RU2795643C1 - Method for studying vortex flows of multicomponent gas mixtures and devices for its implementation - Google Patents
Method for studying vortex flows of multicomponent gas mixtures and devices for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795643C1 RU2795643C1 RU2022108878A RU2022108878A RU2795643C1 RU 2795643 C1 RU2795643 C1 RU 2795643C1 RU 2022108878 A RU2022108878 A RU 2022108878A RU 2022108878 A RU2022108878 A RU 2022108878A RU 2795643 C1 RU2795643 C1 RU 2795643C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- gas
- flow
- vortex
- gas mixture
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать многокомпонентные газовые закрученные потоки и проводить тестирование устройств, предназначенных для закручивания потоков (вихревые устройства) и может быть использовано в фундаментальных и прикладных исследованиях в экспериментальной аэро- и газодинамике, в разработке эффективных конструктивно-компоновочных схем устройств по разделению многокомпонентных газовых смесей на отдельные компоненты.The invention relates to instrumentation and allows you to explore multi-component gas swirling flows and test devices designed to swirl flows (vortex devices) and can be used in fundamental and applied research in experimental aero and gas dynamics, in the development of effective structural layout schemes devices for separating multicomponent gas mixtures into separate components.
В настоящее время все более широко используется вихревой способ разделения сред, использование которого позволяет значительно сокращать затраты энергии и упростить технологии разделения сред, и может быть использовано в различных отраслях производства, в частности, химической, нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленности, тепловой энергетике и во многих других производствах. Примерами таких устройств могут быть названы патенты РФ на изобретения №№2107197, 2368817 [1,2].At present, the vortex method of media separation is being used more and more widely, the use of which can significantly reduce energy costs and simplify media separation technologies, and can be used in various industries, in particular, chemical, oil and gas production and processing industries, thermal power and many others. productions. RF patents for inventions No. 2107197, 2368817 can be mentioned as examples of such devices [1, 2].
Так, в соответствии с патентом [2], вихревая установка предназначена для выделения горючей составляющей из воздуха. Вихревая труба выполнена из двух раздельных соосно установленных частей. Разъем трубы расположен по движению потока за завихрителем, установленным на входном участке вихревой трубы. С наружной стороны трубы выполнена кольцевая камера, охватывающая разъем. Соединение торцевых стенок камеры с трубой выполнено герметичным, с возможностью осевого перемещения одной из частей вихревой трубы относительно другой ее частей, при этом образован кольцевой зазор для выхода пристенного периферийного потока разделенной среды в кольцевую камеру. На трубопроводе отвода среды установлено регулирующее запорное устройство. Торец вихревой трубы со стороны выхода потока из трубы выполнен с острой кромкой.So, in accordance with the patent [2], the vortex unit is designed to separate the combustible component from the air. The vortex tube is made of two separate coaxially mounted parts. The pipe connector is located along the flow movement behind the swirler installed at the inlet section of the vortex pipe. An annular chamber is made on the outer side of the pipe, covering the connector. The connection of the end walls of the chamber with the pipe is made tight, with the possibility of axial movement of one of the parts of the vortex tube relative to its other parts, while an annular gap is formed for the outlet of the near-wall peripheral flow of the separated medium into the annular chamber. A regulating shut-off device is installed on the medium discharge pipeline. The end face of the vortex tube on the side of the flow outlet from the tube is made with a sharp edge.
Для разделения газовой смеси на отдельные компоненты широко используются так называемые вихревые трубы, реализующие так называемый эффект Ранка-Хилша [3,4]. Оптимизация параметров таких вихревых потоков позволяет повысить эффективность разделения многокомпонентной газовой смеси на отдельные компоненты. При этом известно, что вихревые трубы Ранка-Хилша целесообразно использовать для разделения газовых потоков на высокоэнергетический (высокотемпературный) и малоэнергетический (низкотемпературный) потоки [5].To separate a gas mixture into individual components, so-called vortex tubes are widely used, which implement the so-called Ranque-Hilsch effect [3, 4]. Optimizing the parameters of such vortex flows makes it possible to increase the efficiency of separating a multicomponent gas mixture into individual components. At the same time, it is known that it is expedient to use Ranque-Hilsch vortex tubes for separating gas flows into high-energy (high-temperature) and low-energy (low-temperature) flows [5].
Исследование потока в вихревой трубе представляет значительные трудности, так как он является трехкоординатным, высокоскоростным и турбулентным, что требует создания специальных измерительных зондов и координатников. Даже при максимально возможном снижении габаритов вводимой в поток измерительной аппаратуры последняя создает заметные возмущения и перестройку потока, ухудшающие работу вихревой трубы. Неприемлемы в таких исследованиях и такие не вызывающие возмущения потока методы, как теневой метод Фуке - Теплера, а также и интерференционный метод. Попытки визуализации потока дымом также безрезультативны, ввиду высокой турбулентности потока.The study of the flow in a vortex tube presents significant difficulties, since it is three-coordinate, high-velocity and turbulent, which requires the creation of special measuring probes and coordinators. Even with the maximum possible reduction in the dimensions of the measuring equipment introduced into the flow, the latter creates noticeable perturbations and restructuring of the flow, which worsens the operation of the vortex tube. Also unacceptable in such studies are methods that do not cause perturbation of the flow, such as the Fouquet-Tepler shadow method, as well as the interference method. Attempts to visualize the flow with smoke are also unsuccessful, due to the high turbulence of the flow.
Единственно возможный метод - метод зондирования, который позволяет выяснить качественную картину потока с приближенной качественной оценкой.The only possible method is the sounding method, which makes it possible to determine the qualitative picture of the flow with an approximate qualitative estimate.
При этом, в таких исследованиях основными задачами является определение полей скоростей и давлений в потоках газа. Для решения этих задач широко используются оптические способы бесконтактного измерения скорости различных течений жидкости и газа, каковыми являются лазерная доплеровская анемометрия (ЛДА), позволяющая измерить скорость сопутствующих потоку частиц в фиксированной точке течения и цифровая трассерная визуализация (PIV).At the same time, in such studies, the main tasks are to determine the fields of velocities and pressures in gas flows. To solve these problems, optical methods for non-contact measurement of the velocity of various liquid and gas flows are widely used, which are laser Doppler anemometry (LDA), which allows measuring the velocity of particles accompanying the flow at a fixed point of the flow, and digital tracer visualization (PIV).
Недостатком ЛДА является то, что этот способ позволяет проводить только последовательные измерения скорости в пространстве, переходя от точки к точке исследуемого течения, ЛДА диагностика требует обеспечения стабильности условий эксперимента и сохранения режимных параметров течений неизменными длительное время, что иногда технически трудно осуществить.The disadvantage of LDA is that this method allows only successive measurements of velocity in space, moving from point to point of the studied flow, LDA diagnostics requires ensuring the stability of the experimental conditions and maintaining the regime parameters of the flows unchanged for a long time, which is sometimes technically difficult to implement.
Использование PIV в отличие от ЛДА позволяет получать мгновенное распределение скорости в исследуемом сечении и наблюдать мгновенную картину течения в пределах двумерной плоскости светового ножа. Однако этот способ является наиболее эффективным только для случая, когда одной из компонент скорости (перпендикулярной световому сечению) можно пренебречь.The use of PIV, in contrast to LDA, makes it possible to obtain an instantaneous velocity distribution in the studied section and observe an instantaneous flow pattern within the two-dimensional plane of the light sheet. However, this method is the most efficient only for the case when one of the velocity components (perpendicular to the light cross section) can be neglected.
Раздельное применение широко распространенных оптических измерительных способов ЛДА (измерение скорости лазерным доплеровским анемометром) и PIV (анализ структуры течения по трекам частиц), часто приводит к получению искаженной информации, особенно для переходного и развитого нестационарного режимов вихревого течения. Поэтому более эффективным является совместное использование ЛДА и PIV, что реализовано в способе бесконтактной оптико-лазерной диагностики нестационарных режимов вихревых течений и устройство для его реализации по патенту РФ на изобретение №2498319 [6].The separate use of the widely used optical measuring methods LDA (measurement of velocity by a laser Doppler anemometer) and PIV (analysis of the flow structure along particle tracks) often leads to distorted information, especially for transient and developed unsteady vortex flow regimes. Therefore, the joint use of LDA and PIV is more effective, which is implemented in the method of non-contact optical laser diagnostics of unsteady modes of vortex flows and a device for its implementation according to the RF patent for invention No. 2498319 [6].
Устройство [6] включает импульсный лазер с энергией импульса не менее 120 мДж, частотой срабатывания не менее 16 Гц, две ССД камеры с частотным разрешением от 8 до 16 Гц, расположенные под углом 30-120° друг к другу и под углом 15-60° к оси канала за ротором, оптические призмы, процессор обработки изображений, лазерный анемометр с оптическим зондом, выполненный на аргоновом лазере, и процессора обработки доплеровских сигналов и персональный компьютер. Способ включает проведение измерений с помощью ЛДА в двух и более точках нестационарного вихревого потока за потоком ветро- или гидроагрегата для определения временного интервала, освещение потока лазерным ножом, фиксирование изображений засеянных частиц двумя ССД камерами и записи через заданный временной интервал статистическое осреднение мгновенных полей скорости для n=2…16 моментов внутри полного периода пульсаций вихревой структуры, Т выборной полей скорости, полученных с временной задержкой t=0, T, 2T… и (m+1)T, где m - число измерений мгновенных полей скорости для статистического осреднения. Технический результат - существенное уменьшение случайной ошибки измерения и практически полное устранение систематической ошибки, связанной с нестационарными изменениями структуры потока.The device [6] includes a pulsed laser with a pulse energy of at least 120 mJ, a response frequency of at least 16 Hz, two SDS cameras with a frequency resolution of 8 to 16 Hz, located at an angle of 30-120° to each other and at an angle of 15-60 ° to the axis of the channel behind the rotor, optical prisms, an image processor, an argon laser laser anemometer with an optical probe, and a Doppler signal processor, and a personal computer. The method includes measurements using LDA at two or more points of a non-stationary vortex flow behind the flow of a wind or hydroelectric unit to determine the time interval, illumination of the flow with a laser knife, fixing images of seeded particles with two SDS cameras and recording after a given time interval statistical averaging of instantaneous velocity fields for n=2…16 moments within the full period of fluctuations of the vortex structure, T of the selected velocity fields obtained with a time delay t=0, T, 2T… and (m+1)T, where m is the number of instantaneous velocity field measurements for statistical averaging. The technical result is a significant reduction in the random measurement error and the almost complete elimination of the systematic error associated with non-stationary changes in the flow structure.
Аналогичное решение изложено в патенте РФ на изобретение №2647157 [7], поскольку способ основан на совместном использовании ЛДА и PIV, включающем пропускание через измерительный объем лазерного излучения, проведение измерений с получением полного периода пульсаций определение на основе полученной информации определение интервала между сериями изображений. По изображениям вычисляют мгновенные PIV поля скорости, освещение исследуемого вихревого течения, конкретным лазерным светом. Фиксирование изображением двумя ССД камерами, принимающими отраженный свет, и запись информации в заданном интервале времени. При этом, при диагностике вихревого течения индуцированного вращающимся процессирующим ядром (ПВЯ), одновременно формируются сигналы скорости и опорные сигналы с помощью пьезокерамических гидрофонов или с помощью прецизионных конденсаторных микрофонов, расположенных в устройстве для реализации способа, непосредственно внутри исследовательского контейнера после завихрителя вдоль по потоку в виде отдельных сопряженных пар, диаметрально расположенных в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Технический результат по патенту [7] заключается в расширении технических возможностей и уменьшении ошибок, связанных с резким изменением соотношения жидкости и газа в вихревых потоках. Т.е. по патенту №2647157 [7] возможно диагностировать двухфазные потоки, устанавливать соотношения между жидкостью и газом.A similar solution is described in the RF patent for the invention No. 2647157 [7], since the method is based on the joint use of LDA and PIV, including the transmission of laser radiation through the measuring volume, measurements to obtain the full period of pulsations, determination, based on the information obtained, determination of the interval between image series. Instantaneous PIV velocity fields are calculated from the images, illumination of the studied vortex flow with specific laser light. Image fixation by two SSD cameras that receive reflected light, and information recording in a given time interval. At the same time, when diagnosing a vortex flow induced by a rotating processing core (RPN), speed signals and reference signals are simultaneously formed using piezoceramic hydrophones or using precision condenser microphones located in the device for implementing the method, directly inside the research container after the swirler along the flow in in the form of separate conjugated pairs diametrically located in the horizontal and vertical planes. The technical result of the patent [7] is to expand the technical capabilities and reduce errors associated with a sharp change in the ratio of liquid and gas in vortex flows. Those. according to patent No. 2647157 [7], it is possible to diagnose two-phase flows, to establish the relationship between liquid and gas.
Теми или иными свойствами диагностики двухфазных потоков обладают все отмеченные выше способы, в том числе и способ по патенту РФ №2523737, однако ни один из этих способов и устройства, их реализующие не позволяют определить распределение компонентов многокомпонентной газовой смеси при ее вихревом движении. Не позволяют эти способы и экспериментально оценить эффективность закрутки газовой смеси, определить оптимальные параметры завихрителя потока, поскольку адекватных расчетных моделей вихревого движения газовой смеси в каналах до сих пор нет [7].All the methods noted above, including the method according to the patent of the Russian Federation No. 2523737, have certain properties of diagnosing two-phase flows, however, none of these methods and devices that implement them make it possible to determine the distribution of the components of a multicomponent gas mixture during its vortex motion. These methods also do not allow to experimentally evaluate the efficiency of the swirling of the gas mixture, to determine the optimal parameters of the flow swirler, since there are still no adequate calculation models of the swirling motion of the gas mixture in the channels [7].
От этих недостатков свободен предлагаемый способ изучения вихревых потоков многокомпонентных газовых смесей, состоящий в создании тем или иным способом поступательного вращательного движения многокомпонентной газовой смеси в цилиндрическом канале, и в определении в поперечных сечениях канала физико-механических и химических параметров потока по радиальному и тангенциальному направлениям и по длине канала. Для оценки влияния внешних физических факторов, таких как гравитационные поля и ускорение Кориолиса на процессы вихреобразования, канал может быть зафиксирован под различными углами к плоскости горизонта, что позволяет проводить тестирование устройств, обеспечивающих закрутку многокомпонентной газовой смеси.The proposed method for studying vortex flows of multicomponent gas mixtures is free from these shortcomings, which consists in creating in one way or another the translational rotational motion of a multicomponent gas mixture in a cylindrical channel, and in determining the physical, mechanical and chemical parameters of the flow in the cross sections of the channel in the radial and tangential directions and along the length of the channel. To assess the influence of external physical factors, such as gravitational fields and Coriolis acceleration on the processes of vortex formation, the channel can be fixed at different angles to the horizon plane, which makes it possible to test devices that swirl a multicomponent gas mixture.
Примером необходимости такого тестирования могут быть названы горелочные устройства, предназначенные для утилизации (сжигания) попутного нефтяного газа (ПНГ) забалластированного до 98% азотом [8,9] в теплогенераторе. В основе работы упомянутых горелочных устройств лежит механизм самопроизвольного образования вихревого поступательного движения газовой смеси при подаче ее в цилиндрический канал, обнаруженный в 90-х годах прошлого века [10], в ходе реализации которого более тяжелые молекулы углеводородных газов концентрируются в пристеночных зонах канала, перфорация стенок которого позволяет вывести эти компоненты из канала и осуществить их утилизацию за счет сжигания ПНГ. Выбор оптимальных параметров таких горелочных устройств связан с большими трудностями, поскольку, как отмечалось выше, в настоящее время нет достоверных моделей по выбору длины канала, его диаметра, позиционирования перфораций канала, чтобы позволило бы оптимизировать процесс обогащения ПНГ, забалластированного азотом, по углеводородным компонентам.An example of the need for such testing can be burner devices designed for the utilization (burning) of associated petroleum gas (APG) ballasted with up to 98% nitrogen [8,9] in a heat generator. The operation of the mentioned burners is based on the mechanism of spontaneous formation of a vortex translational motion of the gas mixture when it is fed into a cylindrical channel, discovered in the 90s of the last century [10], during which heavier molecules of hydrocarbon gases are concentrated in the near-wall zones of the channel, perforation the walls of which allows these components to be removed from the channel and utilized by burning APG. The choice of the optimal parameters of such burners is associated with great difficulties, since, as noted above, at present there are no reliable models for choosing the length of the channel, its diameter, positioning of the perforations of the channel, which would allow optimizing the process of enrichment of APG, ballasted with nitrogen, in terms of hydrocarbon components.
Экспериментальный способ выбора оптимальных параметров горелочных устройств является наиболее эффективным, который может быть реализован в соответствии с предлагаемым способом.The experimental method for choosing the optimal parameters of burner devices is the most effective, which can be implemented in accordance with the proposed method.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, схема которого приведена на фиг. 1, содержит емкость 1 с многокомпонентной газовой смесью, в которой на газоходах 2 закреплены такие узлы, как пусковой электропневмо- клапан 3, на выходе из которого установлен редуктор 4 с расходной шайбой 5, после которой в газовый тракт встроен тройник 6, к одному из штуцеров которого подключен посредством патрубка 7 пусковой электропневмоклапан 8, который установлен на патрубке емкости 9 с цветовым газовым ингредиентом, предназначенным для окраски многокомпонентной газовой среды. Второй штуцер тройника 6 посредством гибкого трубопровода 10 соединен с входным патрубком завихрителя потока 11, который установлен на шарнире 12, с возможностью его углового позиционирования относительно плоскости горизонта. К выходу завихрителя 11 подсоединен цилиндрический канал 13 с элементами системы диагностики параметров потока 14, приведенными на фиг. 2.The device that implements the proposed method, the scheme of which is shown in Fig. 1, contains a
В рамках системы диагностики газовых потоков в канале 13 (фиг. 1) корпус канала 13 выполнен из оптически прозрачного материала. На фиг. 2 позицией 15 обозначен корпус цилиндрического канала. Для выявления закономерностей изменения параметров движения многокомпонентной газовой смеси по каналу и химического состава ее по объему канала, в корпусе канала выполнены отверстия 16, продольные оси которых лежат в плоскостях, перпендикулярных продольной оси канала 15, по 12 отверстий в каждой плоскости, которые формируют пояса замеров, расположенные на различных расстояниях друг от друга. При этом, в каждом поясе замеров оси соседних отверстий расположены друг относительно друга под углом в 30°, что позволяет исследовать изменения параметров потока не только по длине канала, но и по угловой координате. В любое из отверстий 16 может быть введен зонд для измерения статического 17 или динамического напора 18, имеющие соответствующее исполнение, на ту или иную глубину. Для измерения давления в той или иной точке канала каждый из зондов подключен к соответствующим датчикам давления, например, типа ЛХ, обозначенные на фиг. 2 позицией 19, с усилителями сигнала 20 и регистрирующей аппаратурой 21. Ряд зондов, например, 22 устройства используются для забора проб газа, предназначенных для определения их химического (компонентного) состава с помощью газоанализаторов 23 (хроматографов). Для выявления структуры вихревого потока через зонды 24 в полость канала 15 могут быть введены шелковые нити 25, 26, положение которых в движущемся потоке газовой смеси по каналу 15 позволяет визуально оценить поведение линий тока. Визуальную фиксацию поведения (положения) шелковых нитей 25,26 производится с помощью видеокамер 27. В рамках использования RGB технологий (или шлирен фотографий) для выявления структуры газовых потоков в канале 15 путем учета цветовых оттенков в различных зонах потока, используются устройства видеофиксации типа видеокамер 27 или фотоаппарата 28, а для повышения контрастности фиксации структуры потока, в него могут быть добавлены красящие газы из емкости 7 (фиг. 1).As part of the system for diagnosing gas flows in channel 13 (Fig. 1), the
Для замера малых значений перепадов давления и малых величин давления в газовых смесях, которые имеют место для устройств по разделению воздуха на компоненты [1,2], когда энергетика процессов определяется энергетикой обычной атмосферной ветровой нагрузкой, могут быть использованы датчики перепадов давления 29 типа ИКД ТДФ, рассчитанные на замеры давлений от 10 мм до 300 мм водяного столба, сигналы которых усиливаются в усилителях 30 и фиксируются регистрирующей аппаратурой 21. Для замеров давлений (перепадов давления) малых номинальных значений могут быть использованы V-образные манометры 31.To measure small values of pressure drops and small values of pressure in gas mixtures, which take place for devices for separating air into components [1, 2], when the energy of processes is determined by the energy of a normal atmospheric wind load,
Поскольку эксплуатация устройств по разделению многокомпонентной газовой смеси на отдельные компоненты, выполненных в соответствии, например, со схемами по патентам [1,2,8-10], показала эффективность использования малонапорных газовых потоков, будет иметь свои особенности схема устройства, предназначенного для диагностики воздушных вихревых потоков и тестирования завихрителей воздушного потока, которые отражены в схеме, приведенной на фиг. 3.Since the operation of devices for separating a multicomponent gas mixture into individual components, made in accordance, for example, with schemes according to patents [1,2,8-10], has shown the efficiency of using low-pressure gas flows, the scheme of a device intended for diagnosing air vortex flows and testing of air flow swirlers, which are reflected in the diagram shown in Fig. 3.
Устройство для диагностики малонапорных воздушных потоков и тестирования завихрителей воздушного потока содержит двигатель 32 с нагнетательным вентилятором 33, который создает воздушный поток, поступающий в конфузор 34. Конфузор установлен на узле ламинаризации потока 35, на выходе из которого установлен завихритель потока 36, на котором закреплен выполненный из оптически прозрачного материала цилиндрический канал 37 с системой диагностирования движущегося по нему воздушного потока, аналогичной той, которая приведена на фиг. 2. Все перечисленные выше элементы и узлы установлены на траверсе 39, которая с помощью шарнира 40 закреплена на опоре 41 с возможностью углового позиционирования траверсы 39 относительно плоскости горизонта.A device for diagnosing low-pressure air flows and testing swirlers of the air flow contains an
Работают устройства следующим образом.The devices work as follows.
Для проведения экспериментальных исследований установку, схема которой приведена на фиг. 1, необходимо подготовить к проведению экспериментов, исходя из целей и задач экспериментов. В частности, выбирается конструкция завихрителя потока 11 и проводится его настройка (выбираются параметры позиционирования элементов завихрителя, например, количество и форма лопаток-завихрителей, места их фиксации по тракту завихрителя и т.д.) и фиксация параметров. Далее производится сборка установки, схема которой приведена на фиг. 1. При этом, рассчитываются необходимое давление газовой смеси в трактах устройства и ее расход. В соответствии с полученными расчетными значениями давления и расхода настраивается редуктор 4 и выбирается расходная шайба 5. После сборки отдельных узлов устройства в единую цепь, как показано на фиг. 1, производится заполнение цветным газом емкости 9. На канале 12 (фиг. 1) устанавливаются элементы системы замеры физико-химических параметров потока в соответствии со схемой на фиг. 2. После выполнения этих операций устройство готово к работе.For experimental studies, the installation, the scheme of which is shown in Fig. 1, it is necessary to prepare for conducting experiments, based on the goals and objectives of the experiments. In particular, the design of the
Работа устройства начинается с открытия клапана 3, после чего газовая смесь поступает в тракт устройства, проходя через редуктор 4, расходную шайбу 5, трубопроводы 2, 10, и попадает в завихритель потока 11, где происходит его закрутка. Закрученный поток после завихрителя 11 поступает в канал 12. В процессе движения газовой смеси по каналу производится с помощью зондов 17, 18, датчиков давлений 19, 29, а также перепадов давления в различных пространственных точках канала по его длине и по угловой координате построение поля давлений в канале. Распределение давления (эпюр давления) по радиусу определяется путем перемещения зондов на ту или иную глубину в тело канала. Сигналы, снимаемые с датчиков 19, 29 усиливаются в усилителях сигналов 20, 30 и фиксируются на носителях информации 21. При малых значениях давлений и перепадов давлений может быть использован V-образный дифференциальный манометр 31, позволяющий измерять как перепады давления, так и статическое давление, а также величину динамического напора для различных точек в канале за счет того или иного исполнения соответствующих зондов и углублением их на ту или иную величину в поток газовой смеси.The operation of the device begins with the opening of the
Химический состав газовой смеси в различных точках канала определяется путем отбора проб газовой смеси из соответствующих точек канала с помощью зондов 22, а химический состав отобранной пробы определяется с помощью газоанализаторов 23. Фиксируя с помощью видеокамеры 27 или фотоаппарата 28 положение шелковых нитей 25, 26, введенных через зонды 24 в полость канала, можно судить о характере поведения потоков газа в канале. Об этом же можно судить по цветовым оттенкам отдельных участков газовых потоков в канале 15 (фиг. 2), путем обработки фотографий потока, произведенных с помощью фотоаппарата 28, в соответствии с RGB технологиями, причем, для повышения контрастностей отдельных струек потока в состав потока может быть введен красящий газовый компонент из емкости 9 (фиг. 1) за счет открытия электропневмоклапана 8 и подачи красящего компонента через один из штуцеров 6 в трубопровод 10.The chemical composition of the gas mixture at various points of the channel is determined by sampling the gas mixture from the corresponding points of the
Устройство для диагностики малонапорных воздушных потоков, схема которого приведена на фиг. 3, предполагает сборку (монтаж) всех узлов устройства на траверсе 39. Входящий в устройство ламинизатор потока 35 предназначен для устранения в потоке турбулентных проявлений. Замеры параметров потока в канале 37 могут быть произведены аналогичным образом, как и для устройства, схема которого приведена на фиг. 1, а структура системы замера параметров, приведена на фиг. 2, а сам процесс проведения диагностики потока аналогичен тому, как это описано выше для устройства, схема которого приведена на фиг. 1. Перед проведением испытаний с использованием устройства, схема которого приведена на фиг. 3, приводится необходимая настройка завихрителя потока 36.A device for diagnosing low-pressure air flows, the scheme of which is shown in Fig. 3, involves the assembly (mounting) of all components of the device on the
При этом, в ходе проведения экспериментов, как для устройства, схема которого приведена на фиг. 1, так и на фиг. 3, перемещая соответствующие зонды в радиальном направлении относительно канала может быть проведена фактически в реальном масштабе времени диагностика газовой смеси (воздуха) в канале 37, а также проведено тестирование (оценить эффективность) завихрителя потока 36.At the same time, during the experiments, as for the device, the scheme of which is shown in Fig. 1 as well as in FIG. 3, by moving the corresponding probes in a radial direction relative to the channel, it can be carried out in fact in real time diagnostics of the gas mixture (air) in the
С целью оценки влияния ускорения Кориолиса (силы Кориолиса) на процессы вихреобразования в каналах для обоих экспериментальных устройств, схемы которых приведены на фиг. 1 и фиг. 3, предусмотрена возможность установки канала 12 (фиг. 1), 37 (фиг. 3) под различным углом к плоскости горизонта, что позволяет обеспечить различные углы пересечения линий векторов скорости поступательного движения газа по каналу и вектора угловой скорости вращения земного шара, для чего завихритель потока 11 на фиг. 1 крепится с помощью шарнира 14 к опоре, не обозначенной отдельной позицией на фиг. 1, а траверса 39 (фиг. 3) также посредством шарнира 40 установлена на основании 41. Эксперименты проводятся при фиксированных углах наклона продольной оси канала к плоскости горизонта, причем элементы фиксации устройства по этому углу на фиг. 1 и фиг. 3 не приводятся.In order to evaluate the effect of Coriolis acceleration (Coriolis force) on the processes of vortex formation in the channels for both experimental devices, the schemes of which are shown in Fig. 1 and FIG. 3, it is possible to install the channel 12 (Fig. 1), 37 (Fig. 3) at different angles to the horizon plane, which makes it possible to provide different angles of intersection of the lines of the velocity vectors of the translational movement of the gas along the channel and the vector of the angular velocity of the rotation of the globe, for which flow swirler 11 in FIG. 1 is attached by means of a
Таким образом, предлагается способ диагностики вихревых потоков многокомпонентных газовых смесей с целью повышения эффективности разделения газовой смеси на отдельные компоненты и совершенствования конструктивно-компоновочных схем завихрителей потока. Практическая реализация результатов таких экспериментов на реализующих способ устройствах позволит оптимизировать конструкции горелочных устройств различного назначения, в том числе горелочных устройств, предназначенных для сжигания попутного нефтяного газа, забалластированного азотом.Thus, a method is proposed for diagnosing vortex flows of multicomponent gas mixtures in order to increase the efficiency of separating a gas mixture into individual components and improve the design and layout diagrams of flow swirlers. The practical implementation of the results of such experiments on the devices implementing the method will allow optimizing the design of burners for various purposes, including burners designed for burning associated petroleum gas ballasted with nitrogen.
Список использованных источниковList of sources used
1. Патент РФ на изобретение №2107197. Способ разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов и вихревое устройство для его осуществления / Г.Н. Ерченко. МПК: F04F5/00; F 25 B 9/02. Опубл. 1997.06.10.1. RF patent for the invention No. 2107197. A method for separating media with an inhomogeneous density field and components with different molecular weights and a vortex device for its implementation / G.N. Erchenko. IPC: F04F5/00; F 25
2. Патент РФ на изобретение №2368817. Вихревая установка для раздельного выделения горючей составляющей и углекислого газа из воздуха / Г.Н. Ерченко. МПК: F 04М F 5/00. Опубл. 2009.09.27.2. RF patent for the invention No. 2368817. Vortex installation for the separate separation of the combustible component and carbon dioxide from the air / G.N. Erchenko. IPC:
3. Иванов С.В. Вихревая труба для обогащения воздуха кислородом / С.В. Иванов // Труды МВТУ им. И.Э. Баумана. - М. Изд-во МВТУ, 1976. - №240. - С. 129-131.3. Ivanov S.V. Vortex tube for air enrichment with oxygen / S.V. Ivanov // Proceedings of the Moscow State Technical University. I.E. Bauman. - M. Publishing house of Moscow Higher Technical School, 1976. - No. 240. - S. 129-131.
4. Жидков М.А. Применение вихревой трубы в процессах низкотемпературного разделения сероводородосодержащих газов / М.А. Жидков, Г.А. Комарова, И.Г. Климов // Процессы горения и охрана окружающей среды: материалы II Всерос. науч. техн. конф. - Рыбинск. Изд-во Рыбин. гос. авиац. технол. академии. - 1997. - С. 32 - 36.4. Zhidkov M.A. The use of a vortex tube in the processes of low-temperature separation of hydrogen sulfide gases / M.A. Zhidkov, G.A. Komarova, I.G. Klimov // Combustion processes and environmental protection: materials of the II All-Russian. scientific tech. conf. - Rybinsk. Rybin Publishing House. state aviation technol. academy. - 1997. - S. 32 - 36.
5. Тернопольский А.В. Вихревые теплоэнергетические устройства / А.В. Тернопольский. - Пенза, Изд-во Пензенского государственного университета, 2007. - 183 с.5. Ternopolsky A.V. Vortex heat power devices / A.V. Ternopil. - Penza, Penza State University Publishing House, 2007. - 183 p.
6. Патент РФ на изобретение №2498319. Способ бесконтактной оптико - лазерной диагностики нестационарных режимов вихревых течений и устройство для его реализации / В.Л. Окулов, В.Г. Меледин, И.В. Наумов. МПК 6: G 01 P 5/26.6. RF patent for the invention No. 2498319. The method of non-contact optical-laser diagnostics of non-stationary regimes of vortex flows and a device for its implementation / V.L. Okulov, V.G. Meledin, I.V. Naumov. IPC 6: G 01
7. Патент РФ на изобретение №2647157. Способ комплексной экспресс диагностики периодического нестационарного вихревого течения и устройство для его реализации / В.Л. Окулов, И.В. Литвинов, Ю.С. Попов, С.И. Шторк, И.В. Наумов. МПК 6: G 01 H 5/26.7. RF patent for the invention No. 2647157. A method for complex express diagnostics of a periodic non-stationary vortex flow and a device for its implementation / V.L. Okulov, I.V. Litvinov, Yu.S. Popov, S.I. Shtork, I.V. Naumov. IPC 6: G 01
8. Патент РФ на полезную модель №134289. Горелка универсальная / В.В. Короткий, Ю.В. Федоров. МПК 6: F 23 D 17/00. Опубл. 10.11.2013. Бюл. № 31.8. RF patent for utility model No. 134289. Universal burner / V.V. Short, Yu.V. Fedorov. IPC 6: F 23
9. Патент РФ на полезную модель №134288. Устройство горелочное (варианты) / В.В. Короткий, Ю.В. Федоров. МПК 6: F 23 D 17/00. Опубл. 10.11.2013. Бюл. № 31.9. RF patent for utility model No. 134288. Burner device (options) / V.V. Short, Yu.V. Fedorov. IPC 6: F 23
10. Арсибеков Д.В. Утилизация попутного нефтяного газа / Д.В. Арсибеков, В.В. Короткий, Н.П. Кузнецов, Н.А. Мельчукова // Экология промышленного производства, 2019, № 2. - С. 2 -8.10. Arsibekov D.V. Utilization of associated petroleum gas / D.V. Arsibekov, V.V. Short, N.P. Kuznetsov, N.A. Melchukova // Ecology of industrial production, 2019, No. 2. - P. 2-8.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2795643C1 true RU2795643C1 (en) | 2023-05-05 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2814804C1 (en) * | 2023-12-07 | 2024-03-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук | Method for diagnosing flow in vortex chamber |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3296807A (en) * | 1965-11-26 | 1967-01-10 | Armco Steel Corp | Process and device for the separation of gases |
RU2107197C1 (en) * | 1996-03-13 | 1998-03-20 | Герман Николаевич Ерченко | Vortex plant for separation of combustible component from air |
RU2161527C1 (en) * | 2000-01-17 | 2001-01-10 | Институт теоретической и прикладной механики СО РАН | Gas mixture separation process |
US20090283672A1 (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-19 | Bruker Daltonik Gmbh | Fragmentation of analyte ions by collisions in rf ion traps |
RU2420826C1 (en) * | 2010-05-20 | 2011-06-10 | Учреждение Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики РАН Российской Федерации | Method for structural chemical analysis of organic and bioorganic compounds while separating ions of said compounds in supersonic gas stream directed along linear radio-frequency trap |
RU2523737C1 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Contactless optical-laser diagnostics of transient hydraulic flow and device to this end |
RU2576673C2 (en) * | 2014-08-06 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе Российской академии наук | Method for analysing admixtures in gas mixtures in their passing in form of extra-axial supersonic gas stream through source of electronic ionisation and radio-frequency quadrupole with following output of ions into mass-analyser |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3296807A (en) * | 1965-11-26 | 1967-01-10 | Armco Steel Corp | Process and device for the separation of gases |
RU2107197C1 (en) * | 1996-03-13 | 1998-03-20 | Герман Николаевич Ерченко | Vortex plant for separation of combustible component from air |
RU2161527C1 (en) * | 2000-01-17 | 2001-01-10 | Институт теоретической и прикладной механики СО РАН | Gas mixture separation process |
US20090283672A1 (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-19 | Bruker Daltonik Gmbh | Fragmentation of analyte ions by collisions in rf ion traps |
RU2420826C1 (en) * | 2010-05-20 | 2011-06-10 | Учреждение Российской академии наук Институт энергетических проблем химической физики РАН Российской Федерации | Method for structural chemical analysis of organic and bioorganic compounds while separating ions of said compounds in supersonic gas stream directed along linear radio-frequency trap |
RU2523737C1 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Contactless optical-laser diagnostics of transient hydraulic flow and device to this end |
RU2576673C2 (en) * | 2014-08-06 | 2016-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе Российской академии наук | Method for analysing admixtures in gas mixtures in their passing in form of extra-axial supersonic gas stream through source of electronic ionisation and radio-frequency quadrupole with following output of ions into mass-analyser |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2814804C1 (en) * | 2023-12-07 | 2024-03-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук | Method for diagnosing flow in vortex chamber |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Moon et al. | Velocity distribution in an abruptly expanding circular duct | |
Amielh et al. | Velocity near-field of variable density turbulent jets | |
Koutmos et al. | Isothermal flow in a gas turbine combustor—a benchmark experimental study | |
Schwing et al. | Interaction of vortex shedding and transverse high-frequency pressure oscillations in a tubular combustion chamber | |
Mongia et al. | An experimental investigation of gas jets in confined swirling air flow | |
Al-Abdeli et al. | Time-varying behaviour of turbulent swirling nonpremixed flames | |
Nathan | The enhanced mixing burner | |
Schefer et al. | Conditional sampling of velocity in a turbulent nonpremixed propane jet | |
RU2795643C1 (en) | Method for studying vortex flows of multicomponent gas mixtures and devices for its implementation | |
Alemela | Measurement and scaling of acoustic transfer matrices of premixed swirl flames | |
Wagner et al. | Bunsen flame hydrodynamics | |
Landers | Mixing Characteristics of Turbulent Twin Impinging Axisymmetric Jets at Various Impingement Angles | |
Li et al. | Fuel mixing effect on the flickering of jet diffusion flames | |
Cameron et al. | A model gas turbine combustor with wall jets and optical access for turbulent mixing, fuel effects, and spray studies | |
Opalski et al. | Detonation driven ejector exhaust flow characterization using planar DPIV | |
Giuliani et al. | Laser vibrometry for real-time combustion stability diagnostic | |
Anacleto et al. | The mean and turbulent flowfields in a model RQL gas-turbine combustor | |
Hill et al. | Precessing and axial flows following a sudden expansion in an axisymmetric nozzle | |
Brenn et al. | Methods and tools for advanced fuel spray production and investigation | |
Le | Effects of single-and dual-blockage disks on swirling coaxial jets at high annulus Reynolds numbers | |
Sevcenco et al. | Integrating hypersonics into a combustion test facility with 3D viewing capability | |
Rahman | Scaling of effervescent atomization and industrial two-phase flow | |
Santos | Experimental study on counter flow thrust vectoring of a gas turbine engine | |
Wilson et al. | Laser Velocimetry Measurementsat the Diffuser Exit of a Coal-Fired MHD Channel | |
Krasotkin et al. | Investigation of supersonic isobaric submerged turbulent jets |