Способ определения поверхности контакта фаз в подвижных газожидкостных структурах

 

on и-с-Ание

ИЗОБРЕТЕН ИЯ " 5l0668

Союз Советских

:оциалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.04.74 (21) 2018930, 26-25 (51) М.Кл.- G 01N 27/02 с присоединением заявки М—

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изооретении и открытий (23) Приоритет 12.02.73

Оп1блнковано15.04.76. Бюллетень ¹ 14 (53) УДК 543,257.308 (088.8) Дата опубликования описания 13.01.77 (72) Авторы изобретения

P. В. Березин, Э. Я. Тарат и A. Ф. Туболкин

Ленинградский ордена Трудового Красного знамени технологический институт им. Ленсовета (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ КОНТАКТА ФАЗ

В ПОДВИЖНЫХ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СТРУКТУРАХ

Предлагаемый способ относится к област.r физикохимических исследований и может найти применение (в лабораторных и промышленных условиях) при измерениях поверхности контакта фаз в подвижных газожидкостных структурах, образующихся при взаимодействии жидкости и газа, например, в пенных, барботажных и других аппаратах.

Известен электрический способ объемной гранулометрии (например, счетчик Коултера).

Подвижная газожидкостная структура характеризуется сложной случайной и быстро изменяющейся гидродинамической обстановкой и представляет собой вихревые потоки хорошо перемешанных пузырьков, струй газа и пленок жидкости.

Такая структура нс может быть отобрана для анализа в каком-либо приборе вне ее, так как она не может существовать вне реальной гидродинамической среды.

Известен способ определения поверхности контакта фаз в подвижных газожидкостных структурах.

Известный способ основан на математической теории метода случайных секущих, когорая утверждает, что если в некоторую абстрактную структуру поместить ряд геометрических отрезков (секущих), которые беспрепятственно и случайно пересекут ее, а затем подсчитать количество пересечений этих секущих с граничными повсрхпостямп структуры, то поверхность контакта фаз можно вычислить по формуле

5 где а — поверхность контакта фаз;

n — кол пчсство пересечени11 секущей с

10 границей раздела фаз;

l — общая длина секущих, помещенных в структуру.

Плоскую структуру пересекают случайнымп секущими, в качестве которых используют, например, сетку. помещенную в поле зрения микроскопа, причем факты пересечения секущих с поверхпость1о контакта фаз определяют визуально.

Недостатками известного способа являют20 ся трудоемкость и длительность процесса измерения; для того, чтобы по фотографиям или шлпфам структуры судить о ее пространственном строении, необходим анализ большого количества заранее изготовленных таких фотографий или шлпфов, что, практически, исключает применение известного способа в промышленны., устовиях.

С целью ускорения процссса измерения и уменьшения трудоемкости по предлагаемому

3Q cIIocoG> В Газожндкостну10 структурl ВВодят

510668 два (0 !(- чных H OTIOP ftr ltt э, l(етРО(!!>1, 1) Bcc l а (5Л 5110 Т Т О С 11 Ы С Э 1 (. Е 1 Р О Д Ы I l 3 Р; l С С 1 0 Я Н П (., 11 C превышающее величины минимального размера газовых включений, и периодически через

10 — 12 мкс сравнивают элсктропроводносгп между каждым из точс шых и опорным электродами, à поверхность контакта фаз вычисля!от по формуле

2и а =

r где ги — количество фактов псравспств э,!01TpoIIpoBoQIIocTcII мсжду кгlждым из точечных H опорным электродами; — количество произведенных сравнений;

1 — расстояние между электродами, при этом считают общее количество таких сравнений и количество фактов неравенств электропроводностей и по этим данным вычисляют поверхность контакта фаз.

Для осуществления измерения поверхности контакта фаз подвижной газожидкостной структуры в цсе вводят два точечных элекгрода 1 (рис. 1), две тонкие проволоки дпамсгром 0,15 мм, электрические изолировгпшыс и оголенные только на торцах, ввсдс Иых в Нсследуемую структуру, и один псизолироваппый опорный электрод 2 «земля». 1>ассто5!и tc между точечными электродами прн (пмают за секущую (фигурирующую в теории метода случайных секущих), которая может случайно в процессе хаотического движения газожидкостной структуры оказаться па перессчен:!11 контакта фаз или вне такового, при этом точечныс электроды расставляют так, что pBñстояние между их торцами составляет нс более самых малых газовых включений, учигывать которые необходимо, в противном случае возможна такая ситуация, когда в момент определения факта пересечения секущей с поверхностью контакта фаз газовое включение окажется между точечными электродами и несмотря на пересечение сскущс(! с пов рхностью контакта фаз он ltc будет 33pcl rrcтрирован.

Применительно к пенному слою это р3сстоя(ше берут, например, равным 1 мм.

Так как газовая фаза находится в хаотическом движении, то секущая свободно перемещается относительно исследуемой структуры.

При этом, если один из точечных электродов находится в какой-то случайный моме IT времени в жидкой фазе, 3 другой — в газовой, то между точечными электродамп проход IT граница раздела фаз (секущая пересекает границу раздела фаз), ели >ке оба точечных электрода находятся в жидкости или газе, то такого пересечения нет. Электропроводпость между точечным электродом, находящимся в жидкости, и опорным электродом резко 0T;IHчается от электропроводности между точечным электродом, находящимся в то же время в газовой фазе, и тем >ке опорным электродом, (2) Форму 13 изобрстснпя

Способ определения поверхности контакта фаз в подвижных газожидкостных структурах, заключающийся в измерении электропроводности между измерительными и опорным элеки> тродами, помещенными в газожидкостную структуру, от,гичагoцийся тем, что, с целью ускорения процесса измерения и уменьшения трудоемкости, периодически через 10 — 15 мкс измеряют электропроводность между каждым

1;-, из точечных и опорным электродами, а поТ;1кпм об!5(13(эм, Но разносгп элсктропроводпОстс1! хг ежду каждым из точечных электродов и опорным можно судить î том, находится ли гра1пща раздела фаз между электродами п,tH нет. Для этого точечные электроды через предварительные электронные усилители 3 и 4, увеличивающие чувствительности измерений, подключают к сравнительному электронному блоку 5, формирующему элекI(! тричсский сигнал (+5) при наличии разности электропроводностей между каждым из точечных и опорным электродами.

Для фиксации факта пересечения секущей с межфазпой поверхностью в случайном поло)5 женин относительно исследуемой структуры, а также искгпочения в момент такой фиксации перемещения газовых включений относительно электродов при помощи электронного коммутатора 6 электронный счетчик 7 импульсов, 20 рсгистрируюгций и считающий электрические импульсы, сформироваш!ые сравнительным олоком 5, периодически подключают к нему

IIB очень короткий проме>куток времени. Для пенного слоя это время равно 10 — 12 мкс.

В такой короткий промежуток газовые в к, t to rclr H51 oc r BIOòñÿ практически неподвижIlIlllIi относительно электродов. Так, при макспмалшюй скорости перемещения газового факела в пенном слое, равном 5 мlс, за 10мкс зо orr перемещается всего лишь на 0,05 мм, что равноценно статическому состоянию. В Hñð!lод подк.почснного состояния счетчика 7 HMпульсов к сравнительному блоку 5 с помощьго счетчика (j>rr«CHpyroT факт нахождения гранпЗ5 цы раздела фаз между электродами (если таковой есть) и суммируют его с другими факTB МИ.

Электронный счетчик 8 производит счет общего количества подключений, произведенных

40 за период измерения.

Затем заменяют в формуле (1) количество подсчитанных пересечений 12 количеством фактов обнару>ксппых неравенств электропроводllocT(. ме>кду каждым из точечных и опорным д электродами 122, общую длину секущих l произведением количества произведенных сравнений z на расстояние между электродами L, М.

Удельную поверхность контакта фаз выH l l c l 51 I o T I I o ф 0 11 м У . I (.

50 2Я(1 а— г I. Il

510668

Составитель М, Кривенко

Техред Т. Лященко

Корректор Л, Котова

Редактор Т. Янова

Заказ № 5191 Изд. № 1314 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

МОТ, Загорский филиал

5 верхность контакта фаз вычисляют по формуле

2т а= з ° где т — количество фактов неравенств электропроводностсй между каждым из точечных и опорным электродами;

z — количество произведенных сравнений;

I — расстояние между электродами.