Способ смешения двух потоков
Изобретение относится к технологии смещения турбулентных потоков жидкостей или газов. Способ позволяет повысить эффективность смещения при переменных режимах, конструктивных и технологических отклонениях. Это достигается тем, что в центральный поток одного компонента поперечно подают поток другого. Поперечный поток подают в виде системы попарно соударяющихся струй. При переменных режимах работы изменяют угол между соударяющимися струями. Дополнительно изменяют расстояния между ними в процессе эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 ил.
СОЮЗ COBE TCHI! X
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
Al (19) (1!) 511 4 В 01 F 3/02, 3/(N
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4232875/31-26 (22) 19,03.87 (46) 07.12,89. Бюл. 1." 45 (71) Казанский филиал Московского энергетического института и Казанский авиационный институт (72) 10.ß.Галицкий, А.В.Талантов и 10.А.Спиридонов (53) 66.021 063:073 (088.8) (56) Патент Великобритании
h 1583119, wa. В 1 С, 1981.
Авторское свидетельство СССР
И 154490) кл. В 01 F 3/02, 1964.
Авторское свидетельство CCCP
1 1212531, кл. 0 01 F 5/00, 1983.
Авторское свидетельство СССР
h 1291175, кл. В 01 D 17/04, 1985.!
Изобретение относится к технологии смешения турбулентных потоков жидкостей или газов и может быть использовано для повышения эффективности смешения в устройствах различного назначения, например смесителях горелочных устройств.
Целью изобретения является повышение эффективности смешения при переменных режимах работы, конструктивнь,х и технологических отклонениях.
На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 и 3 — разрез
А-А на фиг.1 (при различных положениях соседних сопл).
Камера смешения содержит корпус 1, на боковой поверхности которого расположен ряд сопл 2 и 3. Соседние сопла
2 (54) СПОСОБ СМЕШЕНИЯ ДВУХ ПОТОКОВ (57) Изобретение относится к технологии смешения турбулентных потоков жидкостей или газов. Способ позволяет повысить эффективность смешения при переменных режимах, конструктивных и технологических отклонениях. Это достигается тем, что в центральный поток одного компонента поперечно nopàþò поток другого. Поперечный поток подают в виде системы попарно соударяющихся струй. При переменных режимах работы изменяют угол между соударяющимися струями. Дополнительно изменяют расстояния между ними в процессе эксплуатации. 1 з.r., ф-лы, 3 ил., 3 табл.
2 и 3 размещены под углом друг к другу. Одна группа сопл, например 2, с помощью цилиндрических шарниров 4 установлена на боковой поверхности канала (фиг.2). Другая группа сопл, например 3, с помощью цилиндрических шарниров 4 соединена с цилиндрической Qg „ обечайкой 5, установленной на корпус(;, Я
1 с воэможностью поворота. На боковои поверхности корпуса 1 и обечайки 5 имеются пазы 6.и 7, в которые входят сопла 3 и 2 соответственно. Пазы 6 и 7 имеют форму овалов, расположенных поперечно относительно корпуса 1, Сопла 2 и 3 соединены с кольцами 8 и 9, установленными с возможностью поворота. Сопла 2 и 3 опоясывают коллектор 10, который сообщается с высоконапорной магистралью 11.
1526789
Пример 1. Готовят смесь двух газов: продукты сгорания и холодный воздух.
Расход продуктов сгорания G, =50 r/с, температура потока Т< =573 К, температура воздуха Т =293 К. Номий нальное соотношение расходов 25>, G т.е. С = ----- = 0,25. Коэффициент
С, +С2
Пуассона газов: продукты сгорания
К,=1,33, воздух К =1,40.
Диаметр проходного сечения корпуса с =50 мм.
Индексы: 1 — сносящий поток, 2 поперечные струи, н - номинальное значение. Необходимо обеспечить максимально возможный диапазон стабильной работы в окрестности номинального значения расходов (вплоть до 0,54) на удалении от сечения ввода струй, равном 0,8 d<, т.е, 0,8 калибра.
Основной поток поступает по осевому каналу корпуса 1. Другой поток (высоконапорный) иэ магистрали 11 поступает в коллектор 10, равномерно распределяется по соплам 2 и 3 и истекает из них в виде систем поперечных попарно-соударяющихся струй, что ведет к достижению в зоне соударения высокой интенсивности турбулентности (до 50 ) и образованию слившихся струй прямого и обратного потоков.
Это способствует повышению эффективности смешения в устройстве.
Увеличение угла соударения струй, достигающегося за счет противоположно-го поворота колец 8 и 9 (кольцо 8 против часовой стрелки), ведет к снижению интенсивности (импульса) прямотока (слившейся струи, направленной в центральную часть потока смеси) и возрастанию интенсивности противотока (слившейся струи, направленной в периферийные слои потока смеси). При небольших углах соударения увеличение о ведет к уменьшению С,„ эа счет преобладающего влияния уменьшения загромождения потока струями ( вследствие их слияния и увеличения . интенсивности радиальных перетеканий.
Уменьшение расстояния между струями, характеризуемого параметрои S, определяет более раннее вдоль траектории и по длине устройства слияние струй, что ведет к повышению интенсив ности радиальных перетеканий и снижению энергетических затрат для приготовления смеси.
В табл.2 приведены значения оптимальных углов соударения струй и расстояния между струями и параметров процесса для конкретных переменных режимов работы.
Поддержание стабильных характеристик возиожно только эа счет изменения угла между струями о, однако при этом несколько возрастает Х и снижается
» параметр качества (при фиксированном
Х >. Кроме того, при больших углах соударения возрастают энергетические затраты для приготовления смеси, В процессе эксплуатации диапазон изменения рабочей точки (настройки) может идти один или несколько раз через очень значительный промежуток
Качество перемешивэния характеризуют параметром качества смешения и максимальной неравномерностью концентратрационного (температурного) поля С (Т), где Π— отношение фактической неравномерности концентрационногo поля к максимально возможной
О=ЬС/5 С Например, для полей пара10 метров с недостатком поперечного коипоне>г>а в центральной части потока
>(>(» к с смеси 8 = -------- где С - средне1С P ср массовое значение.
Результаты сравнительных испытаний приведены в табл.1.
Для предлагаемого и известного способов иаксимальная эффективносlb смешения на расстоянии 0,8 калибра о> сечения ввода струй практически одинакова в номинальной точке (G„=0,25). с Однако при отклонении от С„ по известному способу качество смешения резко снижается, а неравномерность поля на выходе возрастает, при G=0,20 качество смешения наименьшее 8 =0,07, а неравномерность поля смеси наибольшая
h,С=0,180.
Условия реализации предлагаемого
30 (а (» способа:ос„„„, =11"..; 0„„„=25; S„,,„, =1,0;
S„„„=0,35: кс.л >-i:.=;> во сопл 8. Здесь S=
nS
=,уу-, где S - расстояние между соединенными соплами. С „„„ достигают при
Я с(а г ми>(» --м»>н» а Смака "ри макс» мак
Качество смешения поддерживается практически постоянным на одном уровне, т,е. 6 =0,97-0,99 - минимальное каче40 ство перемешивания имеет место при
G=0,30 8 =0,97, ЬС,„,„,=0,04., 2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что изменяют расстояние между соударяющимися струями.
35 Таблица1
Способ Хк C„C„„„g кс g мин Ост Омакс ЬС макс ьвлн
Известный 0 ° 8
Предлагаемый О 8
025 020 099 О 07 0 006 030 0180 09003
О 25 О 30 О 99 О 97 О 100 О 30 О 004 О 002
Табли ца 2
Г Т Т
0)23 0,24 0,25 0,26 0,270 0,28 0,29 0 30
95 112
0,82 1,0
0,98 0,97
0,81 0,79
0,80 0,80
0,62 0,62
0,003 0,004
0,028 0,0032
34
0,47
38 41 45 54 72 86
25 30
oL, град
° с)
0,35 0,42
0,98 0,98
0,56 0,60 0,69
0,84
0,97
0,84
0,80
0,63
0,78
0,98
0,89
0,80
0,65
0,51
0,98
0,65
0,80
0,99
0,43
0,80
0,99
0,84
0,80
0,69
0,99 0,99 Ïð
Хк — )) мин
0,07
0,80
0,21
0,80
0,74
0,004
0,99
0,80
0,68
0,92
0,80
0,67
0,77
0,72 0)70 а Смакс
Пр
))асс
0,003
0,180
0,002
0,069
0)002 0,003 0,002
0,037 0,021 0,003
0) 002
О, 014
0)ОО3 0)002
0,019 0,021
0,125
152 времени. При этом для объектов, используемых в различных условиях (например, на разных нефтепромыслах, отличающихся обводненностью эмульсии), осуществляется своя настройка. Кроме того, объекты за счет допусков на изготовление (отклонение конструктивных параметров), эксплуатируемые в одних и тех же условиях, также имеют автономную настройку, чтобы исключить негативные явления неточности изготовления. Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить "унификацию" объектов, его использующих.
Если в процессе эксплуатации происходит существенное изменение условий (например, при сжигании забаластированного газа) в течение незначительных промежутков времени, перенастройка осуществляется во время процесса смешения.
Пример 2. Среды жидкость жидкость (смесь нефтяного сульфоната, изопропилового спирта, деэмульгатора, бензина и воды), Параметры сред; нефтяной сульфонат =0)954-0,992; P =1О П при 40ОС; бензин1" =0,10-0,73, кинематическая вязкость 0,35; изопропиловый спирт р
=0,785-0,786; р =3,89 П; деэмульгатор
Р=1,05; P =3 П при 40 С. Общий расход
0,035 мз/с.
Соотношение расходов, 4: сульфонат
5-10, спирт 1-1,5, деэмульгатор 162г9 с
1,5; бензин 50-55, вода 35-40. Номинальный режим соотношения сред 5: 1: 1:
:55:38. Условия реализации по известному способу: dl=50 мм, m=2, n=6) t=
4,5, S==1,0; Ы =60 по предлагаемому:
< ) = 50 мм; и = 1; 8; S = 1,0;, o(,=90, где т — количество рядов отверстий, 10 Известный способ не обеспечивает поддержание 17 в заданном диапазоне параметров рабочих сред (Вм"=0,67).
Предлагаемый способ за счет Ы=Чат, — ) - Ы =45; !1О ; S=0,40-1,0 обес15 печивает поддержание 0 ) 0,97.
Формула и з о б р е т е н и я
1. Способ смешения двух потоков, 20 заключающийся в том, что в центральный поток, поступающий по каналу, подают поперечный поток, состоящий из расположенных по периметру попарно соударяющихся струй, о т л и ч а юшийся тем,.что, с целью повышения эффективности процесса при переменных режимах работы, конструктивных и технологических отклонениях, изменяют значение угла между соударяющимися
30 струями.
1526789
OVAL, 7
Buzz
Корректор О.Кравцова
Составитель Т.Круглова
Редактор Н.Рогулич Техред SI.Сердюкова
Заказ 7437/11 Тираж 547 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101
