Большая техническая энциклопедия
1 2 3 4 6
C J W Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ТА ТВ ТЕ ТИ ТО ТР ТУ ТЩ ТЯ

Температурное разделение

 
Температурное разделение состоит в том, что контроль про / - изводят при нескольких значениях температуры ( обычно при двуэ0, используя для разделения различную температурную зависимость контролируемого и неконтролируемого параметров.
P-i и T-S диаграммы. Температурное разделение газового ядра приводит к нагреванию периферийных слоев и охлаждению приосевых. Место расположения отверстия 18 в каждом конкретном случае подбирается индивидуально и зависит от рода рабочего тела и режима работы таким образом, что за ним в периферийном потоке течет лишь газовая фаза подогреваемая теплом, поступающим от приосевых элементов.
Процесс температурного разделения и формирования газовых потоков в вихревой трубе происходит вследствие расширения вводимых струй.
Схема температурного разделения струи при натекании на поверхность. а - угол наклона сопла. d - диаметр сопла. h - высота среза ( 1 - 1 сопла над поверхностью. V - скорость перемещения сопла на поверхности.| Результаты температурного разделения воздуха в устройстве, разработанном на принципе натекания струи на поверхность. Результаты температурного разделения воздуха, полученные данным способом ( табл. 1.4), подтверждают его высокую эффективность. Механизм явления не раскрывается.
Процесс температурного разделения сжатого газа в вихревой трубе происходит в сложном газодинамическом режиме, который предопределяет еще не совсем ясный механизм перераспределения энергии между охлажденным и нагретым потоками. Утвердившееся представление о процессе эндргетического разделения основано на результатах экспериментальных исследований закрученного потока.
Эффект вих-ревого температурного разделения перегретых паров и опытная проверка гипотезы Хилша - Фултона.
Для раскрытия механизма температурного разделения ( расслоения) вязкого газа в вихревой трубе интересно отметить, что это явление наблюдается не только в случае высокоскоростного вращения газа в трубе. При этом отмечается, что разделительный эффект в пограничном слое 5 на плоской пластине в 10 раз меньше, чем в вихревой трубе, а за цилиндром соизмерим с эффектом в вихревой трубе.
Оценка работоспособности лопаток по допустимой температурной неравномерности. Для ВЭ зависимость температурного разделения в потоках от соотношения их расходов неоднозначна. Для обеспечения наиболее равномерного и глубокого охлаждения профиля пера был поставлен эксперимент по выбору оптимального режима работы ВЭ на удобообтекаемой модели из стали 20, средняя часть которой охлаждалась воздухом камеры энергоразделения, а входная кромка - охлажденным потоком ВЭ диаметром 15 мм.
В вихревой трубе обеспечивается эффективное температурное разделение поступающего сжатого газа на охлажденный и нагретый потоки. Так, сущность вихревого эффекта пытались объяснить только перестроением в сечении соплового ввода ВТ свободного вихря в вынужденный, под действием сил трения, расширением истекающей струи из соплового ввода в осевую зону и сжатием ее в периферийной зоне ВТ за счет центробежных сил. Шепера [13] и теоретические предположения Ван Димтера [14] об энергетическом обмене в вихревой трубе за счет турбулентного перемешивания потоков. Многие специалисты по вихревому эффекту у нас в стране считают данную теорию наиболее полной.
Вторым процессом, обеспечивающим температурное разделение газа, является перестройка поля скоростей вращающихся потоков, которая приводит, по мнению авторов данного толкования вихревого эффекта, к образованию в сечении соплового ввода потока, вращающегося по закону вынужденного вихря и занимающего почти все сечение трубы. Как будет показано ниже, такое вращение не наблюдается в приосевой зоне, а выше отмечалось, что турбулентный теплоперенос при квазитвердом вращении не может активно действовать. Процесс перестройки поля скоростей сопровождается снижением окружной скорости внутреннего потока и повышением ее у внешнего потока по мере приближения к сечению соплового ввода, что соответствует отводу кинетической энергии от внутреннего потока к внешнему. Как известно, по А. П. Меркулову, в сечении соплового ввода взаимодействуют развитый свободный вихрь и внутренний вынужденный. При этом кинетическая энергия передается от свободному вихря к внутреннему вынужденному.
Рассматривая вопрос о природе эффекта температурного разделения, Т.С. Алексеев выделяет влияние центробежной силы. Под действием этих сил периферийные слои газа сжимаются и нагреваются, осевые слои расширяются и охлаждаются. Центробежные силы определяют градиент статических температур в радиальном направлении. Рост температуры торможения при квазитвердом вращении идет от оси к периферии. Внутренние силы трения отсутствуют, силы трения периферийного потока незначительны. Происходит рост температуры торможения от оси к периферии, за счет увеличения в этом направлении сил инерции и роста окружных скоростей, распределенных по радиусу вихря согласно линейному закону.
Доказано, что наличие эффекта температурного разделения повышает эффективность очистки холодного потока и увеличивает степень сепарации твердой и жидкой фазы.

В работе В.А. Сафонова рассмотрен процесс температурного разделения с позиций молекулярно-кинетической теории, в которой сделана попытка объяснить этот процесс как результат распределения молекул по скоростям под действием радиального градиента давления. Из медленных молекул, подверженных большему отклонению от начального направления движения, формируется осевой поток, понижая температуру газа. Однако этой теорией не объясняются многие газодинамические особенности вихревых труб, например, ухудшенная работа прямоточной трубы по сравнению с противоточной.
К наиболее точным лабораторным приборам температурного разделения на фракции жидких углеводородных смесей относятся стеклянные ректификационные колонки. Менее точно разделение проводится на лабораторных аппаратах ректификации нефти типа АРН-2. Приближенную фракционную разгонку получают на аппарате Энглера. В этом случае, чтобы более полно охаратеризовать выделенные фракции, следует дополнительно определять их плотность и молекулярную массу.
Рассматривая вопрос о природе эффекта температурного разделения, Т.С. Алексеев выделяет влияние центробежной силы. Под действием этих сил периферийные слои газа сжимаются и нагреваются, осевые слои расширяются и охлаждаются. Центробежные силы определяют градиент статических температур в радиальном направлении. Рост температуры торможения при квазитвердом вращении идет от оси к периферии. Внутренние силы трения отсутствуют, силы трения периферийного потока незначительны. Происходит рост температуры торможения от оси к периферии, за счет увеличения в этом направлении сил инерции и роста окружных скоростей, распределенных по радиусу вихря согласно линейному закону.
В работе В.А. Сафонова рассмотрен процесс температурного разделения с позиций молекулярно-кинетической теории, в которой сделана попытка объяснить этот процесс как результат распределения молекул по скоростям под действием радиального градиента давления. Из медленных молекул, подверженных большему отклонению от начального направления движения, формируется осевой поток, понижая температуру газа. Однако этой теорией не объясняются многие газодинамические особенности вихревых труб, например, ухудшенная работа прямоточной трубы по сравнению с противоточной.
Схема течения и взаимодействия закрученных газовых потоков в цилиндрическом канале ВТ. Представленная модель дает возможность анализа температурного разделения многокомпонентного газового потока с выяснением вероятности и глубины процесса конденсации и последующей сепарации жидкой фазы, проведения химических реакций.
Разработанные или вновь предлагаемые модели процесса температурного разделения в вихревой трубе требуют объяснения большого объема экспериментально установленных эффектов ее работы.
Ввиду низкого уровня исходного давления эффект температурного разделения в таком аппарате очень мал, используется лишь эффект центробежной силы для сепарации мелкодисперсной твердой фазы. Отсепарированная твердая фаза собирается в камере ( 9) - пылесборнике, откуда периодически удаляется. Степень очистки газовых потоков в таком аппарате во многом определяется индивидуальными свойствами твердой фазы, ее размером и концентрацией, а также уровнем избыточного давления.
Некоторые исследователи считают невозможным объяснить эффект температурного разделения расширением газа в поле центробежных сил без учета вязкости и теплопроводности.
Ввиду низкого уровня исходного давления эффект температурного разделения в таком аппарате очень мал, используется лишь эффект центробежной силы для сепарации мелкодисперсной твердой фазы. Отсепарированная твердая фаза собирается в камере ( 9) - пылесборнике, откуда периодически удаляется. Степень очистки газовых потоков в таком аппарате во многом определяется индивидуальными свойствами твердой фазы, ее размером и концентрацией, а также уровнем избыточного давления.
Разработанные или вновь предлагаемые модели процесса температурного разделения в вихревой трубе требуют объяснения большого объема экспериментально установленных эффектов ее работы.
Некоторые исследователи считают невозможным объяснить эффект температурного разделения расширением газа в поле центробежных сил без учета вязкости и теплопроводности.
Вихревая труба.| Принципиальная схема термоэлектрического метода получения холода и тепла. В вихревой трубе происходит вихревой эффект температурного разделения воздуха ( рис. VIII. Сжатый воздух с начальной температурой, как правило, близкой к окружающей, поступает через сопло и тангенциально входит в улитку.
Большое число выдвинутых гипотез и моделей процесса температурного разделения объясняет и существование не меньшего числа различных полуэмпирических и эмпирических методик расчета вихревых труб. Основная доля этих методик базируется на конкретном экспериментальном материале, полученном для различных конструктивных и технологических параметров, и применима к выполнению расчетов в исследованном диапазоне изменения этих параметров.

Эти результаты указывают на высокую стабильность эффекта температурного разделения и возможность применения вихревых труб как высокоэффективных теплообменников на средах газ - жидкость.
Большое число выдвинутых гипотез и моделей процесса температурного разделения объясняет и существование не меньшего числа различных полуэмпирических и эмпирических методик расчета вихревых труб. Основная доля этих методик базируется на конкретном экспериментальном материале, полученном для различных конструктивных и технологических параметров, и применима к выполнению расчетов в исследованном диапазоне изменения этих параметров.
Для теоретического обоснования предлагаемой физической модели процесса температурного разделения газа в канале и его струйной структуры следует рассмотреть устойчивость цилиндрического течения. В теории гидродинамической устойчивости выделяют два основных типа неустойчивости, которые достаточно полно представлены продольным течением Пуазейля и азимутальным течением Куэтта.
Результаты исследований указывают на неравновесный характер процесса температурного разделения газа в условиях высокоскоростного течения закрученных струй, при этом переохлаждение и конденсация протекают скачкообразно. Процесс конденсации и сепарации в поле центробежных сил, которое на несколько порядков превосходит силу тяжести, идет непрерывно, и существующие методы исследований не позволяют установить количественные закономерности перераспределения паров и сепарации влаги.
Для теоретического обоснования предлагаемой физической модели процесса температурного разделения газа в канале и его струйной структуры следует рассмотреть устойчивость цилиндрического течения. В теории гидродинамической устойчивости выделяют два основных типа неустойчивости, которые достаточно полно представлены продольным течением Пуазейля и азимутальным течением Куэтта.
Результаты исследований указывают на неравновесный характер процесса температурного разделения газа в условиях высокоскоростного течения закрученных струй, при этом переохлаждение и конденсация протекают скачкообразно. Процесс конденсации и сепарации в поле центробежных сил, которое на несколько порядков превосходит силу тяжести, идет непрерывно, и существующие методы исследовании не позволяют установить количественные закономерности перераспределения паров и сепарации влаги.
Такая модель дает основания для анализа не только температурного разделения газового потока, но и процесса конденсации, сепарации, кинетики химических реакций.
В аппаратах используется высокоскоростное закручивание фаз и эффект температурного разделения газа в теплообменных трубах, оснащенных диафрагмированным внергоразделителями. Применение таких аппаратов, особенно при наличия иабнточного давления, позволяет снизить выброс пенного углеводородного сырья в атмосферу.
Положительное влияние на процесс должно оказывать и явление температурного разделения потока, способствуя избирательности процесса, то есть повышению выхода целевых продуктов.
Вихревые аппараты при низких давлениях сжатого газа, когда эффект температурного разделения очень мал и незначителен, можно использовать для очистки газовых потоков от твердых аэрозолей.
В вихревых теплообменниках типа ТВКСН-2 при реализации в них эффекта температурного разделения образуется холодный поток, холод которого зачастую не используется. С целью создания более экономичного аппарата, в котором можно было бы производить рекуперацию холодного потока, был создан вихревой ре-куперационный аппарат.
Вихревые аппараты при низких давлениях сжатого газа, когда эффект температурного разделения очень мал и незначителен, можно использовать для очистки газовых потоков от твердых аэрозолей.
В вихревых теплообменниках типа ТВКСН-2 при реализации в них эффекта температурного разделения образуется холодный поток, холод которого зачастую не используется. С целью создания более экономичного аппарата, в котором можно было бы производить рекуперацию холодного потока, был создан вихревой ре-куперационный аппарат.
Это обстоятельство свидетельствует об отрицательном воздействии фазовых переходов на механизм температурного разделения. Известно, что отвод теплоты от стенок камеры, также снижающий температуру периферийного потока, приводит при больших ( д, к повышению эффективности работы вихревого аппарата.
Известно, что ц оказывает определяющее влияние и на эффект температурного разделения, и на сепарацию жидкости из потока; поэтому представленные на рис. 55 зависимости нельзя рассматривать как функции, определяющиеся только степенью расширения и давлением охлажденного потока.

Приведенный обзор наиболее известных работ, достаточно полно объясняющих процесс температурного разделения газа в вихревой трубе, не дает однозначного ответа на вопрос о сущности вихревого эффекта, о возможности разработки и проектирования новых аппаратов без проведения детальных исследований течения в них различных технологических процессов. Сопоставляя основные характеристики вихревого эффекта и параметры закрученного потока в вихревой трубе, можно классифицировать мнения исследователей на процессы, протекающие в вихревой трубе.
Схема трубы Гартмана-Шпрингера. 1 - сопло. 2 - трубка. d, / - соответственно диаметр и длина трубы. Из, приведенного графика ( рис. 1.17) видно, что максимальное температурное разделение ( Д1ОХ 6 5 С) в трубке Г - Ш получается тогда, когда 20 % нагретого газа выводится из трубки через вентиль ( 3) в ее торце. Использование трубки для охлаждения в таком виде малоэффективно, что обусловлено, главным образом, трудностями в выделении охлажденного потока из общей массы газа, прошедшего через сопловой ввод. Для случая нагрева в тонкостенной плохо проводящей тепло трубке с / / d 34 температура газа в полости трубки может на сотни градусов превышать температуру торможения возбуждающего потока. В работе [21] отмечается, что при степени расширения л 5 и температуре перед сопловым вводом 20 С в конце трубки воздух нагревался до 500 С, а при наличии пыли, взвешенной в воздухе, отмечали температуры до 1000 С. Основной эффект нагрева в данном устройстве осуществляется за счет ударно-волновых процессов. При обтекании газовым потоком цилиндра более резкое снижение температуры обусловлено, кроме сказанного, значительными перепадами давления, затрачиваемого на сужение и расширение потока, созданием неустойчивого течения за цилиндром. Возникающие при этом пульсация, циркуляционные вихри, находящиеся в состоянии тепло - и массообмена с основным потоком, обусловливают большее понижение температуры по сравнению с обтеканием пластины. Необходимо отметить, что излучение звуковых колебаний в окружающую среду имеет место и в вихревой трубе. Кроме того, экспериментально доказано, что в вихревой трубе течение неустойчиво и возникают регулярные колебания давления. Нами было показано, что низкочастотные колебания являются следствием прецессионного движения вынужденного вихря вокруг геометрической оси камеры закручивания.
В любом случае оптимальная величина площади проходного сечения для реализации эффекта температурного разделения газа не превышает ( 10 - 12) % площади сечения ВТ. Увеличение Fc ведет к снижению всех показателей по эффективности работы вихревой трубы и аппарата в целом.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11