2.1.1. Описание схемы экспериментальной установки

Эксперименты по определению проводятся на стенде, схема которого изображена на рис. 4. Установка состоит из двух насосов 1 и 8, трехтрубной прозрачной модели 6, бака 7, баллона с углекислым газом 16 (при проведении физической абсорбции), расширительного сосуда 15, расходомерных устройств 3, 13, 14, регулирующих вентилей 2, 9, 21, манометров 19, 20, соединительной арматуры и трубопроводов, выполненных из нержавеющей стали.

Жидкость, насосом 1 забирается либо из бака 7, либо из водопровода и подавется через регулирующий кран 2 и ротаметр 3 к соплу 4. Из сопла 4 жидкость вытекает в виде компактной струи 5 и поступает в нисходящую трубу СИА, образуя в ней газожидкостную смесь, которая двигается нисходящим потоком к основанию аппарата. Более подробное описание механизма образования газожидкостной смеси в таких системах дано лабораторной работе 1. Газ подается через патрубок 22, установленный в верхней части аппарата. Далее газожидкостная смесь поступает в восходящую трубу и двигается прямотоком к верхней части аппарата, откуда она удаляется через сливную трубу в бак 7. Схема установки позволяет работать как в проточном режиме, так и в режиме рециркуляции.

Рис. 4. Схема экспериментальной установки по определению УПКФ

и газосодержания в трубах КСИА

В проточном режиме могут выполняться эксперименты на системе воздух-вода и углекислый газ-вода. Водопроводную воду подводят к всасывающей линии насоса 1, а отработанную – откачивают из бака 7 насосом 8 в канализацию.

При работе с воздухом, патрубок 22 соединяют с газовым счетчиком 13, через который газ поступает в аппарат. При работе с диоксидом углерода подачу его осуществляют из баллона 16 через редуктор, расширительную емкость 15, poтаметр 14 и регулирующий вентиль 21. Давление в расширительной емкости контролируется образцовым манометром с ценой деления 0,04 кг/см². Конструкция модели КСИА позволяет легко заменять трубы на другой диаметр. Это осуществляется при помощи специальных вставок. Верхняя и нижняя крышки КСИА имеют специальные крестообразные отверстия для ввода датчиков в исследуемую область труб. В состав датчика входят три электрода, один опорный и два измерительных. Конструкция датчика с двумя измерительными электродами показана на рис. 5, и представляет собой стеклянную трубку 1 наружным диаметром 0,005 м, в один конец которой эпоксидной смолой вклеивались два электрода 2, изготовленные из нержавеющих игл диаметром 0,610^-3 ÷ 0,710^-3м с заостренными концами. К этим электродам предварительно припаивались экранированные провода 3, которые выводились через другой конец стеклянной трубки 1 к измерительному комплексу. Выступающие концы электродов несколько раз покрывались лаком по металлу, и после высыхания торцы концов зачищались. Расстояние l между концами измерительных электродов 2 по осям необходимо измерить до начала эксперимента. Определение расстояния между электродами и диаметра торца чувствительных концов электродов производят с

l

ледующим образом. На тонкой, но достаточно п лотной бумаге делается несколько отпечатков кончиками датчика, и выполняются измерения. О

Рис. 5.

Измерительный датчик

порный электрод представляет собой нержавеющую проволоку диаметром 110^-3 м без какой-либо изоляции и закрепляется вдоль внутренней стенки трубы.

Измерительный комплекс состоит из датчиков и измерительного блока. Структурная схема измерительного блока представлена на рис. 6 и состоит из: двух чувствительных триггеров Шмитта 1, 2, схемы сравнения 3, генератора прямоугольных импульсов, коммутатора 5 и двух счетчиков 6, 7.

Принцип измерения УПКФ основан на сравнении электропроводностей жидкой и газовой фаз на концах измерительных электродов датчика (рис. 6).

На опорный электрод подают постоянное напряжение 5 В. Измерительные электроды подключены ко входам триггеров Шмитта 1, 2 (рис. 6). В исходном состоянии (когда оба измерительных электрода находятся в жидкости) электрическая цепь замыкается через жидкость. При попадании на один из двух измерительных электродов газового пузырька происходит разрыв цепи. В зависимости от того, в какой среде находится измерительный электрод в жидкости или в газе, на выходе триггера Шмитта формируется уровень ЛОГ.1/напряжение не менее 2,4 В/ или ЛОГ. 0 /напряжение не более 0,4 В/. С триггеров сигналы поступают на схему сравнения. На выходе схемы сравнения сигнал появляется лишь только в том случае, если сигналы на ее входах находятся в противофазе, т.е. когда один измерительный электрод расположен в газе, а другой – в жидкости.

Рис. 6. Структурная схема измерительного блока

Со схемы сравнения сигнал поступает в коммутатор 5. Частота коммутации определяется частотой генератора 4. К генератору 4 и коммутатору 5 подключены счетчики 6 и 7, которые регистрируют число коммутаций и число зафиксированных пересечений ПКФ.

Стереометрический метод позволяет измерять локальное газосодержание в данной точке. При измерении газосодержания выход одного из триггеров Шмитта отключается от схемы сравнения. Это равносильно тому, что один из электродов все время находится в жидкости и, следовательно, блок измерений будет фиксировать попадание второго электрода в газовую фазу.

Перед началом эксперимента датчик вводится в соответствующую трубу, где предполагают измерения, и проводится проверка электронно-измерительного комплекса. Проверка заключается в определении чувствительности датчика на замыкание и размыкание цепи. Для этого оба электрода подключаются к схеме и после прогрева последней, помещаются в газовую фазу. При отсутствии счета импульсов частотомером, аппарат заполняют водой, и электроды вновь подключают к схеме. При отсутствии счета импульсов на частотомере, фиксирующем наличие ПКФ, датчик вводится в газовую фазу, но при этом один из электродов искусственно помещается в жидкую фазу. Тогда все сигналы, подаваемые генератором и фиксируемые частотомером 7, должны поступать через коммутатор и фиксироваться частотомером 6, причем, показания не должны отличаться во времени. Тем самым проверяется готовность электронно-измерительного комплекса к работе. После настройки счетной системы в аппарат подается вода, и устанавливается необходимый расход жидкости через исследуемое сопло известного диаметра. Расход жидкости определяется по ротаметру 3. Расход воздуха, инжектируемого струей, – счетчиком газа 13. Уровень газожидкостной смеси определяется с помощью миллиметровой линейки 10 несколько раз и затем осредняется. Температура воды контролируется термометром с ценой деления 0,1С.

Датчик 11 вводится в нисходящую трубу навстречу потоку и устанавливается у ее основания. Далее измерения производятся только по высоте трубы через каждые 0,1 м.

При проведении новой серии опытов, каждый раз после вышеизложенной проверки измерительного комплекса, проводится дублирование ряда, ранее полученных, экспериментальных точек с целью проверки воспроизводимости результатов и только после этого приступают к новым измерениям. Одновременно для каждой серии опытов производится определение локального газосодержания . Измерение производится попеременно каждым электродом, причем каждый электрод подключается отдельно то к одному, то к другому входу комплекса. При этом получают четыре значения в данной точке газожидкостной смеси. Аналогично поступают при измерении УПКФ. Затем датчик устанавливают в восходящей трубе и проводят измерения, как по высоте, так и по сечению. Во время измерений контролируется расход жидкости через сопло Q₁, уровень газожидко-

стной смеси в нисходящем потоке Н_см1, давление Р₁ в камере, где установлено сопло, и температура воды.

При работе с диоксидом углерода, перед началом эксперимента, аппарат продувается газом в течение 1–2 минут под небольшим избыточным давлением 20–50 мм в.ст. Затем, с помощью регулирующего вентиля на углекислотном редукторе в расширительной емкости создается и поддерживается необходимое давление, позволяющее приблизиться к условиям экспериментов, проведенных на воздухе.

По аналогичной методике обрабатываются данные по . Локальные значения газосодержания определяются по следующей зависимости

, (2.1)

где – число зарегистрированных импульсов; – число поданных импульсов.

Локальные значения УПКФ определяются из экспериментальных данных по уравнению

, (2.2)

где n – число зарегистрированных импульсов; z' – число поданных импульсов; l – расстояние между электродами, м.