WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

hi - глубина погружения трубки.

Наибольший радиус пузырька определяется из условия статистического равновесия сил, действующих на пузырёк в момент отрыва 3d R =, (3) 4( - )g г где г - плотность газа, кг/м3;

d - диаметр выходного отверстия трубки, м.

Изменение давления газа в пузырьке Рi = Рi - Р0, (4) где Р - давление подаваемого газа, Па.

С другой стороны Pi =iVnvi, (5) где i - коэффициент расхода газа;

Vn - объём пузырька газа, м3;

i - частота следования пузырьков, Гц.

Для ламинарного течения газа коэффициент расхода определяется по формуле - d =, (6) 128µгl где µг - вязкость газа, Па·c;

l - длина трубки, м.

Следовательно, для двух трубок погруженных в жидкость на разную глубину 1 i = Р + ghi + - Р (7) iVпRi а Ri, i=1,2.

Решив совместно уравнения (7) для двух трубок, приняв, что >> г d1 = d и учитывая, что, получим - 2 = Vп. (8) g(h2 - h1) Учитывая (2), 4 d Vп = R3 =. (9) 3 g Подставив (7) в (8), получено искомое выражение для плотности (2 - 11)d = 2 (10) g (h2 - h1).

Таким образом, установлена зависимость плотности исследуемой жидкости от числа пузырьков газа (воздуха), выпускаемых в нее в одиночном режиме и разности глубин погружения измерительных трубок.

В соответствии с формулой (10) построены графики теоретической связи плотности и разницы частот следования пузырей из измерительных трубок при разных значениях переменных величин, характеризующих свойства жидкости и параметры конструкции измерительной ячейки (рисунок 2).

Приведённые зависимости показывают:

- изменение диаметра трубок наиболее сильно влияет на информативный параметр метода - разность частот следования пузырей. Учитывая то, что верхняя граница частоты ограничена величиной примерно 200 Гц, диаметр трубок целесообразно выбирать в диапазоне 0,3–0,5 мм;

- влияние длины трубок на разность частот следования пузырей незначительно;

а) б) в) г) Рисунок 2 – Расчёт согласно (10) плотности от разницы частот следования пузырей при различных: а) диаметрах трубок: d1=0,4 мм,d2=0,мм, d3=0,8 мм, d4=1мм; б) длинах трубок: l1 =0,1 м, l2 =0,3 м, l3 =0,5 м; в) разницах глубин погружения трубок: h1=0,01 м, h2 =0,05м,h3=0,08м; г) значениях поверхностного натяжения: 1 = 17 10-3 Н/м (этиловый спирт), 1 = 22 10-3 Н/м (бензин), 1 = 28 10-3 Н/м (дизельное топливо) - разницу глубин погружения трубок целесообразно выбирать в диапазоне 10–20 мм;

- величина поверхностного натяжения жидкости (для рассматриваемых нефтепродуктов) существенно не влияет на измерение плотности предлагаемым методом.

Кроме того, в главе рассмотрены физические основы динамики двухфазных систем и на основе теоретических и экспериментальных работ Уоллиса, Кутателадзе, Стыриковича, Городецкой, Адамара, Рыбчинского сделаны выводы о причинах, влияющих на характер и скорость всплытия пузырей после их отрыва от измерительной трубки. Проведён анализ влияния различных факторов на точность измерения, а также оценка границ применения метода относительно разницы частот следования пузырей.

В третьей главе доказано существование режима одиночных пузырей для исследованных жидкостей; получены численные значения критических областей расхода газа; установлено, что размер измерительного пузыря не зависит от расхода газа, а, определяется только параметрами измерительной системы. Следовательно, расход газа не будет влиять на погрешность метода.

Приводится методика проведения испытаний и осуществлены экспериментальные исследования предлагаемого метода. Экспериментальные исследования проводились по двум направлениям:

– определение критических границ расходов газа, при которых возможен режим одиночных пузырей; экспериментальное исследование влияния расхода газа на диаметр пузырей;

– экспериментальное подтверждение работоспособности пузырьково-барботажного метода определения плотности нефтепродуктов.

Для определения критических границ расходов газа и исследования влияния расхода газа на диаметр пузырей применялась экспериментальная установка, состоящая из измерительной ячейки, расходомера и компрессора.

Граница режима одиночных пузырей определялась переходом в режим сплошной струи (рисунок 3), а также при отличии формы пузырей от сферической. Контроль формы пузырей, а также переход в режим сплошной струи осуществлялся при помощи фотосъёмки. Оптимальный расход воздуха измерялся при помощи мыльно-пленочного ротаметра.

Рисунок 3 – Режимы течения воздуха, не соответствующие режиму одиночных пузырей Для измерения диаметра применялась измерительная линейка. Процесс измерения осуществлялся при помощи фотосъёмки. Опыты проводились для эталонных жидкостей при разных диаметрах измерительных трубок: по четыре измерения для каждого диаметра при разных расходах воздуха в пределах режима одиночных пузырей.

Экспериментальное исследование работоспособности пузырьковобарботажного метода определения плотности нефтепродуктов проводилось на макете прибора, блок-схема изображена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Блок-схема измерительного устройства: 1 – измерительная ячейка с двумя трубками; 2 – источники света; 3 – фотодиодные датчики счета пузырьков; 4 –блок питания; 5 – счетчик импульсов; 6 – осциллограф; 7 – ротаметр С одной стороны кюветы в области испускания пузырьков воздуха размещены точечные источники света – лампы накаливания, с другой стороны, напротив, расположены фотодиоды. Каждый пузырёк газа при движении пересекает на своем пути световой луч, что регистрируется фотоприемником. Для каждой трубки используется своя оптопара – источник света и фотоприемник. Общий вид измерительной ячейки представлен на рисунке 5.

Величина и форма сигналов с фотодатчиков регистрировались осциллографом. Подача воздуха осуществлялась при помощи микрокомпрессора, расход воздуха контролировался при помощи ротаметра. Измерение разницы частот следования пузырей производилось при помощи цифрового счетчика СИ8. Общий вид измерительного стенда представлен на рисунке 6.

При выводе формулы (10) принималось допущение об идеальности элементов измерительной ячейки и условий измерения, поэтому для подтверждения теоретических предположений проводилось исследование с применением методов планирования эксперимента. В результате получе на математическая модель, адекватно описывающая экспериментальные данные, что позволило подтвердить правильность теоретических выводов главы 2 и выбрать оптимальный размер измерительной ячейки.

Рисунок 5 – Измерительная ячейка Рисунок 6 – Общий вид измерительного стенда Зависимость критического расхода газа от диаметра измерительной трубки изображена на рисунке 7. Исследования подтвердили теоретическое предположение о существовании для данного типа жидкостей области расхода газа, соответствующей режиму одиночных пузырей. Получены численные значения для рассматриваемых типов нефтепродуктов.

V, 100,см3/мин 80,60,40,20,0,0,5 0,7 d, мм МС-20сп З-0,2-40 А-Рисунок 7 – Зависимость критического расхода от диаметра выходного отверстия По полученным результатам построены зависимости для разных нефтепродуктов. Выяснено, что диаметр пузыря практически не зависит от расхода газа или влияние незначительно для режимов, соответствующих режиму одиночных пузырей (рисунок 8). Для режимов расхода близких к критическому наблюдалось некоторое увеличение размера пузырька воздуха, а также форма теряла свою сферичность. Зависимость диаметра пузыря от размера измерительной трубки приведена на рисунке 9.

d, мм пуз 10 20 30 V, см3/мин d=0,5 мм d=0,7 мм d=1 мм Рисунок 8 – Зависимость диаметра пузыря от расхода воздуха – бензин А- Рисунок 9 – Зависимость диаметра пузыря от диаметра выходного отверстия измерительной трубки В результате эксперимента получены значения разности частот, используемые в дальнейшем для расчёта плотности бензина, дизельного топлива, моторного масла, а также смесевого топлива состоящего из 50% дизельного топлива и 50% рапсового масла, с применением формулы (10).

Результаты расчёта плотности приведены в таблице.

Таблица – Результаты экспериментальной проверки пузырьковобарботажного метода Плотность Плотность жидкости Значение Наименование жидкости жидкости, экспериментальная,, Гц кг/м3 кг/мБензин А-80 740 27 Бензин А-92 760 28 Дизельное топливо З-0,2-40 840 34 Дизельное топливо Л-0,2-40 860 35 Смесь рапсового масла и ди872 36 зельного топлива 0,5ДТ+0,5РМ Моторное масло МС-20сп 905 37 Анализ результатов эксперимента показывает (рисунок 10), что несмотря на то, что количественные значения плотности отличаются от реальных значений примерно на 30%, тем не менее существует явно выраженная функциональная зависимость разности частот от плотности.

Рисунок 10 – Зависимость плотности от разницы частот следования пузырей Различие между расчётными значениями и реальными показателями жидкости можно объяснить тем, что в расчётной формуле не учитывается влияние некоторых факторов, которые трудно учесть аналитически:

испаряемости жидкости, растворяемости газа в жидкости, охлаждении жидкости при пропускании через неё газа. При измерениях эти различия можно исключить градуировкой прибора по эталонным жидкостям.

В четвёртой главе разработана конструкция прибора, предназначенного для измерения плотности ГСМ, и разработана методика контроля.

Функциональная схема анализатора СИМ–7 приведена на рисунке 11.

Воздух, необходимый для образования пузырьков в контролируемом нефтепродукте, подаётся микрокомпрессором «Комп» в измерительные трубки «Изм.Т». С помощью регулятора «Рег» устанавливается необходимый расход воздуха (60-100 пузырьков в минуту). Измерительные трубки, имеющие внутренний диаметр 0,5 мм, устанавливаются в кювету с контролируемым нефтепродуктом. Счёт количества пузырьков осуществляется оптическими датчиками «Д», в которых расположены с одной стороны светодиоды, с другой стороны – фотоприёмники. Сигналы с датчиков поступают на счетчик импульсов СИ-8 «Си», где обрабатываются и поступают в измерительно-вычислительный канал «ИВК». В измерительно-вычислительном канале вычисляется плотность контролируемой жидкости. Значение плотности поступает на счётчик СИ-8 в цифровом виде и высвечивается на индикаторе в граммах на кубический сантиметр.

Рисунок 11 – Функциональная схема анализатора А1 – блок оптических датчиков; Изм.Т – трубки измерительные; Д – оптические датчики; А2 – прибор измерительный; Рег – регулятор подачи воздуха; Комп – микропроцессор; Си – счётчик импульсов; ИВК – измерительно-вычислительный канал; БП – блок питания; Х1 – разъём подключения блока оптических датчиков; S1, S2 – тумблеры включения напряжения питания и микропроцессора соответственно Программируемый восьмиразрядный счётчик импульсов СИ-предназначен для подсчёта количества поступающих на его входы импульсов как в прямом, так и в обратном направлениях, перевода его в физическую величину.

Конструкция блока оптических датчиков приведена на рисунке 12.

Также в главе проведено метрологическое исследование анализатора плотности СИМ–7. Исследование проводилось с использованием в качестве испытуемых жидкостей дизельных топлив и автомобильного бензина. Полученные результаты показали, что измеренные значения плотности подчиняются нормальному закону.

По результатам проведённых экспериментальных исследований разработана конструкция прибора для определения плотности нефтепродуктов, который предназначен для измерения плотности бензинов, дизельного топлива, моторных масел и может применяться при оперативном контроле их качества в судовых энергетических установках (СЭУ) на речном транспорте. Также разработана методика контроля плотности.

Рисунок 12 – Блок оптических датчиков 1 – тройник; 2 – соединительная трубка; 3 – измерительные трубки;

4 – крышка; 5 – кювета; 6 – направляющая; 7 – корпус оптического датчика;

8 – крышка; 9 – фотоприёмник; 10 – линза; 11 – светодиод; 12 – кабель Основные научные выводы и рекомендации 1 В результате проведённого обзора выявлен ряд характеристик ГСМ, которые определяют эксплуатационную надёжность работы СДВС. Проведён анализ влияния плотности на основные показатели работы СДВС, в частности на процессы смесеобразования, а также использования плотности для их расчёта (цетановое число, теплоёмкости, теплоты сгорания, поверхностного натяжения). Выявлена связь плотности с физико-химическими свойствами топлив.

2 Проанализированы основные методы и приборы на их основе для определения плотности, а также их основные недостатки. Показано, что перспективными являются гидростатические методы, в частности барботажно-пузырьковый метод.

3 На основе рассмотренных физических процессов, происходящих при истечении воздуха в жидкость при режиме одиночных пузырей, получено уравнение определения плотности пузырьково-барботажным методом, устанавливающее связь между плотностью жидкости и количеством пузырей воздуха в единицу времени, выходящих из измерительных трубок.

4 Проведён анализ влияния различных факторов на точность измерения, а также оценка границ применения метода по разнице частот следования пузырей.

5 Теоретически обоснованы и экспериментально определены границы пузырькового режима для бензинов, дизельных топлив, моторных масел. Показано, что при расходах воздуха для бензина – 20 см3/мин, для дизельного топлива – 18 см3/мин, для моторного масла – 17 см3/мин соблюдается режим одиночных пузырей.

6 В результате проведённых экспериментов получены зависимости:

расхода воздуха для режима одиночных пузырей от диаметра измерительной трубки (с увеличением диаметра от 0,5 мм до 1 мм расход воздуха изменяется от 20,6 до 78 см3/мин); размеров (диаметра) измерительных пузырей от расхода воздуха для бензина, дизельного топлива, моторного масла, показано, что диаметры измерительных пузырей остаются практически неизменными для исследованных жидкостей в пределах режима одиночных пузырей (при диаметрах измерительных трубок 0,5; 0,7; 1мм); диаметра измерительного пузыря от диаметра выходного отверстия измерительной трубки для бензина, дизельного топлива, моторного масла – в диапазоне измерительной трубки 0,5 – 1 мм размер пузыря увеличивается от 1 до 5 мм.

7 Экспериментально получена функциональная зависимость разницы частот следования пузырей от плотности жидкости в диапазоне плотностей от 0,720 до 0,870 г/см3.

8 Выполненные исследования и новые технические решения позволили разработать конструкцию анализатора плотности нефтепродуктов, провести его экспериментальное исследование с целью определения метрологических характеристик, определить области его применения.

9 Разработана методика контроля плотности ГСМ для судовых двигателей внутреннего сгорания.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»