Кавитация в насосах нефтеперерабатывающих производств. Проблемы и решения. Гидродинамическая кавитация нефти


Гидродинамическая кавитация - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Гидродинамическая кавитация

Cтраница 1

Гидродинамическая кавитация во зхикает в результате местного понижение давления в жидкости, которая может происходить, например, при увеличении скорости жидкости.  [1]

Гидродинамическая кавитация наблюдается в трубопроводах, в гидромониторах и в потоках, обтекающих лопатки центробежных насосов и лопатки гидравлических турбин и гребных винтов.  [2]

Гидродинамическая кавитация позволяет интенсифицировать процесс массопередачи за счет разрушающего действия кумулятивных микропотоков растворителя путем высокоскоростного проникновения их в частицы твердой или жидкой фаз.  [3]

Отсутствие турбулиза-ции и особенно гидродинамической кавитации может приводить к тому, что эффектов даже при значительной магнитной индукции не будет.  [4]

При использовании вышеуказанных способов ( гидродинамическая кавитация и псевдоожижение экстракционной системы) в несколько раз сокращается время экстракции, увеличивается выход целевого продукта. Положительным является и то, что в экстракторах отсутствуют механические перемешивающие устройства, и для реализации процесса можно использовать имеющееся экстракционное оборудование.  [5]

Возникновение МГД и ЭГД-эффектов в области гидродинамической кавитации приводит к увеличению концентрации свободного газа, увеличению критического давления и снижению критических скоростей кавитации.  [6]

Акустическая кавитация в жидкости отличается от обычной гидродинамической кавитации только способом возбуждения. Под кавитацией в жидкости имеется в виду образование в ней полостей разрывов с последующим их схлопыванием. В акустическом поле, где создаются периодические разряжения, кавитация наблюдается при интенсивностях, которые реализуются в зоне акустического воздействия.  [7]

Рассмотрим процессы, приводящие к изменению хода гидродинамической кавитации.  [8]

С другой стороны, важной особенностью процесса гидродинамической кавитации всегда является движение жидкости. Образовавшиеся каверны обычно бывают заполнены паром, и процесс связан с теплообменом, oflHako в случае кавитации вопросы о том, имеется ли в каверне газ или пар, и происходит ли теплообмен, являются второстепенными точно так же, как вопрос о скорости жидкости в только что рассмотренном примере является второстепенным по сравнению с вопросом о парообразовании.  [9]

Изменение направления или сближение линий тока является типичной особенностью процесса гидродинамической кавитации.  [10]

Встречные высокоскоростные потоки раствора, выходящие из насадок 3, приводят к гидродинамической кавитации. Ультразвуковые колебания, создаваемые в кавитирующем растворе, усиливают диспергирование твердых и жидких фаз.  [12]

Полученные выше результаты позволяют считать, что воздействие неоднородными магнитными полями на процессы, протекающие при гидродинамической кавитации, может стать новым эффективным способом магнитогидродинамической активации водных систем.  [13]

В работе [144] ультразвуковой метод используется для определения газосодержания в системе, которая состояла из вязкой жидкости и пузырьков газа, образовавшихся в результате гидродинамической кавитации. Схема экспериментальной установки, на которой проводилось исследование газосодержания при кавитации, представлена на рис. 87, а. Из камеры поток трансформаторного масла через дроссель ( 7) диаметром d2 проходит в трубопровод ( 11), соединенный со сливным баком насосной станции.  [14]

В силу сложности количественной оценки объемных зарядов, возникающих в жидкости, и нестационарности процессов в данной работе проведена только качественная оценка этих явлений при гидродинамической кавитации в неоднородных магнитных полях.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Кавитация в насосах нефтеперерабатывающих производств. Проблемы и решения

Автор: А.И. Швиндин (ООО «Сумский машиностроительный завод»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №3/2015

Номенклатура насосного оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств стран СНГ состоит в основном из центробежных насосов – однои двухступенчатых консольных и многоступенчатых двухопорных с выносными опорами. В их числе есть группа насосов, которые применяются в установках первичной переработки нефти, а также в установках термических и термокаталитических процессов для откачивания тяжелых остатков с низа колонны. Во всех перечисленных технологических процессах тяжелым остатком в колонне являются кипящие мазут или гудрон при температуре 360…380°С. При этом рекомендуемое время пребывания мазута в нижней части атмосферной колонны – 5 мин, гудрона внизу вакуумной колонны – 2…5 мин. Исходя из этих рекомендаций, подбираются параметры специальных, так называемых «печных» насосов, которые должны отбирать эти остатки и направлять их или в печь для дальнейшей переработки, или на коксование в установки замедленного коксования [1]. «Печные» насосы, предназначенные для загрузки печей соляровым дистиллятом, мазутом или гудроном температурой до 400°С и давлением до 6,5 МПа, считаются самыми проблемными в нефтепереработке.

Проблема конструирования горячего насоса высокого давления заключается в решении следующих основных задач:

  • обеспечение полной герметичности вала и разъемов корпусных деталей;
  • обеспечение необходимой прочности и жесткости применяемых конструкционных материалов в условиях высоких температур и давлений, а также их коррозионной и эрозионной стойкости, так как тяжелые остатки богаты сернистыми соединениями и мелкодисперсными абразивными примесями;
  • обеспечение температурных расширений роторных и статорных деталей без расцентровки и заедания ротора в корпусе насоса;
  • обеспечение высокой ремонтопригодности, так как для демонтажа, ремонта и последующего монтажа насоса в установке отводится от двух до четырех суток [2];
  • обеспечение требуемой нормативными документами наработки на отказ и двух-, трехлетнего межремонтного пробега [3].

Обеспечение последнего требования трудно выполнимо, так как насосы, отбирающие тяжелые остатки с низа колонны, работают в предкавитационном или уже в кавитационном режимах. Причиной этому является следующее: эти кипящие остатки находятся под давлением собственных паров, т.е. в состоянии равновесия с давлением паров, поэтому на входе в насос будет только геодезический подпор жидкости в колонне. С учетом возможных потерь во входном трубопроводе и для исключения возможного газообразования в насосе при этих условиях значение геодезического подпора рекомендуется держать в пределах 2,0…2,5 м [2]. Другими словами, эти значения являются кавитационным запасом системы для насоса. Такие значения кавитационного запаса при подачах более 300 м3/ч трудно обеспечить центробежными насосами без специальных мероприятий, и кавитационные явления в какой-то мере всегда присутствуют.

Фундаментальные научные исследования кавитационных явлений в гидромашинах (насосах и гидротурбинах) активно проводились в 50–70-х гг. ХХ века во многих специализированных предприятиях и НИИ бывшего СССР, а также за рубежом. Особое внимание в этих работах уделялось топливным насосам для авиации и космоса, где вопросы кавитации были очень злободневными [4–6].

Было установлено, что характер кавитации зависит от многих факторов, которые зачастую трудно установить.

Существует несколько концепций зарождения и развития кавитации, например, гидродинамическая, термодинамическая, ядерная. И каждая из них как-то обосновывалась и выражалась соответствующими критериями. К концу ХХ века сформировалось общее утверждение, что кавитация является гидродинамическим явлением и зависит как от гидродинамических качеств гидромашины, так и от физических свойств жидкости. Кавитация начинается при падении давления до значения, равного или меньшего упругости пара. Она сопровождается нарушением сплошности потока и образованием пузырьков-каверн, наполненных паром. При попадании каверны в зону повышенного давления пар конденсируется в капельки жидкости, причем конденсация происходит мгновенно. При подобном устремлении массы жидкости с огромным ускорением в смыкающиеся пустоты возникают удары, происходит местное повышение давления в этих точках, достигающее 30 МПа.

Эти удары повторяются десятки тысяч раз в секунду.

В насосе явление кавитации сопровождается шумом, повышенной вибрацией, следствием которой является преждевременный выход из строя торцовых уплотнений и подшипников. Также возможно снижение подачи, напора, мощности и КПД. При длительной работе в кавитационном режиме возможно разрушение поверхностей лопастей рабочего колеса, входного трубопровода, а иногда и стенок отвода.

В результате многих экспериментальных исследований появились объяснения многих кавитационных явлений и процессов, выработаны некоторые рекомендации для практических расчетов и эксплуатации гидромашин.

В частности, кавитационные качества рабочих колес центробежных насосов в 30-х гг. ХХ века проф. С.С. Руднев (НПО «ВНИИГидромаш», Москва) предложил оценивать критерием, названным кавитационным коэффициентом быстроходности Скр, который для практических расчетов приведен к виду

где n – частота вращения, об/мин; Qр – расчетная подача рабочего колеса, м3/ч; Δhкр – критический (3%ный срывной) кавитационный запас рабочего колеса по ГОСТ 6134–2009, м (соответствует NPSHr по ISO 13709:2003/API 610).

Также определились пути и методы устранение вредного воздействия кавитации в центробежных насосах. Они могут быть мероприятиями как относящимися к системе, в которой работает насос, так и конструкторскими решениями в самом насосе. К первым можно отнести увеличение геодезического подпора в колонне и уменьшение гидравлических потерь во входном трубопроводе. Известными конструкторскими решениями являются следующие:

  • уменьшение частоты вращения;
  • уменьшение расчетной подачи за счет применения рабочего колеса двухстороннего входа;
  • специальное проектирование рабочего колеса и профилирование лопасти;
  • установка предвлюченного колеса (шнека) перед рабочим колесом;
  • в многоступенчатых насосах применение рабочего колеса первой ступени двухстороннего входа.

Все перечисленные решения имеют свои преимущества и недостатки. Например, применение шнеков существенно снижает значения критического кавитационного коэффициента быстроходности. Если для рабочего колеса с коэффициентом быстроходности ns = 80…120 коэффициент Скр = 800…1000, то для шнекоцентробежной ступени такой же быстроходности Скр = 2000…2200. Но шнек по своей гидродинамической природе рассчитывается на очень узкий диапазон подач, и поэтому нормальная работа насоса со шнекоцентробежной ступенью во всем рабочем диапазоне подач не обеспечивается. Применение шнекоценробежных ступеней оправдано, например в энергетических насосах – конденсатных и крупных питательных, которые практически весь ресурс работают на расчетных режимах [7]. В нефтепереработке применяемые насосы подбираются на режим максимально возможной (гипотетически) проектной нагрузки установки, и поэтому они длительное время работают на недогруженных режимах (частичная подача). При работе шнекоцентробежной ступени на частичных подачах в каналах шнека возникают так называемые обратные токи – противотоки, которые существенно изменяют картину течения в шнеке вплоть до образования локальных зон с пониженным давлением и, как следствие, с местной кавитацией в каналах шнека [4]. Самым опасным следствием кавитации в шнеке может быть возникновение пульсаций потока и автоколебаний, которые «раскачивают» всю систему, и этот процесс становится неуправляемым. ООО «СМЗ» в своих разработках конструкций нового поколения нефтяных насосов – консольных и двухопорных [8, 9] – применяет шнекоцентробежные ступени, но с ограничением рабочего диапазона подач в рамках, рекомендуемых стандартом API 610.

Снижение частоты вращения является очень эффективным способом уменьшения воздействия кавитации, но этот способ не всегда оправдан, так как для достижения заданного напора необходимо увеличивать как число ступеней, так и диаметр рабочих колес. Такое решение ведет к существенному ухудшению массогабаритных характеристик насоса, поэтому в каждом конкретном случае требуется оптимизация вариантов.

Более оптимальным решением в высоконапорных многоступенчатых насосах является применение в качестве первой ступени рабочего колеса двухстороннего входа.

Отечественным представителем такой конструкции является нефтяной насос НТ 560/335-300 производства ОАО «Волгограднефтемаш» (рис. 1).

Рис. 1. Насос НТ 560/335-300

А самым оптимальным решением для такого случая является комбинация двух предшествующих – снижение частоты вращения и применение двухпоточной первой ступени. Такое решение реализовано, например, в двухкорпусных насосах AD L 8″×4 германской компании RUHR PUMPEN (рис. 2) и «Kirloskar 250/200» индийской компании Kirloskar (рис. 3).

Рис. 2. Насос ADSL 8×4Рис. 3. Насос «Kirloskar 250/200»

Указанные насосы при частоте вращения 1 500 об/мин на подачах 350 м3/ч имеют значения допускаемого кавитационного запаса (Δhдоп, NPSHa) на уровне 2,0 м, что приемлемо для условий «печных» насосов. Усложнение конструкции оправдано обеспечением надежной и долговечной безкавитационной работы.

Следует отметить, что такая конструктивная схема проточной части довольно часто встречается в насосах ведущих компаний мира (рис. 4–6).

Рис. 4. Насос типа HPDM швейцарской компании SULZERРис. 5. Крупный питательный насос типа MBFP компании FLOWSERVEРис. 6. Насос типа WKTA германской компании KSB

В 70-х гг. ХХ века в ОАО «ВНИИАЭН» был создан конденсатный насос КсВ 200-130, в котором реализованы описанные решения и дополнительно применены предвключенные рабочие колеса (рис. 7), что позволило получить значения NPSHa также на уровне 2,0 м.

Рис. 7. Конденсатный насос КсВ 200-130

ООО «СМЗ» для аналогичных условий предложил нефтяной двухкорпусный однопоточный четырехступенчатый с предвключенным колесом (шнеком) насос НДМг 360-350 по типу ВВ5 API 610 (рис. 8), который при частоте вращения 1 500 об/мин на подачах 380 м3/ч имеет допускаемый кавитационный запас (Δhдоп, NPSHa) на уровне 2,5 м.

Рис. 8. Насос НДМг 360-350

Обобщая приведенную информацию, для условий работы высоконапорных печных насосов с подачами 300…600 м3/ч можно дать следующие рекомендации:

  • конструкция насоса должна соответствовать типам ВВ2 или ВВ5 по API 610;
  • при применении в конструкции насоса однопоточной схемы проточной части со шнекоцентробежной первой ступенью должно быть оговорено ограничение рабочего диапазона по подаче: 0,7…1,1Qопт (здесь Qопт – режим максимального КПД).

Более перспективной считается конструкция многоступенчатого насоса с рабочим колесом первой ступени двухстороннего входа.

Список литературы

  1. Справочник нефтепереработчика/Под ред. Ластовкина Г.А., Радченко Е.Д., Рудина М.Г. Л.: Химия, 1986.
  2. Айзенштейн М.Д. Центробежныенасосы для нефтяной промышленности. М.: ГНТИ нефтяной и горно-топливной литературы, 1957.
  3. Микерин Б.И. Проблемы системы ППР и ремонтов по техническомусостоянию//Мат. отрасл. совещ. гл. механиков нефтеперерабатывающих и нефтехимическихпредприятий 17 – 21 ноября 2008. Кириши:2009.
  4. Шапиро А.С. Структура реального течения в центробежных и осевых насосах. М.: МГИУ, 2004.
  5. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетныхдвигателей. М.: Машиностроение, 1986.
  6. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. М.: Машгиз, 1960. 7. Визенков Г., Твердохлеб И., Куценко В., Иванюшин А. и др. Насосы специального и общепромышленного назначения с предвключенными осевыми колесами//Насосы и оборудование. 2008. №3.
  7. Швиндин А.И. Центробежные насосы для нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. М.: ООО «НТЦ при СГМ», 2012.
  8. Насосы центробежные и насосные агрегаты на их основе. Каталог продукции ООО «СМЗ». Сумы: 2008.

chemtech.ru

Снижение вязкости нефти методом гидродинамической кавитации

 На правах рукописи         ЕРШОВ МАКСИМ АНАТОЛЬЕВИЧ     СНИЖЕНИЕ ВЯЗКОСТИ НЕФТИ МЕТОДОМ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ      Специальность 05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий        АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук            Москва 2011 Работа выполнена в федеральном бюджетном государственном образова-тельном  учреждении  высшего  профессионального  образования  «Московский государственный университет инженерной экологии» (ФГБ ОУ ВПО МГУИЭ).    Научный руководитель:  доктор технических наук, профессор Баранов Дмитрий Анатольевич   Официальные оппоненты:  доктор технических наук, профессор      Таран Александр Леонидович       кандидат технических наук       Фросин Сергей Борисович   Ведущая организация:    ОАО «ВНИИнефтемаш», г. Москва     Защита состоится «15» декабря 2011г. в 1600 часов на заседании диссерта-ционного  совета  Д  212.145.01  в  Московском  государственном  университете инженерной экологии (МГУИЭ) по адресу: 105066, Москва, ул. Старая Басман-ная, д. 21/4, аудитория имени Л.А. Костандова (Л-207).  С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государ-ственного университета инженерной экологии.   Автореферат разослан «14» ноября 2011 г.        Ученый секретарь  диссертационного совета, к.т.н.   Трифонов С.А.  ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ  Актуальность темы Важнейшей  составляющей  сырьевой  базы  нефтяной  отрасли  не  только России, но и ряда других нефтедобывающих стран мира являются запасы тяже-лых  и  битумных  нефтей.  По  оценкам  специалистов,  их  мировой  суммарный объем  оценивается  в  810  млрд.  тонн,  что  почти  в  пять  раз  превышает  объем остаточных  извлекаемых  запасов  нефтей  малой  и  средней  вязкости,  составля-ющий лишь 162,3 млрд. тонн. Высокий ресурсный потенциал данного вида углеводородного сырья обу-славливает тот факт, что его разработке нефтяные компании уделяют все боль-шее внимание. К настоящему времени среднегодовой суммарный объем произ-водства таких нефтей в мире приближается к 500 млн. тонн, а накопленная до-быча превышает 14 млрд. тонн. В связи с этим совершенствование технологий добычи тяжелых нефтей приобретает всё большую актуальность. Для  промышленного  освоения  месторождений  высоковязких  нефтей нужны  специальные  технологии  добычи,  транспортировки  и  переработки,  ко-торые учитывают их особенности и не требуют повышенных энергетических и других материальных затрат. По  мнению  отечественных  и  зарубежных  специалистов  наиболее  пер-спективным методом воздействия на нефть является воздействие физическими полями  (магнитными,  ультразвуковыми  (УЗ),  вибрационными  и  др.),  которое приводит  к  разрушению  структур  нефтяных  ассоциатов  и  снижает  вязкость нефти. Использование  упругих  механических  колебаний  в  нефтехимической технологии является весьма перспективным. Во многих случаях оно обеспечи-вает  исключительно  высокую  интенсивность  технологического  процесса,  не достижимую  с  помощью  остальных  методов.  Анализ  исследований  по  приме-нению  кавитации  для  интенсификации  различных  технологических  процессов показывает перспективность этого метода. К категории наиболее действенных приёмов, улучшающих реологические свойства вязких нефтей и нефтепродуктов, следует отнести комплексные мето-ды  воздействия,  например  совмещение  введения  растворителя  или  реагента  и кавитационной  обработки  нефти,  что  позволит  увеличить  получаемый  эффект от каждого способа отдельно. Цель работы Разработка  комплексного  метода  снижения  вязкости  нефти  химическим реагентом и кавитацией и методики его расчёта. Основные задачи исследования   Проведение исследования в лабораторных условиях для определения  за-кономерностей  и  отработки  рациональных  режимов  снижения  вязкости  нефти химическим реагентом и кавитационной обработкой.   Разработка методики технологического расчёта и принципиальной схемы процесса.  1  

dis.podelise.ru

Гидродинамическая кавитация - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Гидродинамическая кавитация

Cтраница 2

III форма кавитации, разрушения входной кромки не происходит; в) частота пульсаций каверны линейно зависит от величин DO, Шк и а, возрастая с их увеличением; г) длина зоны кавитационной эрозии в районе хвоста каверны растет с увеличением / к; характер разрушения - типичный для гидродинамической кавитации.  [16]

В гидродинамических излучателях кавитация наблюдается в виде каверн, представляющих собой компактные массы кавитационных пузырьков, заполняющих всю область вихря. Каверны гидродинамической кавитации менее развиты, они возникают и захлопываются примерно в одном и том же месте потока. Каверны магнитострикционной ( срывной) кавитации более развиты и захлопываются на значительном удалении от места их возникновения.  [17]

На основе анализа и оценки явлений в газовой и жидкой фазе можно придти к заключению, что основным процессом в этих аппаратах является межфазный теплообмен. Принцип работы аппаратов основывается на максимальном использовании развитой гидродинамической кавитации и увеличении скорости массообмена закрученного потока. На рис. 5.8 приведена схема установки для извлечения растворенных газов из жидкости, включающая ВЗУ.  [18]

При возбуждении акустической кавитации часто наблюдаются вспышки люминесценции. В прошлом время от времени появлялись сообщения о люминесценции, сопровождающей гидродинамическую кавитацию; однако в большинстве случаев они оставались неподтвержденными до 1964 г., когда Ярмен [22] зарегистрировал люминесцентное свечение кавитационного потока в трубке Вентури.  [19]

Оценим порог кавитации для проектируемых эмиттеров. По предварительным оценкам наиболее вероятна акустическая кавитация, хотя возможна при некоторых конфигурациях сопла и гидродинамическая кавитация. Порог кавитации характеризуется величиной удельной акустической мощности ( интенсивности) / доп. Порог кавитации повышается с уменьшением длительности излучаемого импульса и увеличением гидростатического давления и частоты излучения.  [21]

Для применения многокомпонентных кавитационных струйных течений необходим метод расчета термогазодинамических процессов, с помощью которого рассчитываются основные параметры таких процессов в любой точке многокомпонентного кавита-ционного струйного течения. Метод расчета разработан на основе следующей модели гидродинамической кавитации в сопле Вентури, процессов эжекции и тепломассообмена в струйном течении с потенциальным ядром кавитирующей жидкости, истекающей из сопла.  [22]

Воздействие неоднородных магнитных полей должно изменить протекание необратимых физико-химических явлений и в первую очередь гетерогенных процессов в областях II и III. Возникновение турбулентной диффузии увеличивает на много порядков скорость доставки газа из объема жидкости к поверхности микропузырьков. Эффект локальных дегидратаций ионов и частиц обусловливает интенсификацию процессов микрокристаллизации. В проточных средах вследствие высокоэнергетических реакций могут образовываться свободные радикалы, атомарный кислород, перекиси, азотистые соединения, происходит коагуляция, в жидкость попадают продукты эрозионного разрушения. При гидродинамической кавитации большой размер развивающихся пузырьков и каверн ( до единиц - десятков мм) затрудняет их унос жидкостью из зоны пониженных давлений в область больших давлений, где происходит коллапсирова-ние пузырьков. При коллапсе пузырьков малого размера ( порядка 10 - 100 мкм) при малом содержании воздуха в них идет интенсивная химическая реакция, аналогичная плазменному разряду. Наличие неоднородных магнитных полей приводит к повышению неустойчивости каверн [143], их распаду и созданию в области II системы мелкомасштабных вихрей и пузырьков. Интенсивное вих-реобразование в пограничных слоях ( см. рис. 2.17) способствует уносу пузырьков газа в область III, в связи с чем функции химического реактора несут области II и III. Так как в центре вихрей давление понижено, вихри как бы консервируют газовые пузырьки малого размера.  [23]

Кавитация - явление, характерное только для жидкостей. Она играет значительную роль во всех тех течениях жидкости, где возможно возникновение отрицательных давлений. Поскольку такие течения не обязательно связаны со звуковым полем, в настоящее время есть тенденция выделить из общего понятия кавитации звуковую ( или ультразвуковую) кавптацию. Нас в этом разделе будет интересовать только звуковая ( или ультразвуковая) кавитация, отличающаяся от обычной гидродинамической кавитации, пожалуй, только способом возбуждения.  [24]

Воздействие неоднородных магнитных полей должно изменить протекание необратимых физико-химических явлений и в первую очередь гетерогенных процессов в областях II и III. Возникновение турбулентной диффузии увеличивает на много порядков скорость доставки газа из объема жидкости к поверхности микропузырьков. Эффект локальных дегидратаций ионов и частиц обусловливает интенсификацию процессов микрокристаллизации. В проточных средах вследствие высокоэнергетических реакций могут образовываться свободные радикалы, атомарный кислород, перекиси, азотистые соединения, происходит коагуляция, в жидкость попадают продукты эрозионного разрушения. При гидродинамической кавитации большой размер развивающихся пузырьков и каверн ( до единиц - десятков мм) затрудняет их унос жидкостью из зоны пониженных давлений в область больших давлений, где происходит коллапсирова-ние пузырьков. При коллапсе пузырьков малого размера ( порядка 10 - 100 мкм) при малом содержании воздуха в них идет интенсивная химическая реакция, аналогичная плазменному разряду. Наличие неоднородных магнитных полей приводит к повышению неустойчивости каверн [143], их распаду и созданию в области II системы мелкомасштабных вихрей и пузырьков. Интенсивное вих-реобразование в пограничных слоях ( см. рис. 2.17) способствует уносу пузырьков газа в область III, в связи с чем функции химического реактора несут области II и III. Так как в центре вихрей давление понижено, вихри как бы консервируют газовые пузырьки малого размера. По-видимому, в неоднородных магнитных полях изменяется характер гидродинамической кавитации, что приближает ее к акустической.  [25]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

ВЛИЯНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ТРАНСПОРТАБЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ВЯЗКИХ НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ

УДК Ахметкалиев Р.Б., Насибуллин Б.

УДК 622.691 Ахметкалиев Р.Б., Насибуллин Б. Исследование возможностей управления физико-химическими свойствами нефтей для технологических операций нефтедобычи Проведено исследование влияние дисперсного

Подробнее

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ Для изучения процессов, происходящих в капельных жидкостях и газах необходимо знать распределение скоростей в каналах. Английским физиком Осборном

Подробнее

ΔТ = ΔР = Р к Р с, (2)

УДК 622.276.6 АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В ЗОНЕ ПРОДУКТОВОГО ПЛАСТА С.Г. Конесев, П.А. Хлюпин, Е.А. Безряднова (Уфимский государственный нефтяной технический

Подробнее

Схемы включения питательных насосов

Подвод пара Подвод ОК Схемы включения питательных насосов 1 Одноподъемная схема 2 4 3 1 котел; 2 ПВД; 3 деаэратор; 4 питательный насос Схемы включения питательных насосов Достоинства: простота и компактность

Подробнее

1. Введение. 2. Процедура экзамена

1. Введение Целью экзамена является выявить готовность претендента к освоению учебного плана аспирантской подготовки и его способность оперировать базовыми понятиями и закономерностями дисциплины при самостоятельной

Подробнее

РП ПО ФИЗИКЕ 10 класс

РП ПО ФИЗИКЕ 10 класс 1. Пояснительная записка Рабочая программа по физике для 10 класса составлена в соответствии с требованиями Федерального компонента государственного стандарта общего образования,

Подробнее

3. Элементы теории размерности

Лекция 4 3. Элементы теории размерности 3.1 П-теорема Понятие размерности физической величины тесно связано с процессом измерения, в котором физическую величину сравнивают с некоторым ее эталоном (единица

Подробнее

Тема 7 Первое начало термодинамики

Тема 7 Первое начало термодинамики 1. Формулировка первого начала термодинамики 2. Теплоёмкость. 3. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам 1. Формулировка первого начала термодинамики На

Подробнее

4-3 ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ

1 Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра

Подробнее

2.1 Краткая теория вопроса

Стр. 1 из 6 29.11.2012 19:49 Главная Введение Учебное пособие пособие к практ.занятиям 1. Методические указания к выполнению лабораторных работ 2. Лабораторная работа 1. Исследование прямолинейно-параллельного

Подробнее

2. Основные результаты по проекту

Информация о проекте, выполняемом в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 2020 годы» Номер Соглашения о предоставлении

Подробнее

На единице поверхности имеется. 12h0

Лекция 18. ОСНОВЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ Структурообразование в дисперсных системах Контакты между частицами: Коагуляционные (в первичном и вторичном минимуме) и фазовые контакты (как в поликристаллах).

Подробнее

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по дисциплине

Балаковский инженерно-технологический институт филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный

Подробнее

2013 New Green Technology, LLC

2013 New Green Technology, LLC 1 Низкотемпературный («холодный») крекинг Холодный крекинг Это процесс трансформации высших углеводородов в светлые нефтепродукты при температурах до 350 о С О с н о в н

Подробнее

учебный год

АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ «ШКОЛА СОСНЫ» УТВЕРЖДАЮ Директор И.П. Гурьянкина Приказ 8 от «29» августа 2017 г. Рабочая программа по предмету «Физика» 10 класс Среднее общее

Подробнее

В.В. Тыкоцкий ФИЗИКА: ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОСТАТИКИ

Библиотека учителя физики, слушателя курсов довузовской подготовки и абитуриента: ФИЗИКА 1 В.В. Тыкоцкий ФИЗИКА: ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОСТАТИКИ Учебно-методическое пособие Учебное издание кафедры довузовской подготовки

Подробнее

Пояснительная записка

Пояснительная записка Рабочая программа разработана на основе Федеральной примерной программы и примерной программы среднего общего образования Физика 10-11 кл. Авторы Л.Э. Генденштейн, Ю.И.Дик, Л.А.Кирик.

Подробнее

Пластическая деформация кристаллов

Пластическая деформация кристаллов Пластические деформации сохраняются в теле после прекращения действия внешних сил. Под действием касательных (сдвиговых) напряжений возникают два типа процессов, приводящих

Подробнее

docplayer.ru

Гидродинамическая кавитация

Возникает в тех участках потока, где давление понижается до некоторого критического значения. Присутствующие в жидкости пузырьки газа или пара, двигаясь с потоком жидкости и попадая в облать давления меньше критического, приобретает способность к неограниченному росту. После перехода в зону пониженного давления рост прекращается и пузырьки начинают уменьшаться. Если пузырьки содержат достаточно много газа, то при достижении ими минимального радиуса, они восстанавливаются и совершают несколько циклов затухающих колебаний, а если мало, то пузырек схлопывается полностью в первом цикле. Таким образом, вблизи обтекаемого тела создается кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом, тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырек. Если степень развития кавитации такова, что возникает и захлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается сильным шумом со сплошным спетром от несколько сотен герц до сотен кгц. Спектр расширяется в область низких частот по мере увеличения максимального радиуса пузырьков.

Если бы жидкость была идиально однороной, а поверхность твердого тела, с которым она граничит идеально смачисваемой, то разрыв происходил бы при давлении более низком, чем давление насыщенного паражидкости, при котором жидкость становится нестабильной. Теоретическая прочность воды на разрыв равна 1500 кг/см. реальные жидкости менее прочны. Максимальная прочность на разрыв тщательно очищенной воды, достигнутая при растяжении воды при 10 град. составляет 260 кг/см. Обычно же разрыв наступает при давлениях, насыщенного пара. низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так называемых кавитационных зародышей - плохо смачиваемых участков твердого тела, твердых частиц, частиц, заполненных газом микроскопических газовы предохраняемых от растворения мономолекулярными органическими оболочками, ионных образований, возникающих под действием космических лучей.

Увеличение скорости потока после начала кавитаци влечет за собой быстрое возрастание числа развивающихся пузырьков, вслед за чем происходит их обьединение в общую кавитациверну и течение переходит в струйное.

Для плохо обтекаемых тел, обладающих острыми кромками, формирование струйного вида кавитации происходит очень быстро. наличие кавитации неблагоприятно сказывается на работе гидравлических машин, турбин, насосов, судовых гребных винтов и заставляет принимать меры к избежанию кавитации. Если это оказывается невозможным, то в некоторых случаях полезно усилить развитие кавитации, создать так называемый режим "суеркавитации", отличающийся струйным характером обтекания и применив специальное профилирование лопастей, обеспечить благоприятные условия работы механизмов. Замыкание кавитационных пузырьков вблизи поверхности обтекаемого тела часто приводит к разрушению поверхности,- так называемой кавитационной эрозии. Чтобы избежать захлопывание кавитационных пузырьков, надо подать в область пониженного давления какой-нибудь газ, например воздух.

Так сделали специалисты Гидропроекта. Они построили на водосбросе Нурекской плотины в области максимальной кавитации искуственный трамплин, создав тем самым большую зону пониженного давления, которую соединили с атмосферой. Теперь кавитация засасывала воздух из атмосферы и сама себя разрушила.

Очень часто используют происходящие при кавитации разрушения для ускорения различных технологических процессов.

А.с. N 443663: Способ приготовления грубых кормов, включающий обработку их раствором щелочи, отличающийся тем, что с целью размягчения и ускорения влагонасыщения корма, обработку его осуществляют в кавитационном режиме.

4.8.2. Акустическая кавитация. Это образование и захлопывание полостей и жидкости под воздействием звука. Полости образуются в результате разрыва жидкости во время полупериодов сжатия. Полости заполнены в основном насыщенным паром данной жидкости, поэтому процесс иногда называется паровой кавитацией в отличие от газовой кавитацииинтенсивных нелинейных колебаний газовых (обычно воздушных) пузырьков в звуковом поле, существовавших в жидкости до включения звука. Если газовая кавитация может протекать с большей или меньшей интенсивностью при любых значениях амплитуды давления звуковой волны, то паровая лишь при достижении некоторого критического значения амплитуды давления, так называемого кавитационного порога. Величина этого порога - от давлениянасыщенного пара жидкости до нескольких десятков и даже сотен атмосфер (в зависимости от содержания в жидкости зародышей). Эксперементально установлено, что величина порога завист от многих факторов. Порог повышается с ростом гидростатического давления, после обжатия жидкости высоким (порядка 1000 атм.) статистическим давлением,при обезгаживании и охлаждении жидкости, с ростом частоты звука и с уменьшением продолжительности озвучивания. Порог выше для бегущей, чем для стоячей воды.

При захлопывании сферической полости давление в ней резко возрастает, как при взрыве, что приводит к излучению импульса сжатия. Давление при захлопывании особенно велико при кавитации на низких частотах в обезгаженной жидкости с малым давлен насыщенного пара. Если увеличить содержание газа в жидкости, то диффузия газа в полости усилится, захлопывание полостей станет неполным и подьем давления при захлопывании - небольшим. При содержании газа в жидкости выше 50% от насыщения возникает кавитационное обезгаживание жидкости - образование и всплывание газовых пузырьков и вырождение паровой кавитации в газовую. Если образовавшиеся паровые пузырьки колеблются вблизи границы с твердым телом, около них возникают интенсивные микропотоки. Появление кавитации ограничивает дальнейшее повышение интенсивности звука, излучаемого в жидкости, что влечет за собой снижение нагрузки на излучатель.

Акустическая кавитация вызывает ряд эффектов. часть из них, например, разрушение и диспергирование твердых тел, эмульгирование жидкостей, очистка - обязаны своим происхождением ударам при захлопывании полостей и микропотокам вблизи пузырьков. Другие эффекты (например, вызывает и ускоряет химические реакции) связаны с ионизацией при образовании полостей. Благодаря этим эффектам акустическая кавитация находит все более широкое применение для создания новых и совершенствования известных технологических процессов. Большинство практических применений ультразвука основано на эффекте кавитации.

В А.с. 200981 описывается установка, использующая в своей работе явление кавитации. Назначение установки - снятие заусенцев с деталей самой различной формы. Деталь помещается в жидкость под высоким давлением, насыщенную мельчайшими абразивными частицами. При возбуждении в жидкости интенсивной акустической кавитации заусеницы отделяются от деталей; вдобавок деталь очищается от стружки и масла не только на открытых поверхностях, но и глубоких отверстиях.

А.с. 285394: Способ создания кавитации в жидкости путем возбуждения непрерывных колебаний звуковой или ультразвуковой частоты, отличающийся тем, что с целью поваышения эрозионной активности жидкости возбуждают в полупериод сжатия дополнительный пиковый импульс сжатия, соответствующий по времени концу фазы расширения или началу фазы захлопывания кавитационных полостей.

А.с. 409569: Способ детектирования радиоактивных излучений по их воздействию на протекание акустической кавитации в жидкотях, отличающийся тем, что с целью увеличения надежности детектирования, в кавитирующее акустическое поле помещают тест-образец, определяют степень его эрозии, по изменению которой судят об интенсивности радиоактивного излучения.

А.с. 446757: Способ получения теплофизической метки, например, для измерения расхода путем воздействия излучением на исследуемый поток, отличающийся тем, что с целью расширения диапазона измеряемых сред, воздействуют на контролируемый поток ультразвуковым полем с интенсивностью выше порога кавитации, фокусируют звуковые волны в локальную область, создают кратковременный процесс кавитации и получают теплофизическую неоднородность за счет продуктов кавитации.

4.8.3. Сонолюминисценция. В момент захлопывания кавитационного пузырька наблюдается его слабое свечение, причиной этого явления является нагревание газа в пузырьке, обусловленное высокими давлениями при его схлопывании. Вспышка может длиться от 1/20 до 1/1000 сек. Интенсивность света зависит от колличесва газа в пузырьке: если газ в пузыорьке отсутствует, то свечение не возникает. Световое излучения пузырька очень слабо и становится видимым при усилении или в полной темноте.

4.7.1. Электро - гидравлический удар. Волну сжатия в жидкости можно вызвать также мощным импульсным электрическим разрядом между электродами, помещенными в жидкость (электрогидравлический эффект Юткина). Чем круче фронт электрического импульса, чем менее сжатая жидкость, тем выше давление в ударе и тем "бризантнее" электрогидравлический . Электрогидравлический удар применяется при холодной обработке металлов, приразрушении горных пород, для диамульсации жидкостей, интенсификации химических реакций и т.д.

Патент США N 3566447: Формирование пластических тел при помощи гидравлического удара высокой энергии. Патентуется гидраввлическая система в которой столб жидкости, находящийся в баке гидропушки, напрвляется на заготовку. Для проведения жидкости в движение в указанном столбе жидкости производят электрический разряд, в результате чего генерируется направленная на заготовку волна, которая в сочетании с собственным высоким давлением жидкости осуществляет деформацию заготовки. Скорость струи напрвляемой на заготовку, составляет от 100 до 10000 м/с.

В США эффект Юткина применяют для очистки электродов от налипшего на них при электролизе металлов, а в Польше - для упрочения стальных колец турбогенераторов. При этом стоимость операций, как правило, снижается.

А.с. N 117562: Способ получения коллоидов металлов и устройство для осуществления при применении высокого напряжения за счет электрогидравлического удара между микрочастицами материала, диспергированного в жидкости.

Ударная волна возникающая в воде при быстром испарении металлических стержней электрическим током (см. ниже А.с. N 129945) вполне пригодна для разрушения валунов и других крепких материалов, для разбивки бетонных фундаментов, зачистки окальных оснований гидротехнических сооружений и других работ связанных с разрушением. Приведенные примеры иллюстрируют применение эффекта. Ниже даны примеры того, каким способом можно получить или усилить электрогидравлический удар.

В японском патенте N 13120 (1965) описан способ электрогидравлической формовки ртутно-серебрянными электродами. При парименении таких электродов сила ударной волны в воде возрастает, так как к давлению плотной плазмы, образующейся в канале разряда прибавляется давление паров ртути. Применение этого способа позволяет заметно уменьшить емкость конденсаторной батареи.

А.с. N 119074: Устройство для получения свервысоких гидравлических давлений предназначенное для осуществления способа по А.с. N 105011, выполненное ввиде цилиндрической камеры, сообщенной одним концом с трубопроводом, подающим жидкость, а другим - с ресивером, отличающееся тем, что с целью создания электрогидравлических степеней сжатия применены искровые промежутки, располагаемы по длине камеры на определенном расстоянии друг от друга.

А.с. N 129945: Способ получения высоких и сверхвысоких давлений для создания электрогидравлических ударов, отличающийся тем, что высокие и сверхвысокие давления в жидкости получают путем испарения в ней действием эмульсного заряда токопроводящих элементов в виде проволоки, ленты или трубки, замыкающих электроды.

Дата добавления: 2015-08-18; просмотров: 448 | Нарушение авторских прав

mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.007 сек.)

mybiblioteka.su

ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ КАВИТАЦИЯ — LENR.SU

Это анонс статьи  А.А.Гришаева, где он пытается раскрыть вопросы создания устройств на основании процесса гидродинамической кавитации.  Автор настаивает на сверхединичности данных процессов,а также вносит коррективы в описание процесса кавитации.

О МЕХАНИЗМЕ НАГРЕВА ВОДЫ ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ

А.А.Гришаев,  независимый исследователь

Введение.

Гидродинамическая кавитация используется для эффективного нагрева воды в теплогенераторах, которые в настоящее время производит ряд фирм [3-7]. По сравнению с устройствами прямого электронагрева, у кавитационных теплогенераторов отношение полезной тепловой мощности к мощности, потребляемой из электрической сети, может быть в разы больше, и оно может даже превышать единицу. Эта «сверх-единичность» не укладывается в догмы академической науки, поэтому официальное объяснение для механизма кавитационного нагрева отсутствует. Таким положением дел стимулируется спекулятивный подход к проблеме, при котором, для «объяснения» аномального тепловыделения при кавитации, бездоказательно апеллируют к «энергии физического вакуума», или к «энергии мирового эфира», или к «торсионным полям», или к ядерным реакциям в кавитационных пузырьках.

Между тем, нам удалось построить для кавитационного нагрева простую модель, в которой не используются экзотические гипотезы. При этом естественным оказывается обоснование возможности «сверх-единичных» режимов, которые, в данном случае, ничуть не противоречат закону сохранения энергии.

Отправным пунктом нашей модели является пересмотр представлений о содержимом того, что называется «кавитационным пузырьком».

Традиционные представления о кавитационном пузырьке.

Согласно традиционным представлениям, при быстром локальном понижении давления в жидкости – до величины давления насыщенного пара при имеющейся температуре – в жидкости образуется локальный разрыв сплошности. Его зародышами считаются места ослабления сцепки молекул жидкости – из-за посторонних включений, в частности, молекул растворённых веществ. Что касается содержимого образовавшейся полости в жидкости, то некоторые авторы считают, что внутри полости имеется полный (или почти полный) вакуум, но большинство авторов сходятся на том, что полость заполнена насыщенным паром (плюс, как незначительное добавление, газами, успевшими испариться внутрь полости через её границу). Так или иначе, но, согласно традиционному подходу, давление внутри кавитационного пузырька на стадии его образования никак не может превышать давления насыщенного пара.

И вот, нас пытаются убедить в том, что эти эфемерные пузырьки, переходя из области пониженного давления в жидкости, при котором они образовались, в область «нормального» давления, испытывают т.н. «схлопывание», которое способно продуцировать аномальное тепловыделение и сокрушительные механические эффекты – кавитационную эрозию.

Феномен этого «схлопывания» выглядит непостижимым чудом с позиций традиционного подхода. Для объяснения механических и тепловых эффектов, порождаемых схлопыванием пузырьков с насыщенным паром, разные авторы утверждают, что в схлопывающихся пузырьках достигаются чудовищные давления и температуры. Так, автор [8] говорит о цифрах «100 МПа и 1000оС». Поскольку 1 атмосфера – это примерно 105 Па, то речь идёт о 103 атм и 1000оС. Но это далеко не предел. Автор [9] пишет: «При схлопывании внутри пузырька создаются большие давления до 109 Па, в пузырьке происходит разогрев парогазовой смеси до 8000…12000 К» — т.е., речь уже про 104 атмосфер. В работе же [10], где дан великолепный обзор трудов по данному вопросу, цитируется следующее: «в конечной стадии захлопывания возникают высокие температуры до 10000 градусов Кельвина» и давления «до 107 атм».

Откуда, физически, взяться таким запредельным значениям? Если некоторый объём насыщенного пара, плотность которого на 5 порядков меньше плотности жидкости, сжать до плотности жидкости, то, теоретически, давление в нём можно поднять до десятков тысяч атмосфер. Но, для этого, внешнее сжимающее давление должно составлять те же десятки тысяч атмосфер – а, между тем, схлопывание кавитационных пузырьков успешно происходит в обычной жидкости, давление в которой составляет одну (!) атмосферу. Что же касается температур в десяток тысяч градусов, то как можно серьёзно говорить о таких цифрах? – ведь ещё в первой половине ХХ века были проведены изящные опыты по индикации температур, достигаемых в кавитирующей воде! Маринеско [11] использовал воду с подмешанным к ней мелкодисперсным несмачиваемым порошком того или иного взрывчатого вещества. Температура вспышки для каждого из этих веществ была хорошо известна. Если кавитация сопровождалась вспышками крупиц порошка, то это означало, что достигалась температура вспышки для данного вещества. При исходной температуре воды в 20оС, наблюдались вспышки у гремучего серебра и у порошков типа бертолетовой соли на основе пероксидов и перхлоратов, но не наблюдались вспышки у взрывчатых веществ с нитрогруппами. Маринеско сделал вывод, о том, что температура в кавитационных пузырьках не превышала 234оС [11].

Как невелика эта цифра по сравнению с десятком тысяч градусов, который требуется теоретикам! Похоже, в рамках традиционных подходов мы не получаем даже элементарного понимания феномена кавитации.

Не кавитационный пузырёк, а кавитационный агрегат молекул.

lenr.su