IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Моделирование процессов смешения жидкостей различных по температурам, вязкости, химическому составу имеет важное значение в понимании процессов тепломассопереноса. Например, одной из задач является определение термоциклических пульсаций. Это нужно для оценки прочности и надежности элементов реакторной установки. Особенно важны для исследований мест приварки главных патрубков и сварные швы обечаек реактора.

В настоящее время стало возможным исследование процессов тепломассообмена с использованием современных вычислительных комплексов и программ. Кроме того можно вести натурные эксперименты, используя современную точную аппаратуру (тепловизионные камеры). Подобие и возможность переноса результатов с модели на натуру является одним из основных вопросов, возникающих при проведении экспериментальных исследований на уменьшенных моделях с водой. Поэтому экспериментальные исследования на стендах с водой дают возможность проанализировать только основные черты теплогидравлических процессов, протекающих в реакторе

Установка для изучения смешения неизотермических потоков представляет собой кювету. Материал двух стенок (передняя и боковая) - прозрачное оргстекло толщиной 12 мм. Другие стенки (боковая и передняя) сделаны из стали (Сталь 3), покрытой черной матовой краской. Это необходимо для исключения влияния отражения от поверхности. Параметры и габаритные размеры показаны на рисунке.

В настоящей работе изучалось температурное поле модели с подводом струи снизу в объем.

Рис.1 Габаритные размеры кюветы для моделирования процесса смешения

Исходные параметры

1. Кювета для визуализации содержит бидистиллированную воду с t₁=49 ⁰C ± 0,1 ⁰С

2. Бидистиллированная вода необходима для исключения влияния примесей.

3. Бак с более холодной жидкостью, содержащий бидистиллированную воду с t₂= 3 ⁰C ± 0,1 ⁰С

4. Кювета заполнена изначально на высоту h= 210 мм.

5. Шланг заполнен. Вода поступает самотеком с высоты H=1 м

6. Диаметр проходного сечения шланга подвода d= 10 мм

7. При подаче сигнала пуск задвижка открывается, и поток холодной воды поступает в кювету. В это время производится съемка тепловизионной камерой, расположенной на расстоянииs= 0,3 м (делается соответствующая поправка на приборе).

8. Производится съемка с интервалом 0.5 сек.

9. Процесс пуска установки повторить 2 раза (в 2 проекциях).

10. Получить итого 2 запуска (по 2 проекции ), 4 пуска смешения потока. При этом термометрами контролировать температуры бака холодной воды и кюветы. Каждый раз производится слив кюветы и заполнение снова на ту же высоту горячей водой.

11. Данные занести в протокол испытания.

12. Полученные термографические изображения отгружаются на персональный компьютер для дальнейшей обработки.

13. Осушить установку.

Протокол измерений

№ опыта	Проекция	Температура воды в кювете, 0С	Температура воды в баке, 0С
1	Сбоку	48,5	2,2
2		47,8	2,5
3	Фронт	49	3,5
4		49,6	3,8

При измерении получены термограммы температурных полей на поверхности кюветы. Этими данными (в первом приближении) можно в дальнейшем оперировать в качестве граничных условий и для сравнения с компьютерным моделированием смешения неизотернических потоков в других моделях. В результате проделанной работы был накоплен большой объем экспериментальных данных.

При обработке термограмм исследовались максимальная, минимальная, средняя температуры по области смешения потоков, а также на линии, проходящей через центр ядра потока. Также были определены границы смешения (координаты вдоль осей х и у потока). Получены соответствующие графики в зависимости от времени смешения. Из графиков видно, что зависимость температур от времени смешения подчиняется экспоненциальному закону, а вот изменение области смешения имеет максимумы, что, скорее всего, связано с неустойчивостью потока. Поэтому задачей на будущее будет являться снижение этой неустойчивости.

Рис.2 График зависимости температуры области смешения от времени

Рис.3 График зависимости длины области смешения и ширины области смешения от времени

Код для цитирования: Скопировать