CC BY
25
УДК 637.143
Изучение зависимости диаметра свободных струй жидкости от геометрических размеров сопел и расхода
жидкости.
Агаев К.Э., Ильичёв В.А., Лебедева Т.Я. [email protected]
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий.
В статье представлены экспериментальные данные по изменению диаметра струи при малых расходах и их математическая обработка. В работе подробно описан тупиковый режим КСИА по газовой фазе и проточный по жидкостной, а также вывод теоретической зависимости.
Ключевые слова: КСИА, диаметр струи, тупиковый режим.
Газожидкостные и трёхфазные сорбционные процессы представляют интерес для предприятий различных отраслей промышленности, а именно: для пивоваренных и дрожжевых заводов; заводов по производству безалкогольных и слабоалкогольных напитков на основе воды, фруктовых соков, молочной сыворотке и их смесей; заводов по производству сахара, пищевых органических кислот, ферментов, витаминов.
К настоящему времени разработано большое количество конструкций СИА для проведения тепло-массообменных процессов в системах газ-жидкость. Кожухотрубные струйно-инжекционные аппараты представляют собой принципиально новую серию аппаратов, которые обладают высокими массообменными характеристиками по отношению к широко используемым в промышленности аппаратам. Конструкции кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратов (КСИА) подробно описаны в работах [1-4].
Стационарный тупиковый режим характерен для малых расходов истечения жидкости через сопло. При его наличие в нисходящей трубе образуется газожидкостная смесь, в точке входа струи в жидкостной объём. Объём образовавшейся газожидкостной смеси заполняет лишь часть опускной трубы (в верхней части). Такой режим работы аппарата имеет смысл, когда необходимо полностью растворить газовую фазу в жидкости, например, при производстве слабоалкогольных и безалкогольных напитков. Задача заключается в полном растворении СО2 в напитке. Универсальные возможности КСИА позволяют проводить такие сорбционные процессы с высокой эффективнстью при стационарном тупиковом режиме.
При работе КСИА в стационарном тупиковом режим, струя истекает из сопла с малой скоростью. Структура струи в этом случае отличается большей сплошностью, то есть количество, инжектируемого газа, мало. При этом
диаметр струи не расширяется, а сужается по ходу истечения. Кроме того часть инжектируемого струёй газа, выделяется из газожидкостного потока в камеру аппарата, а затем снова захватывается струёй. Таким образом, некоторое количество газовой фазы постоянно циркулирует.
Однако, для определения уносимого струёй газовой фазы, необходимо иметь возможность рассчитывать диаметр жидкостной струи dc. Была проведена серия экспериментальных исследований, на основании которых была получена зависимость для определения dc.
При выводе уравнения для расчёта dc был применён метод кратных множителей. Вывод уравнения:
1. Определение критерия Фруда Fr для каждого эксперимента,
¥г = —
2. Построение графических зависимостей dсTp=f(Fr) для каждого эксперимента.
3. Нахождение подходящей функции, описывающей данные кривые
у = 1п(х)
4. Вывод уравнения dстp = 1п(аРг + Ь)
й =
с л 'V V й 0 у
V й 0 у
X = 1о§
1п( а ■ ¥г + Ь) й
стр
1п( а ■ ¥г + Ь) й
стр
1п( а ■ ¥г + Ь) где ё0' - текущее значение диаметра сопла, м;
где ё0 - минимальное значение диаметра сопла в пределах экспериментальных данных, мм.
5. Построение графической зависимости ё0 = А(х). Где х рассчитывается по уравнению пункта 4 и берётся среднее арифметическое для соответствующего диаметра сопла.
6. Полученное уравнение линии ё0= А(х) (ё0 = - 0,0089х + 0,0043) подставляется в уравнение пункта 4.
- 0,0089х = ё0 - 0,0043
х =
йп - 0,0043 0,0089
й„-0,0043
й =
стр
^ И -0,0089 й 0
V й 0 у
1п(а ■ ¥г + Ь)
Была получена следующая зависимость
й„-0,0043
й "
5
-0,0089
1п( 0,001 ■ ¥т + Ь)
(1)
V 5 у
В результате выполненных экспериментальных исследований, коэффициент Ь в формуле (1) нами уточнялся, в зависимости от различных диаметров сопел._____
dc, мм 5 6 8,5 9 10
b 0,003 0,0045 0,0058 0,0058 0,0055
Литература.
1. Лебедева Т. Я., Новосёлов А. Г., Гуляева Ю. Н. О влиянии конструктивных параметров на инжекционный процесс в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах. Сборн. научн. трудов «Проблемы процессов и оборудования пищевой технологии». СПб, СПбГУНиПТ, 2000. - с. 102 - 110.
2. Сивенков А. В., Гуляева Ю. Н., Новосёлов А. Г. Гидродинамика газожидкостных потоков в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах (КСИА). Гидродинамика КСИА проточного типа с повышенной производительностью по газовой фазе. // Известия СПбГУНиПТ. 2007, №2 - с. 14 - 16.
3. Сивенков А. В., Лебедева Т. Я., Новосёлов А. Г. Гидродинамика газожидкостных потоков в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах (КСИА). Гидродинамика КСИА без рециркуляции фаз // Вестник МАХ, 2005. №4. с. 6 - 10
4. Сивенков А. В., Лебедева Т. Я., Новосёлов А. Г. Гидродинамика газожидкостных потоков в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах (КСИА). Кожухотрубный струйно-инжекционный аппарат с рециркуляцией фаз. Известия СПбГУНиПТ. 2005. №1, с. 105 - 108
5. Прохорчик И.П. Интенсификация процесса инжекции воздуха свободными струями жидкости в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах. -Дис. ... канд. техн. наук - Л. 1989. - 125 с.
6. Сивенков А.В. Гидродинамика газожидкостных потоков в кожухотрубных струйно-инжекционных аппаратах повышенной производительности по газовой фазе. - Дис. ... канд. техн. наук - С. 2009. - 79 с.
Studying the dependence of diameter of free liquid jets on the geometrical sizes snuffled also the charge of a liquid.
Agaev K.E., Ilichev V.A., Lebedeva T.Y. [email protected]
Saint-Petersburg state university of refrigeration and food engineering
In article experimental data on change of diameter of a jet at small charges and their mathematical processing are presented. In work deadlock mode КСИА on a gas phase and flowing on liquid, and also a conclusion of theoretical dependence are described in detail.
Keywords: КСИА, diameter of a jet, a deadlock mode.
