Методы идентификации структуры потоков

Рис. 1.10. Определение скорости потока в локальной струе

при помощи трубок Пито

Изогнутая трубка Пито воспринимает сумму скоростного и пьезометрического (статического) напоров в локальной струе с точке помещения прибора в поток, протекающий через аппарат, прямая трубка Пито воспринимает только пьезометрический напор в этой же точке, поэтому разность уровней жидкости в дифференциальном манометре Н характеризуется только скоростным напором, что позволяет рассчитать скорость потока в локальной струе по формуле ( при равенстве плотностей жидкости в манометре и жидкости технологического потока)

, (1.13)

где - ускорение силы тяжести.

Перемещая трубки Пито в различные точки аппарата, можно получить достаточно полную информацию о структуре потоков в аппарате. Чтобы структура потоков в аппарате в ходе исследования не искажалась, аппарат должен работать в стационарном режиме, то есть параметры технологического потока, пропускаемого через аппарат не должны изменяться во времени в ходе исследования. Недостатком метода является его трудоемкость сложность технического характера при исследовании структуры потоков в промышленном аппарате необходимо большое число отверстий в корпусе для ввода трубок Пито, что, как правило, недопустимо и этот метод обычно применяется при стендовых исследованиях опытных аппаратов.

Косвенный метод исследования структуры потока заключается в том, что на входе технологического потока в аппарат, работающий в стационарном режиме создается возмущение, то есть отклонение от стационарного состояния, а на выходе из аппарата изучается его реакция на возмущение или функция отклика на возмущение. В качестве возмущения может быть использовано изменение значения одного из параметров потока (расход, температура и т.д.), но чаще всего применяют ввод дополнительного вещества – трассера (рис.1.11).

Аналитический

Трассер прибор

Рис. 1.11. Исследование структуры потоков в аппарате

при помощи трассера

Трассер должен соответствовать следующим требованиям:

· трассер должен практически мгновенно растворяться в основном технологическом потоке, распределяясь при этом по локальным струям пропорционально их массе – в этом случае характер течения трассера внутри аппарата становится идентичным характеру движения основного потока;

· ввод трассера в аппарат должен выполняться в незначительных количествах, чтобы не искажать структуру основного потока и, следовательно, определяться в микроколичествах на выходе из аппарата при помощи соответствующего аналитического прибора;

· ввод трассера в аппарат должен подчиняться определенному закону создания возмущения, так как произвольная форма ввода трассера не позволит оценить сущность функции отклика, которая так же будет носить произвольный характер.

Обычно ввод возмущения – трассера – в аппарат обеспечивается импульсным, ступенчатым или гармоническим методом (рис.1.12), при этом в химической технологии чаще применяют импульсный метод – практически мгновенный ввод в аппарат порции трассера.

а б в

Рис. 1.12. Импульсный (а), ступенчатый (б) и гармонический (в) методы ввода возмущения при исследовании структуры потоков

При исследовании структуры потоков органических веществ в качестве трассеров применяют обычно красители или ввод побочного (не характерного для данного потока) компонента, концентрации которых на выходе из аппарата определяют колориметрическим или хроматографическим методами, при исследовании структуры потоков неорганических веществ (часто воды при стендовых испытаниях аппаратов) в качестве трассеров применяют обычно красители и растворы солей, концентрации которых на выходе из аппарата определяют колориметрическим методом или по электропроводности раствора. Часто в качестве трассера также применяют меченые атомы.

Особенностью гидродинамических моделей различных аппаратов является возможность их систематизации на базе типовых моделей.