Способ определения площади контакта жидкости со струей газа

Способ определения площади контакта жидкости со струей газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области моделирования динамики сталеплавильных процессов, основанных на продувке жидкого металла струей газа. С целью повышения точности определения площади контакта жидкости со струей газа, а также расширения области применения способа, предложено в процессе продувки измерять температуру жидкости. Используя этот показатель , определяют площадь контакта по соотношению S S (q )x( KW°)/(q-KWT.), где S - площадь деформированной струей газа поверхности жидкости, SQ - площадь недеформированной свободной поверхности жидкости, q - объемная скорость несущего газа . W° - скорость изменения температуры жидкости при фиксированных значениях SQ и «5 q, К/с; К /РдН - коэффициент; R - универсальная газовая постоянная, (Л Дж/(мольК); Т - температура жидкости , К,- Ср - теплоемкость системы, Дж/К; Р - давление насыщенного пара жидкости, ДН - теплота испарения жидкости, Дж/моль; WT - скорость изменения температуры жидкосю ти. К/с. 1C ю 100 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 4 01 N 33 00!

Ь, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР . ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3680878/22-02 (22) 23.12.83 (46) 23.11.86. Бюл. к- 43 (» ) Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (72) К.И.Шакиров, P Ñ.Àéçàòóëîâ, Е,М.Рыбалкин и М.M.Øàêèðaâ (53) 669.012.1(088.8) (56) J.Iron and Inst. Japan, 1971, 57, У 12, р. 1764-1773.

Шакиров К.М. и др. Определение межфазной поверхности при взаимодействии струк газа с жидкостью.

Изв. высш. учебн. заведений ЧМ, 1973, 9 1100, с. 10-13. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ КОНТАКТА ЖИДКОСТИ СО СТРУЕЙ ГАЗА (57) Изобретение относится к области моделирования динамики сталеплавильных процессов, основанных на продувке жидкого металла струей газа. С целью повышения точности определения

„„SU„„1272235 А 1 площади контакта жидкости со струей газа, а также расширения области применения способа, предложено в процессе продувки измерять температуру жидкости. Используя этот показатель, определяют площадь контакта по соотношению S = S. (q W, /q W )x(q— — К1 )/(q-RW,), где S — площадь деформированной струей газа поверхности жидкости, м ; S — площадь недеформированной свободной поверхности жидкости, м, q — объемная скорость несущего газа м /с; И вЂ” скорость изменения температуры жидкости при фиксированных значениях S u

К/с; К = КТ /РлН вЂ” коэффициент, R — - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К), Т вЂ . температура жидкости, К; Ср — теплоемкость системы, Дж/К; P - давление насыщенного пара жидкости, Н/м, Н вЂ” теплота испарения жидкости, Дж/моль; И, — скорость изменения температуры жидкос ти, К/с.

1272235

10 На расчет площади контакта фаз величина и количество сопел продувочного устройства, а также другие параметры никакого влияние не оказывают. Если при постоянной объемной

15 скорости несущего газа при различных диаметрах сопла (или других параметрах) площадь контакта фаз будет значительно колебаться, то это вызовет соответствующие значительные колеба20 ния убыли, температуры жидкости (за счет колебания суммарной скорости испарения), что, в свою очередь, при расчете даст соответствующие действительности значительные колебания величин площади контакта фаз,.при этом скорость изменения температуры

;жидкости и площадь контакта фаз длн. выбранной системы связаны однозначно. Поэтому, если с изменением какоур ro-либо параметра будет меняться площадь контакта фаз, то это вызовет соответствующее изменение скорости охлаждения жидкости. Эта связь и позволяет по скорости охлаждения жид3S кости определять площадь контакта фаз и выразить ее в дальнейшем как функцию различных парамет-. ров (например объемной скорости газа, числа и диаметра сопел, высоты

"фурмы", физических свойств жидкости и газа и т.д.).

Способ осуществляется следующим образом.

В калориметр помещается сосуд с жидкостью с известной суммарной теп45 лоемкостью. Затем проводится испарение жидкости путем продувки несущим газом.

При этом сначала несущий газ подается на поверхность жидкости с объемной скоростью q при которой свободная поверхность жидкости практически не деформируется и имеет фиксированную площадь S, затем несущий газ подается с достаточно большой объемной скоростью q, при которой жидкость раэбрызгивается, на поверхности образуется лунка, струя газа ,внедряется в объем жидкости, разбиS о площадь недеформированной свободной поверхности жидкости м2 объемная скорость несущего газа. при продувке с деформированием поверхности, мз /c ° скорость изменения температуры жидкости К/с, скорость изменения температуры жидкости при фиксированных значениях площади

S и объемной скорости газа с), К/с;

Wo т

Изобретение относится к области оп-, ределения физических свойств двухфазных систем, а именно к определению площади контакта жидкости со струей газа, которое, в частности, .необходимо при математическом моделировании динамики сталеплавительных процессов, основанных ыа продувке жидкого металла струей газа.

Цель изобретения †. повышение точности способа и расширение области его применения.

Поскольку испарение — гетерогенный процесс, идущий на поверхности раздела жидкости с газом, то скорость изменения температуры жидкости

W, пропорциональная скорости испарения жидкости, непосредственно связана с площадью S контакта жидкости с газом.

Поскольку изменение температуры жидкости во время продувки обусловлено только испарением жидкости, то по изменению температуры и теплоемкости системы, можно вычислить ко-. личество тепла, израсходованного на испарение жидкости. Зная теплоту испарения ЖН, можно определить и количество испарившейся жидкости и далее с учетом времени продувки — скорость испарения, которая при прочих равных условиях однозначно связана с площадью контакта фаз. С учетом этих взаимосвязей получена формула

qW, (q — KW ) т, о у (1) q W (q — KW,) где S — площадь деформированной струей газа поверхности жид кости м

КТС

К = — — - — коэффициент

Р Н

К вЂ” универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К);

Т вЂ” температура жидкости, К;

С вЂ” теплоемкость системы, Дж/К, Р— давление насыщенного пара жидкости, Н/м, йН вЂ” теплота испарения жидкости, Дж/моль.

1272235

= 0,3X..

Пример . В калориметр помещают сосуд с жидкой водой с суммарной теплоемкостью Ср = 1170 Лж/К.

При площади невозмущенной поверхности S, = 3,85.!О м и объемной ско: рости несущего газа-воздуха q = 35

1,33 10 м /с температура воды л Г О

4а,= — <, = 300 с меняется на Т, = Т вЂ” Т, = 0,16 К, что соответствует W, = 5,25 ° 10 < К/с. Затем ведут продувку при объемной скорости q = 40

1,33 10 рР /с в режиме разбрызгивания жидкости со значительным увеличением поверхности контакта фаз S.

За лТ =, — .i1 = 150 с температура жидкости изменяется на Т = Т вЂ” Т = 45

1,68 К, что соответствует W

1, 12 ° 10 К/с.

Расчет по формуле (1) при 4 Н =

= 44 — — = 44000 ДЖ/моль, Р = 2,40x

КДж моль SO

"10З Н/м дает К = 2,703 ° 10 и S =

= 0,095 м, т.е. поверхность водавоздух возрастает примерно в 25 раз.

Изменение температуры определяется с помощью термометра Бекмана графи- 55 чески. Метод определения прост и достаточно надежен. Величины P u hH находим .по табличным термодинамичским ваясь на пузырьки, т.е. поверхность сильно деформируется и имеет площадь

S, которую непосредственно измерить не удается. В обоих случаях изменение температуры жидкости во времени измеряется с помощью термометра Бекмана, затем определяется скорость охлаждения жидкости — соответственно W и W . Рассчит вается величина т r коэффициента К по справочным данным о Р и аН данной жидкости, по Т и С> системы.

Изменение температуры жидкости в данном способе малочувствительно к брызгоуносу, в то время, как убыль массы жидкости в основном обусловлена уносом капель жидкости, а не испарением. Так,при начальной массе жидкости m = 1 кг убилы массы за счет испарения ьш„,„ = 0,001 кг, эа счет брызгоуноса дт = 0,002 кг, ошибка в определении S по убыли массы лн = bm„,„1 аш составит Ч,„=

Юр дш

= — ---.100 = 3007, а по изменению шисп температуры в результате изменения теплоемкости жидкости Ч = †-!00 =

4m

t5

2S данным, Ср — экспериментально, используя эталонные жидкости, например дистиллированную воду.

Для позыв ения то tHocTH определения и;поддержания величины К в уравнении (1) постоянной продувку при q и q (или S, и S) следует проводить в одинаковых пределах изменения температур: ьТ = hT; Т = T H Т -T .

Предлагаемый способ можно исполь зовать для определения зависимости площади контакта жидкого чугуна со струей кислорода в конвертерной ванне от таких параметров продувки (управляющих воздействий), как объемная скорость истечения кислорода и высота продувочной формы над уровнем свободной поверхности жидкого чугуна.

Эта эависимос Fb введена в математическую модель процесса рафинирования чугуна в кислородном конвертере и применена для оптимизации режима продувки в 350-тонных конвертерах. Целенаправленное изменение величины поверхности контакта фаз через управляющие воздействия позволяет менять скорости массообменных процессов между металлом, шлаком и газом по заданной рациональной программе.

Внедрение этих рациональных дутьевых режимов в производство приведет к снижению потерь железа с технологическими выбросами и угаром.

Формула и з обретения

Способ определения площади контакта жидкости со струей газа, включающий продувКу жидкости струей несущего газа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа и расширения области его применения, в процессе продувки измеряют температуру жидкости и определяют площадь контакта фаэ по соотношению пМ (a, — KW)

"q,W; (q-KW,) ,где S — площадь деформированной струей газа поверхности жидкости, м ;

S, — площадь недеформированной свободной поверхности жид- . кости, м ;

1272235 коэффициент

Составитель М.Прибавкин

Редактор А.Козориз Техред A.Кравчук Корректор Е. Сирохман

Заказ 6333/43 - Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

5 объемная скорость несущего газа при продувке с деформированием поверхности, мЗ /с ° скорость изменения температуры жипкости при фиксированных значениях площади

S, и объемной скорости газа

q,, К/с, R — универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К);

Т вЂ” температура жидкости, К, С вЂ” теплоемкость системы, Дж/К, P — давление насыщенного пара жидкостир Н/м а Я вЂ” теплота испарения жидкости, Дж/моль

W — скорость изменения температуры жидкости, К/с.