• Nie Znaleziono Wyników

Badania ruchu kropel i filmu cieczy w wysokoprędkościowej płuczce iniekcyjnej

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "Badania ruchu kropel i filmu cieczy w wysokoprędkościowej płuczce iniekcyjnej"

Copied!
9
0
0

Pełen tekst

(1)

S e r i a : I N Ż Y N I E R I A Ś R O D O W I S K A z. 3 3 Nr kol. 1033

H e n r y k M E L O C H P i o t r K A B S C H F r a n c i s z e k K N O P

I n s t y t u t I n ż y n i e r i i O c h r o n y Ś r o d o w i s k a P o l i t e c h n i k i W r o c ł a w s k i e j

BADANIA RUCHU KROPEL I FILMU CIECZY W WYSOKOPRąDKOŚCIOWEJ PŁUCZCE INIEKCYJNEJ

Streszczenie. Pr ze ds t a wi o n o zasadę działania płuczki iniekcyjnej oraz zasadnicze nie rozwiązane pr ob le m y jej projektowania. Omówiono w y bra ne wyniki badań ruchu kropel i filmu cieczy w gardzieli płucz­

ki, a także zjawis ko mi g ra cji cieczy pom ięd zy filmem a kroplami.

1. WPROWADZENIE

Spośród aparatów słuZęcych do wy m ia n y ma3y, pędu i ciepła w instala­

cjach oczyszczania gazów odlotowych coraz w ię k sze go znaczenia nabierają wysokoprędkościowe płuczki iniekcyjne. Zasada działania tych płuczek

(rys. l) polega ogólnie na wyk or zy s t yw a ni u energii strumienia oczyszcza­

nego gazu do iniekcji cieczy, jej rozdrobnienia oraz transportu. Można dzięki temu uzyskiwać sa mo cz ynn y (bez udziału pomp) zam knięty obieg cie­

czy z możliwością J ed n ocz es ne go odpylania i aorpcji w aparatach o rela­

tywnie niewielkich gabarytach, prostej budowie i niekłopotliwej obsłudze.

Niestety szersze ich stosowanie jest Jeszcze ciągle utrudnione z uwa­

gi na brak dostatecznie spr aw dzonych metod projektowania. M.in. za gadnie­

niem niezwykle istotnym jest ok re śl eni e lokalnych pr ędkości przem ies zc za­

nia się elementów cieczy (kropel i filmu) w prz epływach pierścieniowo-dy- spersyjnych. Jakie wy s tę pu ję w ln ie kcyjnych płuczkach. Ma to tym większe znaczenie. Ze zasadnicza część pr o ces ów odpylania i ab sorpcji zachodzi w stosunkowo niewielkiej odległo śc i od miejsca wpr ow a dz a n ia cieczy. Jest to strefa niestacjonarności wi ęk sz o ś ci istotnych p ara me tr ów dwufazowego przepływu, a każdy z nich zwi ąz a ny jest z prędkością ruchu kropel lub fil­

mu płynącego po wewnętrznych ściankach aparatu.

w Instytucie Inżynierii Ochr on y środowiska Poli tec hn ik i Wrocławskiej re alizowany Jest obs zer ny program badań nad zjawiskami i procesami za cho ­ dzącym i w lniekcyjnych płuczkach. Zn ac zny udział mają w nim prace nad po­

z n ani em tworzenia się oraz ruchu krope l i filmu cieczy. Wy b ra n e rezultaty eksperyme nt ów fizycznych tej części prac prz ed stawiono poniżej.

(2)

206 H. Meloch, P. Kabsch, F. Knop

R y s . 1. S c h e m a t p ł u c z k i i n i e k c y j n e j F i g . 1. S c h e m e o f i n j e c t l o n s c r u b b e r

2. S P O S O B R O Z W I Ą Z A N I A P R O B L E M U

W s t ę p n e o s z a c o w a n i e ś r e d n i c k r o p e l c i e c z y i g r u b o ś c i f i l m u o r a z p r z e - g l ę d d o s t ę p n e j a p a r a t u r y s p o w o d o w a ł y , ż e z r e z y g n o w a n o z b e z p o ś r e d n i e g o p o m i a r u p r ę d k o ś c i r u c h u c i e c z y w i n i e k c y j n e j p ł u c z c e .

O e d y n ę b o w i e m m e t o d ę p o m i a r u b e z p o ś r e d n i e g o , k t ó r a e w e n t u a l n i e i to z k o n i e c z n o ś c i ? w y k o n a n i a s k o m p l i k o w a n e g o d o d a t k o w e g o o p r z y r z ę d o w a n i a m o ­ g ł a b y s ł u ż y ć t e m u c e l o w i , j e s t m e t o d a a n e m o m e t r i i l a s e r o w e j . N i e s t e t y n i e d y s p o n o w a n o s t o s o w n ę a p a r a t u r ę .

Uznano, że niemal równocennym rezult ate m badań może być określe ni e cza­

sów prz emi eszczania się kropel i. filmu cieczy pomiędzy wy br an ym i pr z ek r o­

jami aparatu. Czasy zaś można określać z wy so kę do kł adnościę nawet w bar- 2

dzo węskich przedziałach, rzędu 10-10 gis (bo z takimi czasami mam y do czynienia w przypadku ruchu kropel), za pomocę ogólnie dostępn yc h często- ściomlerzy - liczników czasu. S ę one w stanie określać nawet nanosekundo- we przedziały czasu pod warunkiem, że dost at ecz ni e szybka będzie detekcja sygnałów ur uch amiajęcych i wy ł ęcz aj ęc ych licznik czasu.

O a k o w i e l k o ś ć f i z y c z n ę , k t ó r a m e p o d l e g a ć z m i a n o m 1 b y ć k o n t r o l o w a n a p r z e z u k ł a d p o m i a r o w y , w y b r a n o k o n d u k t a n c j ę c i e c z y , k t ó r e j r u c h J e s t p r z e d ­ m i o t e m b a d a ń . P r z y s z c z e p i e n i u e l e m e n t ó w c i e c z y e l e k t r o l i t y c z n y m z n a c z n i ­

(3)

kiem przekroczenie zadanej w ar t oś c i konduktancji cieczy chwilowo ot ac za­

jącej czujniki w ok reślonych prz ekrojach pomiarowych powodowało włączania, a następnie wył ąc ze n i a licznika czasu i zar ej estrowanie czasu ruchu cie­

czy pomiędzy ws po m n ia n ym i przekro ja mi aparatu.

Metodykę p om ia rów w g powyższej kon cepcji oraz aparaturę pomiarową szczegółowo opisan o w pracach QlJ| , [Ż J , [V],[V] i [

5

].

Rys. 2. Ruch kropel i filmu w gardzieli płuczki iniekcyjnej Fig. 2. Movement of droplets and liquid film in the throat of lniection

scrubber

Istota badań polegała na określeniu w a rt oś ci oczekiwanych ze zbioru maksymalnych pr ędkości ruchu el em entów ciecz y (kropel i filmu V^) w gardzieli pł uc zki (rys. 2). Be zp oś red ni o mierzono metodą konduktometrycz- ną czasy p rze mie sz cza ni a się czoła fali ele kt rolitycznego znacznika (szcze­

góły t e c h n i k i pomiaru prz eds ta wi ono w r e f e r a c i e p t . "Konduktometryczna t e c h n i k a p o m i a r ó w w y b r a n y c h p a r a m e t r ó w p r z e p ł y w ó w p i e r ś c l e n i o w o - d y a p e r s y j - n y c h " 5 ). N a p o d e t a w i e u z y a k a n y c h w y n i k ó w p o m i a r ó w o k r e ś l o n o z a l e ż n o ś c i

(4)

208 H. Meloch, P. Kabsch, F. Knop

odległości przebywanych przez elementy cieczy od czasu ruchu elementów x m f^ (t k ) oraz x ■ f2 Ct ^ . Poz woliło to z kolei na osz acowanie maksy­

malnych prędkości kropel i filmu jako:

V, V. = - ¡ = 4 ^ (1). (2)

k " — hfj; vf d i f

Badania przeprow ad zo no w modelowych pł uczkach z ga rdzielami o średn i­

cach 26, 50 i 70 mm oraz dł ugości? 500, 1000 i 1200 mm w zakresach:

- prędkości gazu w = 20-50 m/s oraz

°9 -3 3 3

- natężeń zr aszania N^ » 10 - 5 10 m ciec zy/ m gazu.

W sumie w yk on ano około 200 00 je dn ostkowych pomiarów dla około 320 róż­

nych w ar i an tów wy nik a j ęc y ch z geometrii aparatu i hydrodyn ami ki przepływu.

3. AN A LI Z A W Y N I K Ó W BADAŃ

Przykł ad owe przebiegi czasów pr zem ieszczania się kropel cieczy w gar­

dzieli doświadczalnej płuczki o średnicy 7 0 mm przed st aw ion o na rys. 3.

Prz eb ieg i analogicznych zależności dla pozostałych badanych średnic gar­

dzieli miały podobn y charakter.

Zn am ienne przegięcie obserw owa ne na ws zys tk ic h wyk re sac h sugeruje, że zbiór kropel w poczętkowej fazie ruchu jest silnie pr z ys pie sz on y (co jest oczywiste wobec naj większych wó wc zas prędkości względny ch gazu 1 kropel), a następnie jakby zmniejsz ał sw? prędkość.

Przy do kładniejszym przea na liz ow an iu zjawisk tworzenia się i ruchu kropel oraz filmu można sędzić, że głównym powodem tej charakterystycznej zmiany obrazu ruchu kropel Jest z ró żn ic owa ne ich pochodzenie, a więc rów­

nież zróżn ic owa na ich prędkość. Dzieje się tak na skutek koa le scencji części kropel na ściankach aparatu oraz wtórn eg o generowania kropel z po­

wi er zch ni filmu. W bezpośrednim sęsie dz twi e przekroju w pr ow ad zan ia cieczy do strumienia gazu grubość filmu rośnie w miarę wzrostu odległości x.

Gdy grubość filmu przekracza określonę wartość, równowaga pomiędzy siłami napięcia p o wie rz ch nio we go a si łami aerody na mi czn ym i przesuwa się z o b sz a ­ ru intensywnej koalescencji w obszar inten sy wn ego wtórn eg o rozpadu części cieczy znajdujęcej się w postaci filmu na krople. Krople te ponownie tra­

fiaj? do strumienia gazu i stanowi? tym samym część zdyspergowanej cieczy.

Jednakże posiadaj? one znacznie mniejsz? energię kinetycznę, gdyż "star­

tuję" ze zn a czn ie mniejszę prędko ści ? równę pr ęd kości filmu płynęcego po ściankach aparatu. P 0nieważ pomiar czasów mię dz ye lek tr od owy ch w omawianym eksperymencie ma charakter losowy, część uz ysk iwanych w yn ik ów pochodziła z pewności? od kropel, które od chwili iniekcji ciecz y nie zmieniły swo­

jej formy występowania, zaś część kropel, które wcześniej jednok ro tni e

(5)

150 300 450 600 750^1050 1200 Rys. 3. Przykładowe pr zebiegi czasów p rze mi es zcz an ia się kropel cieczy

w gardzieli płuczki o średnicy 70 mm (Nz - natężenie zraszania) Fig.

3

. Typical dependences of droplet displacement in the throat of injection scrubber of 70 mm diameter (N2 - in ten si ty of working liquid

sprinkling)

(6)

10t-»

o

w0g- 35m/s A

□ 0

ci

<

• A

A

.

1

A

1 <

i

200 400 600 800 1000 1200

x,mm

Vęf Vc

0,8

0 fi

0.4

0,2

... cr

W o g -A O m /s

A o

t> a

A a

I \

...

'

E>

] 3

200 400 600 800 1000 1200

x,m m d = 70 mm oznaczenie Nz[ rr3/m'i]

O 0,001

A 0.002

□ 0,003

»

0,004

A 0,005 CT

ao

4. P r zyk ła do we prze bi egi udzia łu filmu w strumi en iu obj ęt ośc i ci eczy w ga rdzieli płuczki o średnicy 7 0 mm (N - natężenie zraszania)

4. Typi ca l depend enc es of liquid film ratio in volume of liquid stream in the throat of Injection scrubber of 70 mm diameter (n - int ens it y of sprinkling)

3* O ZJ

(7)

b ą d ź w i e l o k r o t n i e w y s t ę p o w a ł y w f o r a i e f l l n u . T a k w i ę c d a l s z e c z ę ś c i k r z y ­ w y c h n a r y s . 3 w y a t ę p u j ę c e z a c h a r a k t e r y s t y c z n y m i p r z e g i ę c i a m i p o z w a l a j ą określić średnie c z a s y r u c h u k r o p e l o r ó ż n y m p o c h o d z e n i u .

Tak postawione zagadn ien ie wy daje się zadow al aję co dokładne z punktu widzenia projektowania proce só w w ym ia ny pędu, ciepła i masy, gdyż pozwala na symulację tych pr ocesów opartę na lokalnych średnich warto ści ac h ta­

kich parametrów jak średnia średnica oraz średnia prędkość względna kro­

pel.

Powyższą hipotezę mo gł y po twierdzić tylko badania filmu, a zwłaszcza zmienności jego udz ia łu w ogól nym strumieniu obj ętości cieczy przepływaję- cej w gardzieli płuczki. Badania strumienia objętości cieczy przepł ywa ją ­ cej w postaci filmu (przeprowadzone metodę odsysania filmu przez porowatę ściankę) 4 wykazały, że prze ds taw io ne na rys. 3 c ha ra kte rys ty czn e pr z e­

gięcia pokrywaję się z ob szarem in ten sywnego generowania kropel z filmu do strumienia gazu, o czym świ ad czy w yr aź nie zmn iej sz sj ęcy się w tym ob­

szarze udział filmu w ogólnym strumieniu objętości cieczy (rys. 4). A za­

tem skoro istotnę część kropel cieczy przemiesz cz aj ący ch się w strumieniu gazu stanowię krople nowo wy g ene ro wa ne z filmu (o prędkościach znacznie niższych od prędkości kropel powstał yc h bez pośrednio w wynik u iniekcji cieczy), to średnia prędkość ca łego zbioru kropel o zr óżn icowanym pocho­

dzeniu może ulegać lokalnemu obniżeniu.

1,ms

fms

400

200

35mts

l 6 0 0

0?D

1 5 0 3 0 0 6 0 0 S 0 0 1 2 0 0

x,mm 400

200

40m/s

i

o k

Q &

d - 7 0 m m o z n a c z e n i e N ^ m 3 / in 3 j

O 0 . 0 0 1

0 . 0 0 2

L _ g _____ 0 , 0 0 3

ó 0 . 0 0 4

1 5 0 3 0 0 6 0 0 900 1200

K.mn:

Rys. 5. Przykładowe prz ebiegi czasów prz em ieszczania się filmu cisczy po ściankach gardzieli płuczki o średnicy 70 mm (N - natężenie zraszania) Fig. 5. Typical dependence of liquid film displacement time on the wall

of the scrubber throat

Istotne dodatkowe informaoje uzyskano badając czasy przemieszczania się filmu (rys. 5). Stwierdzono, że maksymalna prędkość filmu (przy powi er zch ­ ni m i ę d z y f a z o w e j ) w iniekcyjnej płuczce jest niemal niezależna od odległ o­

ści x rozpatryw an eg o prz ekroju aparatu od prz ekroju iniekcji ci eczy oraz

(8)

212 H. Meloch, P. Kabsch, F. Knop

natężenia zraszania. Zależ y ona natomiast praktyc zn ie wy ł ą czn ie od pręd­

kości przepływu gazu oraz średnicy gardzieli płuczki.

Wyniki tej części eksperymentu dowodzą, że ciecz w postaci filmu za cho ­ wuje się w iniekcyjnej płuczce zupełnie inaczej niż krople. Krople poru- szaję się bowiem wzdłuż gardzieli płuc zki ruchem przyspieszonym, natomiast w przypadku filmu równowaga pomiędzy siłę tarcia gazu o ciecz a siłami tarcia filmu o ścianki, tarcia wewn ątr z filmu (lepkość), bezwładności i grawitacji jest osiągans tuż za przekrojem iniekcji cieczy. Stąd film porusza się wzdłuż gardzieli płuczki ruchem j ed no st ajn ym poza bardzo krót­

ką (o długości niemierzalnej w przepro wad zo ny m eksperymencie) strefą Jego powstawania.

Badania wy ka zał y ponadto, że przy prz ep ł yw i e plerś cle nlo wo -dy sp er syj ny m z dołu ku górze w iniekcyjnej płuczce krople osiągają prędkość rzędu pręd ­ kości gazu, zaś film pr ędkości o rząd niższe.

W związku z tym wp ływ filmu ciecz y na procesy wymia ny mas y i ciepła w iniekcyjnych płuczkach (zwłaszcza o niewiel ki ch średnicach) może być istot­

ny i w ini en znaleźć swoje odzwi er cie dl en ie w pro je ktowaniu tych aparatów.

W y n i k i badań ruchu ele mentów cieczy wy k or z y st a no m.in. przy we r y fi k a­

cji mat ematycznego modelu przepływu pi e rś c i en i gw o- dy spe rs yj neg o w iniek­

cyjnych płuczkach £

4

].

LITERATURA

TlT Meloch H . , Knop F. , Os tr op ols ki W . : Rap. Inst. Ini. Ochr. Środow. Pol.

Wrocł. SPR nr 31/83 Wrocł aw 1983.

£

2

] Me loch H. i in.s Rap. Inst. Inż. Ochr. środow. Pol. Wrocł.. SPR nr 64/84, W ro cła w 1984.

[[

3

] Me loch H., Knop F. : Rap. Inst. Inż. Ochr. środow. Pol. Wrocł. , SPR nr 5/86, W ro c ł a w 1986.

["

4

I Me loch H. i i n : Rep. Inst. Inż. Ochr. środow. Pol. Wrocł ., SPR nr 67/87, Wr o c ł a w 1987.

["53

Meloch H. i in. : Mat. III Og ól nop ol sk ieg o Seminarium 'Zastosowanie M e ch an iki Pł yn ów w Ochronie środowiska 88'. G l iwi ce 1988 (maszyno­

pis).

HCCJIĘ50BAHHH ABHKEHKfl KAHEJIB H SHHKO0 IUIEHKH B BtJCOKOCKOPOCTHOM HHJKEKTOPHOM C K P yE E E P B

P

e 3 n u e

OpeflCTaBjieHO npKHmin fleS ciB aa. HimeKiopHoro CKpySSepa m cymecTBeKBŁie b o -

n p o c a e r o npoeKTnpoBaanH. OnucaHO zu6pasue pesyjTŁTaTii HCCJieflOBaKHfi flBnxe-

hhh

KanenB

z xh.uk

ofl naemcH

b

ropjioBHHe CKpyfiÓepa a iaKxe BBjieHHe oóMSHa

x h a k o c th

weźmy

x h ak o 2

imeHKofl

z

KanejiHMH.

(9)

INVESTIGATIONS OF DROP LET S A N D L IQ UID FILM M O V EME NT IN HIGH-VELOCITY IN3ECTI0N SCRUBBER

S u m m a r y

The principle of injection scrubber perfo rma nc e has been presented.

Some design problems have been discussed. Moat important results of in­

vestigations of droplets and liquid film movement in the throat of the scrubber, and the phenome no n of liquid transfer between tte droplet phase and the liquid film have been described.

Cytaty

Powiązane dokumenty

SCENARIUSZ I REŻYSERIA / WRITER &amp; DIRECTOR: Paweł Jóźwiak-Rodan WYSTĄPILI / CAST: Roman Zięba, Włodzimierz Dudka, Adam Szymkowski, Wanda Zięba, Piotr Kiełbik, Wojciech

Kino, a zwłaszcza telewizyjny streaming lub film na smartfonie, dążą do maksymalnej dematerializacji medium cyfrowego, które – w najlepszym wypadku – powinno się stać

Odwołując się do teorii ewolucji oraz określonych nurtów w psychologii, wyprowadzając z nich tezy dotyczące pla- styczności człowieka, krytykując z ich poziomu inne koncepcje

Wpływ prędkości napędu na poziom redukcji siły napędu przy różnych amplitudach siły wymuszającej Z przedstawionych wyników analiz modelowych wy- nika, że

Przeprowadzone badania doświadczalne i analizy symulacyjne wykazały, że w przypadku ruchu ślizgowego przy drganiach stycznych poprzecznych obniżenie siły tarcia może

W literaturze z zakresu badania wpływu drgań kontaktowych stycznych wzdłuŜnych na siłę tarcia w ruchu ślizgowym główna uwaga skupiona jest na drganiach ultradźwiękowych

Wyniki obliczeń przeprowadzonych z wykorzystaniem tego modelu wskazują, Ŝe siła tarcia w ruchu ślizgowym przy wymuszonych drganiach kontaktowych stycznych wzdłuŜnych moŜe ulec

Jednak brakuje dowodu, że to bp Janiak (wówczas biskup pomocniczy) podjął tę decyzję (która należała do arcybiskupa). Dalej zarzuca się, że ks. To jednak nie ma żadnego