рассматриваемом обьеме 22 температуру Тд naporasoaoA смеси посредством датчика 24 и устройства 27.

2.5. Замеряют в рассматриваемом обьеме 22 влажность g парогазовой смеси посредством датчика 25 и устройства 28. жидкости измеряют статическое давление, температуру и влажность, после впрыскивания жидкости измеряют влажность и статическое давление, по значениям влажности, статического давления и температуры, измеренным в газовом потоке до и после впрыскивания в него жидкости, определяют начальную и конечную концентрацию пара в газе, а долю испаренного вещества рассчитывают по формуле

K— - К

7„(Г-к) где Кн и К- начальная и конечная концентрации пара в газе;

Ун — отношение начальных расходов жидкости и газа.

1793429

Составитель А. Кубасов

Техред М, Моргентал Корректор -А, Козориз

Редактор С. Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Ãàãàðèíà, 101

Заказ 504 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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