Исследование воздействия электрического поля на структуру дисперсных потоков методом лазерной доплеровской анемометрии тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА ИМ. И. М. ГУБКИНА

На правах рукописи

МИ1ШИН АНАТОЛИЙ ИВАНОВИЧ

УДК 532.529.05-535.8

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА СТРУКТУРУ ДИСПЕРСНЫХ ПОТОКОВ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ ДОПЛЕРОВСКОЙ АНЕМОМЕТРИИ

Специальность 01.02.05 "Механика жидкости, газа и плазмы"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Государственной Акадекк: нейти п газ; га. К. {.!. Губкина

Научные руководители

Официальные оппоненты

Ведущая организация

- доктор технических наук, профессор Розехберг Г.Д., кандидат технических наук с.н.с. Райский Ю. Д.

- доктор йизихо-математичзс ких наук,профессор Ватааи А. Б., кандидат технически наук, с.н.с. Юдин И.К.

- Институт проблем механики АН СССР СИПМ АН СССР)

Защита диссертации состоится " (0 "Я 1991 го,п в / 5~ часов О О минут на заседании Специализированного Совета Д. 053.27.12 в Государственной ордена Октябрьской Революции ордена Трудового Красного Знамени Академии им. И. М. Губкина п адресу: 117917 Москва В-296 Ленинский проспект,65 в ауд. 60& С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии. Автореферат разослан " 5~ " КО (Г 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета к. т. н., с. н. с.

Ю. Д. Райский

- о -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАГОШ

Актуальность проблемы. - Большинство основных -технологических

[роцессов добычи, транспорта и переработки нефти и газа тесно ¡вязаны с движение^- дисперсных потоков в технологическом >борудовании. Значительная доля таких потоков состоит та двух заз, одна из которых является сплошной, а другая раздроблена и «определена в первой. К числу таких процессов можно отнести: . ■ранспорт газа в газопроводах и очистительных-.сооружениях,: : 'азлифтнкй способ подъема нефти в скшжине, движение юдонефтяных эмульсий в трубопроводах и деэмульгаторах, процессы рспергирования нефти и газового конденсата при их вытеснении из гористой среды и т. д. Сюда же относятся проблемы повышения ¡^активности работы фильтров, очищающих газы от взвешенных [астиц с целью предотвращения загрязнения окружающей среды, оп-тагазация структуры газокидкостных потоков и т.п.

Для управления параметрами дисперсных потоков необходимо детальное изучение механизма их движения и влияния различных закторов на их свойства. Теоретическое описание таких сложных >бьектов как дисперсные потоки встречает пока определенные ,'рудности, поэтому в настоящее время особую важность приобретают жспериментальные методы исследования. Эмпирические данные ¡еобходимы не только для более углубленного изучения процессов, гроисходящих при движении дисперсных потоков, но и для >азработки новых технологических процессов, составления (атематических моделей и разработки средств измерений.

Среди экспериментальных методов наиболее перспективными шляются бесконтактные, причем наибольшими возмозностями >бладают методы с использованием лазерного излучения. При юндировании дисперсного потока лазерным лучом рассеянный свет

несет информацию о скорости дисперсной фазы, ее размере, форме к т.п.

Среди лазерных методов исследования дисперсных потокое наибольшее распространение в настоящее время получили методы с использованием лазерных доплеровских анемометров (ЛДА).

Использование ЛДА дает возможность исследовать дисперсные потоки не внося возмущение в объект измерения.

На основании вышеизложенного основное внимание £ диссертационной работе было направлено на создание методов экспериментального исследования параметров дисперсных потокое при воздействии на них электрическими полями с помощью ЛДА.

Цель работы. Проведение экспериментальных исследований

движения дисперсных потоков в неоднородных электрических полях с помощью ЛДА и создание - физических основ управления течением двухфазных сред в электрофильтрах и в газлифтном способе подъема жидкости.

Научная новизна. Разработана методика исследования

дисперсных потоков в неоднородных электрических полях на основе лазерной доплеровской анемометрии и аппаратура, удовлетворяющая основным требованиям гидродинамического эксперимента, с возможностью измерения величины, направления скорости V.

статистических параметров течения в диапазоне скоростей от 1СГ4

до 10г м/с с относительной погрешностью, не превышающей 5У, .

Исследован газодисперсный поток в поле коронного разряда электрофильтра как в свободном пространстве, так и в сносящем потоке. Впервые получено пространственное • распределение скоростей электрического ветра в широком диапазоне параметров коронного разряда, включая режимы реальных электрофильтров. Впервые измерены статистические характеристики струи электрического ветра в зависимости от приложенного напряжения.

Установлено, что электрический ветер является основный фактором, определяющим характер течения газодисперсного потока в поле коронного разряда. Установлено, что высокая степень турбулентности струи электрического ветра обусловлена нестационарностью коронного разряда.

Установлено, что характер смещения оси струи электрического ветра позволяет определить параметры коронного разряда, при которых струя электрического ветра является устойчивой гидродинамической структурой во всем меасэлектродном промежутке. Разработаны физические основы нового устройства для электроочистки газа.

Получены данные о параметрах электрогидродинамического движения диэлектрической жидкости в неоднородном электрическом поле.

Впервые обнаружено влияние на частоту и размер образующихся пузырей неоднородного электрического поля. Разработаны физические основы создания регулярной структуры газожидкостного потока применительно к газлифтному способу подъема нефти.

Практическая ценность. Создана методика экспериментального

исследования воздействия неоднородных электрических полей на структуру дисперсных потоков. Усовершенствованы частотный модулятор и оптические схемы лазерного доплеровского анемометра. Эти технические решения защищены авторскими свидетельствами. Указанные усовершенствования позволяют создать ЛДА, работающий на различных механизмах рассеяния, в том числе и на молекулярном.

Создан многокомпонентный ЛДА со сдвигом частоты, достаточно простой в исполнении и юстировке, в котором отсутствует1 дорогостоящие оптические элементы.

Методика измерений и результаты исследования движения

газ о дисперсных, потоков в поле коронного разряда переданы во Всесоюзный теплотехнический институт им. Ф.Э. Дзержинского для практического применения при разработке электроочистного оборудования и повышения его эффективности.

Методика измерений параметров движения дисперсных потоков используется также во Всесоюзном нефтегазовом научно-исследовательском институте им. акад. И. П. Крылова.

В результате анализа влияния -степени турбулентности газодисперсного потока в поле коронного разряда была показана невозможность увеличения эффективности алектроочистки газа в существующих конструкциях электрофильтров. Предложен новый высокоэффективный способ электроочистки газа. Это техническое решение признано изобретением.

Экспериментальные исследования газожидкостного потока в неоднородном электрическом поле показали возможность управления параметрами этого потока с помощью электрического поля. Этс обстоятельство позволило определить оптимальные электрические с дисперсно-динамические параметры газлифтного способа подъеме жидкости. Это техническое решение защищено авторски! свидетельством.

Авто£ защищает.

1. Методику и результаты экспериментального исследована движения газодисперсных потоков в коронном разряде в систем« электродов острие-плоскость.

2. Результаты исследования взаимодействия стру] электрического ветра со сносящим потоком.

3. Методику и результаты исследований - газожидкостны потоков в неоднородном электрическом поле.

Апробация работы. Основные результаты докладывались ]

III Всесоюзной конференции по проблемам турбулентных течений 2-

сентября 1985 г. (г.Донецк), ка Ш научной кокфзрзнцпл КУШ 1234 г. С г. Москва), на VI Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (г. Ташкент) 1935 г., VII Всесоюзной конференции по молекулярной газовой динамике и динамике разрешенного газа Сг.Москва), 1535 г., га Всесоюзном секкнарз -Измерения в потоках, методы, аппаратура и примензниз. (Москва) 1930 г.

Публикации. Содерглниз диссертацга отражено в 9 публикациях

и 5 изобретениях.

Объем работы. Диссертация состоит га введения, четырех

глав, выводов и содсргит QО странщ мапнописнсго текста, 31 рисунков и 1 таблиц. 05i^:íi сбьзм работы 128 страищ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана роль дисперсных потоков в тзхнологических процессах добычи, транспорта нефти и газа, а так:::з важность их исследования для охраны округакщзй среды. Показана необходимость оптимизации параметров дисперсных потоков в этих процессах.

В первой главе привздзны основные дисперсно-динамические свойства двухфазных потоков в процессах добычи, транспорта нефти, газа и методы их исследования. Проведен анализ методов очистки газа от дисперсных частиц. Свойства газо:шдкостнь:х потоков в вертикальных трубах обобщены применительно к газлифту. Показано Сем. работы Баренблатта Г.И., Гогссова В. В., Ентова В. IJ., Нигматулина Р. II., C-cdlib Y. Р. , Фукса М. А., Хаппзля Д. В. и др. ), что если в теоретическом рассмотрении дисперсных потоков имеются принципиальные трудности, то при экспериментальных исследованиях дисперсных потоков с применением бесконтактных ме-

тодов возникают в основном трудности методического характера.

В этой главе показано, что одним из эффективных методов управления параметрами дисперсных потоков является применение электрических полей, в частности, поля коронного разряда. Однако коронный разряд приводит- к образованию так называемого электрического ветра, который обусловлен взаимодействием , сгустков ионоа газа с нейтральными молекулами. Кроме того,

коронный разряд обладает нестационарностью, что приводит к непостоянству поля течения электрического ветра. При этом следует отметить, что если механизм зарядки дисперсных частиц хорошо известен, то влияние электрического ветра, имеющего нестационарный характер, на движение дисперсных частиц практически не изучено.

Проведенный анализ литературных данных показал, что сведения об электрическом ветре, его динамических характеристиках и их основных зависимостях от параметров коронного разряда разноречивы и малочисленны. Полностью отсутствуют данные о статистических, характеристиках параметров движения электрического ветра и влиянии на него сносящего потока. Недостаточно данных о влиянии электрических полей на параметры пузырьковых течений в реальных технологических устройствах.

Это объясняется отсутствием до последнего времени надежных методов измерения параметров движения гидродинамических потоков в электрических полях.

На основе анализа литературы и физических свойств дисперсных потоков сформулирована задача исследований.

Во второй главе рассматриваются методы бесконтактного исследования дисперсных потоков с использованием лазерной техники, обладающие наибольшими экспериментальными

возможностями.

Методы основаны на анализе пространственно-временных свойств рассеянного излучения.

Представлены ДДА, расширяющие экспериментальные возможности лазерных методов- исследования на стратифицированные потоки с использованием различных механизмов рассеяния. Конструкции этих ЛДА признаны изобретениями. <9

На основании работ Дубнищева Ю. Н., Ринкевичюса Б. С., Смирнова В. И., Dust F., Whitlaw Y. Н., Former W. U. выявлены основные возможности лазерных систем в исследовании дисперсных потоков. Показано, что наибольшими возможностями обладают лазерные доплеровские анемометры. Описаны различные типы частотных модуляторов, предназначенных для устранения знаковой неопределенности измеряемых скоростей дисперсных частиц. Представлен перспективный тип частотного модулятора, обладающего 100%-ным коэффициентом модуляции при практически нулевых потерях модулируемого света. Диапазон плавной перестройки частоты света в пределах от 0-90 кГц. Конструкция модулятора защищена авторским свидетельством.

Приведено описание разработанного модулятора на основе вращающегося рассеивающего диска. Этот тип модулятора позволяет сравнительно просто сформировать оптическую схему ЛДА, чувствительного к трем ортогональным компонентам вектора скорости.

Проанализированы различные электронные системы выделения и обработки полезного сигнала. Установлено, что несмотря на существующие машинные методы обработки полезного сигнала, спектральный метод с использованием спектроанализаторов последовательного типа не потерял своего значения.

На основе анализа литературных данных сделан вывод, что наиболее приемлемой конструкцией является ЛДА, собранный по схеме

- ю -

с опорный пучком. В качестве частотного модулятора использовал вращающийся рассеивающий диск. В качестве электронной систем! обработки сигнала выбран наиболее легко осуществимый спектральный метод обработки сигнала со спектроанализаторо) последовательного типа.

Третья глава посвящгна экспериментальному исследовали электрогидродинамического течения в поле коронного разряда применительно к проблеме -очистки газа. Описана методика I установка для исследования ЭГД-течения. Для исследования движения использовался ЛДА, собранный по схеме с опорным пучко) со сдвигом частоты С рис. 1). Доплеровский сдвиг частоты, как известно, можно записать в виде:

2УХ ? =-

\

©! 2 Ш, Я!

51п- +

Бд.п -

8, 2 ш,

2У„

Т"Б1п2 +Т

Соэ ф^п -

27,

е1.

Г0Х=Т 008 2 +

2 и г Яг Фг

—-Б1п - Сое - Сое г

где ииьь - угловые скорости вращения дисков.

Отсюда выражение для определения компонент скорости

— Г )А.

V = —-----2.— . V = ____-I— . V = ---___-г.___

х 2 Б1п @1 л ' у 2 04 ' 1 * °

/2

'/2

2 Сое 0!

/2

где Ух; Уу; Чг - компоненты вектора измеряемой скорости потока,

Г_ ; Г- Г_ - измеренные частоты доплеровского сдвига их Уу иг

частоты, обусловленные движущимся исследуемым потоком;

Г ; Г ; Г_ - начальные сдвиги частоты опорных пучков света,

"х "у и2

при определении соответствующих компонент скорости потока;

X - длина волны лазерного излучения,

0 и 0 - углы между опорными и сигнальными лучами. 1 2

В этой главе приводятся оптическая схема многокомпонентного ЛДА и метод настройки оптической схемы. ЛДА состоит из лазера 1, плоскопараллельной стеклянной пластинки 2, блока сдвига частоты, образованного линзами Л^г, масками М4М2 и вращающимся рассеивакщлм диском 3 и маской М5, линзой Л5 и вращающемся диском

Измерительный блок состоит из линз Л3 и Л, и масок И3 и М». Мощный сигнальный луч от лазера 1 с помощью плоскопараллельной стеклянной пластины отклоняется параллельно оптической оси. В блоке сдвига частоты сигнальный луч рассеивается на вращающемся диске 3. Маска М2 формирует систему опорных лучей для измерения Ух и Уу. Аналогично образуется опорный луч для измерения У^ с

помощью маски М5 . Сигнальный луч и система опорных пучков направляются в измерительный блок. На рис.1 видно, что детектирование для определения Ух, Уу и Уг производится с помощью фотоэлектронных умножителей ФЭУХ, ФЭУу и ФЭУг, соответственно. Сигнал с ФЭУ поступает на спектроанализатор, а затем на самописец.

Учитывая наличие осевой симметрии у исследуемых течений ЛДА использовался в дзухкомпонентном варианте.

В качестве дисперсной фазы использовались частицы дыма диаметром не более 1 мкм, которые внедрялись в поток с помощью специально сконструированного генератора дыма.

Описана конструкция разрядного промежутка и гидродинамического канала для изучения влияния сносящего потока на струю электрического ветра. Относительная погрешность определения компоненты скорости не превышала 5%, абсолютная погрешность определения пространственного положения области измерения не более 1 мм. Ширина аппаратной функции зависит от тщательности настройки и не превышает 10/* Расчетная величина измерительного объема

составляла величину З*10~мм3. Измерение скоростей ЭГД-течения в свободном пространстве и в присутствии сносящего потока производилось в широком диапазоне параметров коронного разряда.

Б результате исследований получено пространственное распределение скоростей электрического ветра в системе электродов острие-плоскость. Показано, что электрический ветер представляет собой струйный поток со скоростью газа в ядре, превышающей 10 м/с, вовлекающий в движение большие массы газа в межэлектродном промежутке (рис.2).

Уменьшение напряжения и увеличение расстояния между электродами' приводит к общему снижению скорости электрического ветра, хотя характер течения в основном определяется межэлектродным расстоянием. Данные о распределении скоростей на оси струи электрического ветра для различных режимов обнаруживают неравномерность движения газа, наличие областей разгона и торможения.

На рис.3 представлены результаты измерений средней скорости на оси струи электрического ветра в зависимости от напряжений для характерных точек разрядного промежутка при наличии и отсутствии сносящего потока воздуха. Видно, что в результате взаимодействия электрического ветра с внешним потоком воздуха струя электрического ветра как гидродинамическая структура возникает при напряжении и между электродами выше 20 кВ. При и > 30 кВ сносящий поток со скоростью 1 м/с уже не оказывает столь

значительное влияние на положение струи, а- -сана' струя электрического ветра продолжает существовать во всей разрядном промежутке между острием и плоскостью.

Важными характеристиками, влияющими на процессы тепломассопереноса, а также процессы сепарации и осаждения дисперсной фазы, являются статистические характеристики, такие как величина продольных и поперечных пульсаций скорости и степень турбулентности. В главе приводятся и анализируется результаты измерения этих характеристик. Так, на рис.4 представлена относительная интенсивность продольных и поперечных пульсаций скорости для струи электрического ветра в зависимости от напряжений в тех же характерных точках разрядного промежутка. Видно, что пульсационная составляющая скорости электрического ветра у самого острия не превышает 40%. В центре струи с ростом напряжения пульсационная составляющая вдоль струи падает, что говорит о стабилизирующем влиянии электрического поля. Высокий уровень относительной интенсивности пульсаций продольной составляющей скорости в центре струи электрического ветра при низких напряжениях обусловлен нестационарностью коронного разряда со слабым стабилизирующим влиянием электрического поля в центре струи. Общий высокий уровень интенсивности пульсационной составляющей у плоского электрода С кривая 3, рис.4 в,г) обусловлен характером взаимодействия струи электрического ветра с плоской стенкой. Высокая интенсивность поперечной компоненты пульсационной составляющей объясняется малой величиной поперечной компоненты скорости струи электрического ветра и сложным характером взаимодействия со слоями воздуха, прилегающими к струе.

Так, на кривой 1 рис.4 б видно, что у острия при напряжении 40 кВ и при данной геометрии канала сильно сказывается

дестабилизирующее влияние неустойчивого положения точки коронирования. С увеличением напряжения интенсивность поперечных пульсаций скорости спадает, что связано со стабилизацией коронного разряда. Это приводит к упорядочению взаимодействия струи с прилегающими слоями газа. У стенки С кривая 3) характер поперечных пульсаций скорости с ростом напряжения не меняется, что говорит о сильном влиянии стенки. Характер зависимости относительной интенсивности поперечных пульсаций электрического ветра при наличии сносящего потока такой же, что и в отсутствие его, хотя и существенно меньше, что связано с увеличением поперечной составляющей суммарного потока воздуха.

Высокий уровень турбулентности приводит к нарушению процесса осаждения мелкой дисперсной фазы. Следовательно, в рамках традиционного исполнения электрофильтров нельзя увеличить эффективность улавливаения мелких частиц при наличии высокой степени пульсаций потока. Основой механизма электроосакдения дисперсной фазы является образование униполярного облака в межэлектродном промежутке. В этом облаке дисперсные частицы приобретают одноименный заряд и под действием электрического поля движутся к осадительному электроду. Источником униполярного газового облака является коронный разряд, который приводит к такому отрицательному явлению, как образование струи электрического ветра с высоким уровнем турбулентности.

полученные результаты позволили предложить новую конструкцию фильтра, отличительной чертой которого является покрытие коронирующего электрода изотопом металла, обладающим

63и. „

только одним типом радиоактивности, например N1.' При этом полюс высоковольтного источника, подключаемого к этому электроду, совпадает со знаком радиоактивности этого электрода. Это дает возможность создать униполярное облако газа в межэлектродном

промежутке, устранить электрический ветер и снизить уровень турбулентности. Уменьшение вероятности пробоя позволит использовать это устройство для очистки агрессивных газов.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию возможности применения электрических полей для регулирования параметров потоков в газлифтных скважинах.

Основной особенностью исследуемого газожидкостного потока является его относительно небольшая скорость и малая относительная скорость газовых пузырьков. Это накладывает определенные особенности на технические характеристики ЛДА. Для получения приемлемой точности измерения необходимо уменьшить начальный частотный сдвиг и увеличить значение доплеровской частоты от исследуемого потока. Это было осуществлено путем изменения геометрических параметров оптических элементов измерительного блока и блока сдвига частоты, а также путем уменьшения скорости вращения рассеивающего диска. При планировании эксперимента учитывалось, что значение доплеровской частоты не будет превышать 20 кгц, а также необходимость измерять частоту следования газовых пузырьков. Поэтому спектральный метод выделения доплеровского сигнала был несколько модифицирован, что дало возможность получить значения частот следования пузырьков.

Пузырьковое течение создавалось в прозрачной камере 40x40x400 мм, в основании которой через уплотнение вставлен

. -4 . -2

стальной капилляр с радиусом 1,2*10 ми длиной 3x10 и. Капора

заполнялась диэлектрической жидкостью - трансформаторным маслом. Неоднородное электрическое поле создавалось системой электродов тор-остриз (капилляр). Воздух подавался через капилляр, с возможностью контроля расхода с помощью расходного капилляра и 11-образного дифманометра. Напряжение на электродах с помощью источника постоянного напряжения могло меняться от 0-30 кВ при

этом капилляр подключался к отрицательному полку источника, а тор к положительному. Для определения размера пузырьков был таксе использован метод масштабного фотографирования.

Для получения доплеровского сигнала не было необходимости дополнительно вводить в гидкость дисперсную фазу. Достаточный уровень доплеровского сигнала имел место при рассеянии лазерного света на естественных включениях в трансформаторном масле.

Измерение поля скорости пузырькового течения осуществлялось в описываемой выше камере при высоте трансформаторного масла над капилляром в 10 см. На рис.5 представлена зависимость скорости от частоты отрыва пузырей. Из анализа данных видно, что движение пузырей приводит к образованию спутных течений с ярко выраженным максимумом скорости жидкости на оси ОУ. При удалении от оси У скорость Уу уменьшается. Характерно такие большое значение скорости Уу в области расположенной вокруг зоны образования пузырей. В более высоких слоях жидкости скорость ее падает практически до нуля, что говорит о том, что поверхностные слои жидкости в движении не участвуют.

Рассматривалось влияние неоднородного электрического поля на жидкость в отсутствии пузырей при разности потенциалов между электродами I) = 4 кВ и расстоянии между электродами Н=5 см с превышенным уровнем трансформаторного масла над капилляром 11=10 см. При наличии неоднородного электрического поля возникало ЭГД-течение. Из анализа его картины можно заключить, что в межлектродном промежутке существует циркуляционное движение жидкости. Диаметр ядра струи при данном потенциале составляет 5-6 мм и с увеличением разности потенциалов диаметр ее растет. Были найдены зависимости скорости струи ЭГД течения от напряжения в отсутствии пузырей на расстояниях 1 мм и 0,5 мм вверх от капилляра С рис.6). Максимальное значение скорости _2

Уу=1,4х10 м/с (Н=1 мм). Кривая зависимости скорости от

— _

напряжения в точке (Н=0,5 км) гаеет тот :::е характер, что и предыдугря. Ко кр[шзя лепит несколько гаке первой, так что разница в скорости при каждом значении потенциала раЕна

приблизительно 0,1*10"г м/с. Естественно предположить, что скорость течения шдкости в неоднородном электрическом поле в присутствии пузырей изменится.

Скорость издкости измерялась на уровне среза капилляра ка расстоянии 0,5 им от его осн. Получено, что скорость движения

жидкости за счет движения пузырьков равнялась Уу=0,61*10"г м/с. С увеличением разности потенциалов скорость жидкости возрастала так, что при и = 9 кВ компонента Уу скорости

-2

достигала величины 3,7x10 м/с, в то время, как скорость

_2

падкости без подачи пузырей составляла величину всего 0,60*10 м/с, т.е. наблюдалось увеличение скорости пргаерно в 6 раз. Характер зависимости скорости течения яидкости при подаче пузырей в зависимости от разности потенциалов представлен на рис.7. Замечено, что при изменении разности потенциалов изменялись частота отрыва и размер пузырей.

Зависимость радиуса и частоты следования пузырей от напря-кения показана на рис.8. Из анализа этих данных мохно сделать вывод с возможности управления структурой газокидкостного потока с поморю неоднородного электрического поля.

Описан способ получения регулярной структуры газогидкостно-го потока с уменьшенным уровнем коалесценции применительно к газлифтному подъему гидкости.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ЕЫВОДЫ

1. Разработана оригинальная конструкция многокомпонентного лазерного доплеровского анемометра, чувствительного к вектору

- т9 -

измеряемой скорости. Несмотря на простоту конструкции-и простоту реализации разработанный ЛДА достаточно эффективен при исследовании сложных гидродинамических потоков.

2. Разработана методика экспериментального исследования параметров дисперсных потоков в неоднородных электрических полях с использованием методов ЛДА применительно к системам твердые частицы - газ, газовые пузырьки - жидкость.

3. Исследованы характеристики ЭГД-течения в поле коронного разряда. Определены геометрические и электрические параметры разрядного промежутка, при которых электрический ветер представляет собой струйное течение, занимающее все межэлектродное пространство.

Установлены статистические характеристики параметров струи электрического ветра при наличии и отсутствии сносящего потока. Показано, что высокая степень турбулентности ЭГД-течения обусловлена главным образом нестационарностью коронного разряда.

5. Разработаны физические основа управления поведением дисперсных потоков путем воздействия неоднородным электрическим полем применительно к некоторым технологическим процессам.

6. Показана возможность повышения эффективности электроочистных устройств с помощью предложенного модифицированного процесса электроочистки, в котором отсутствует электрический ветер, а степень турбулентности определяется только гидродинамическими параметрами. Предложена новая конструкция электрофильтра, которая признана изобретением.

7. Предложен способ управления структурой газожидкостных потоков применительно к газлифтному подъему жидкости в скважине, обеспечивающий увеличение КПД газлифта за счет возможности создания регулярной структуры газокидкостного потока с низким уровнем коалесценции газовых пузырьков. Способ и устройство защищены авторским свидетельством.

- 19 -

8. Результата исследований поведения дисперсных- потоков в неоднородных электрических полях, методика измерзкий переданы для использования во Всесоюзный теплотехютесгай институт :и. Ф. 3. Дгерзинского, во Бсесоззш'й нефтегазовый згаучно-исследовательский гаститут им. акад. А. П. КралоЕа С ЕНШ).

Сеногное содэртнне диссертации сггублп::сп;,но з следувщх работах:

1. Гагарин А. Г., Вигдорчик В. X., Штпгин А. И. О пространственном распределении скоростей з струе электрического ветра // ТВТ-1983. - т. 21, N 4 с. 823-824

2. Еигдорчик В. X., Гагарин А. Г., йггкетш А. И. Экспериментальное исследование ЭГД-течения газа в коронном разряде и его влияние на двинение дисперсных частиц // ИФЗ, -

1983. - Т. 45, Н 4. - с. 592-597

3. Гагарин А.Г., Митхшин А. И. Многокомпонентный лазерный доплеровский измеритель скорости со сдвигом частоты. - Сектор механики неоднородных сред АН СССР - М. 1983. - 18 с. Деп. в ВИНИТИ, N 4114-83 деп.

4. Гагарин А. Г., Митшин А. И. Многокомпонентный .лазерный доплеровский измеритель скорости со сдвигом частоты // ПТЭ, -

1984. - N 2. - с. 173-174

5. Мигвшин А. И., Гагарин А. Г., Вигдорчик В. X. Методика исследования структуры течений газа и жидкости в неоднородных электрических полях // Электронная обработка материалов. - 1984. - N 1. - с. 39-41.

6. Ефимкина Е. Ю., Миткпин А. И., Гагарин А. Г. Методика и результаты исследования ЭГД-течений лазерным доялерозским анемометром // Прикладные методы механики - М., - 1985. -с. 41-48. Деп. в ВИНИТИ 6.08.86 N 3218-В86

7. Гагарин А. Г., Вигдорчик В. X., Митвзин А. И.

>) - 20 -

Электромеханические проблемы очистки газов от примесей // Материалы VII Бсес. конф. ' по молекуляр. газовой динамике и динамике разрежен. газа. - U., 1985. - с. 513-529.

8. Еигдорчик В. X., Гагарин А. Г., Ефшкина Е. Ю., Митюшин А.И. Электрогидродинамичаские течения неоднородных сред: методика и результаты // Шестой Бсес. съезд по теорет. и приклад, механике (Ташкент, 24-30 сентября 1986 г.) Тез. докл.-М., 1986. - с. 155-156

9. Митюшин А. И. Лазерный доплеровский анемометр для исследования сложных течений // Бсес. семинар "Измерения в потоках, методы, аппаратура и применение" (Москва, 11-15 февраля 1930 г.) - М., 1990. - с.50

10. A.c. 1555543. СССР. МКИ. F 04F 1/20. Способ газлифтного подъема жидкости и газлифт для его осуществления. / Капырин Ю. Б., Митюшин А. И., Полищук А. М., Гагарин А. Г. / СССР, - N 4383448.

И. Положительное решение на изобретение от 10. 11.90. Устройство для электроочистки газов. / Митюшин А. И., Полищук A. М. / СССР. N 4771828.

I

Л5

ФЭУи

ФЗУх

Рис. I Оптическая схема 3-х компонентного ЛДА

Рис. 2 Пространственное распределение Ух межутке 1лс 5'Ю~ Л1 II* -60ко

в мекэлектродном промежутке цс5'№ м

Х= 11.-Г' IО

У

V ("/с)

V ('Ус)

XI »

У /о

Г--* Ч Г у-

soкв 20

зо

40

¿оке

Рис. 3 Зависимость скорости электрического ветра от

потенциала коронирующего электрода в характерных точках разрядного промежутка; а - схематическое изображение разрядного промежутка; б - электрический ветер; в -влияние сносящего потока на струю электрического ветра.

€

2,*

1 >

; \

'о V ° 1 1

2.4

1,2.' 0.8

-- ■ —*-> - -*--Ч

—и к/

С 1—тгЬ-4

1

20

30

40

50кв

20

30

4О

50 кв.

Ш

2,0 1,Ь

а

I

0,3 о

го

е

\х

;г Д4

\ 1 оЧс

^Т—:—1

30

40

№

г

5оав

с С

х-1

20

30

НО

50 кв

Рис. 4 Сравнение относительных интенсивностей продольных и поперечных пульсаций скорости струи электрического • ветра при различных напряжениях в характерных точках разрядного промежутка, а., в - электрический ветер,

в, г - совместное влияние электрического ветра и сносящего потока.

1,0 0,8

ОС

I

0,2 О

г

1

А 't /

2.S

\Щ

so

Piic. 5 Зависимость скорости жщкости от чястотц отрыва пузырей.

0.5

О

1 1

1 1

1 . —ч

1 1 г/ С

1 1 Ч'/' г У

1 1 1

! *

' // 1 и 1 Н 1

\б' И 1

/г

//]

¿Л # !

ж 1

егъ^ 1 1

Цкв

5 10

1*

20

25Г

Рис. 6 Зависимость скорости ищкостп от приложенной разности потенциалов 1-г Н=10~3Г.1 вверх от среза капилляра 2 I II = 5*Ю~Лм вверх от среза капилляра.

\/ЧО~г'Ус

1

с /

г

г-

- У

/

г

о/

2 4 6 8 10 икв

Рис^ 7 Зависимость скорости жидкости от разности потенциалов при подаче пузырей.

о.К

0.63-

0.5 Г

О.Ъ5

Р'Ю И

>Щ

025

\ г -в».

/

\ \ /

Л /

\ /

\ У

ч

4

1ГО

100

5-0

О

8

10

12.

Рис. 8 Зависимость отрывного -размера и частоты следования газовых пузырьков от разности потенциалов между электродами.

Ротапринт ВНИИ нефть Зак. 61 .Тир. 100 Формат 60x90 1/16.