矩形空运泵的试验研究

文摘

空运泵的水力性能有一个矩形截面20毫米×80毫米是通过一个实验项目研究。泵是在六个不同的下沉率和液体流量测量在不同流量的空气注入。泵的有效性,定义为液体泵的质量比空气注入的质量,确定的函数的质量空气注入不同的下沉率。结果比较与圆形空运泵使用循环泵的分析模型。矩形的有效性空运泵被观察到类似的循环水泵。矩形空运泵的水力性能研究是描述一组半对数的经验方程。

1。介绍

空运泵已经使用自20世纪初。他们是简单的设备,液体从一端进入,和空气的混合物和液体放电的另一端。空气注入在入口附近。几乎无一例外的是,空运的立管部分泵与圆形截面垂直管道。所讨论的帕克(1),这些泵的空气喷射系统的形式是一个空气套中有几个小洞钻径向通过管道和空气提供给他们从周围的歧管。图1显示矩形空运的侧面泵用于这项研究。它类似于与圆截面除了空气注入泵通过一个多孔管放置在入口部分。

弗朗索瓦等。2]描述了发生在垂直的两相流泵的部分(我)泡状流发生在分散的小气泡与液体向上流动;(2)弹状流特点是大气泡;(3)生产流这是类似于弹状流但更多的混乱和无序流动模式;(iv)环状流在液相流动向上沿管壁的电影,和气相流管的中心作为一个单独的阶段。

最初,详细分析流的空运泵没有几十年。一般来说,液体流量的泵被经验相关性。这是已知的,然而,通过Pickert [3),对于每个下沉率(比泵的水下部分的深度,,总泵高度,),液体泵的数量先用空气消耗量的增加迅速增加,然后缓慢增加到最大,下降了。

空运泵的理论分析首次出版了吉布森(4]。吉布森的研究是紧随其后的是那些Pickert [3],Nicklin [5),斯特恩•特恩斯和马丁(6),帕克(1],克拉克和Dabolt [7],沙玛和Sachdeva [8),莫里森et al。9],De Cachard和Delhaye [10),弗朗索瓦等。2,在床上11和Oturuhoyi[],敢12],Pougatch和Salcudean [13],Kassab et al。14)等等。在所有这些研究中,弹状流或其变化被认为发生在泵。

在分析模型开发、sten和马丁的研究发现广泛接受,因为他们的研究已经有了大量的易于使用的结果。斯特恩•特恩斯和马丁(6)动量和能量平衡方程应用于一个圆形空运泵及其产生的方程 在这是空气体积流量,液体的体积流量,在泵进口液体的速度。这个词被称为下沉率,其他条款被定义为 在这被称为摩擦参数,滑率。在这里,单独的摩擦系数是液体流动的平均速度在立管,泵的直径,是空气的速度,是液体的速度。在推导(1),斯特恩•特恩斯和马丁(6)假定常数比率。

沙玛和Sachdeva8已经观察到当策划反对日志,这部分的曲线通常泵操作近似一条直线。因此,下面的方程可以应用于这个地区的数据: 在这和是实验常数。

空运泵的效率可以从输出工作取决于空气提升和空气压缩机提供的输入工作泵。理想的输入功率可以由考虑各向同性或等熵压缩的空气,和泵的输出可以被认为是完成工作的速度提升液体通过泵的高度。然而,一些作者已经定义了泵效率在不同的假设和公认的没有效率的表达式。作为替代,帕克(1]介绍了效率这个词,,它被定义为液体泵的质量比空气注入的质量。

在所有这些研究中,空运泵调查与圆形截面垂直管。在这项研究中,一个空运的泵的性能有一个狭窄的矩形截面将报道。矩形空运泵的额外优势提供一个统一的流场在抽水或废水各种处理单元。可能的实际应用,泵操作在低下沉和footpiece设计应该比用在不同的循环水泵。

2。实验装置和测试过程

实验计划的基本目标是确定各种空气的流量通过空运水泵流量。空运泵的实验装置如图2。我们可以看到,有一个闭路水循环系统和一个单独的空气供给系统。水循环系统包括泵井、溢流罐,储水槽。水是不断注入贮水箱和泵井由离心泵速度略高于通过空运泵泵送率。多余的流返回给储罐通过一个可调溢流管放置在泵井。溢流管还充当一个恒定的水平装置。这是必要的下沉率的控制。空运泵放置在泵井泵水从水池里通过溢流罐储罐。堰槽配备一波抑制器和一个30°三角堰。

空气供给系统包括控制阀门,空气过滤器和压力调节器,水(在空气中)收集器,一个温度计和一个空气流量计。提供压缩空气通过一个单独的线连接到一个中央压缩空气系统。

测试程序,需要实验的树脂玻璃矩形空运泵截面20毫米×80毫米。空气是通过与八2毫米直径10毫米直径扩散管孔钻的管道。扩散管放置平行于80毫米的40毫米的入口在中间底部的锥形部分泵。顶部的泵,100毫米内径放置一个半圆形的部分,确保平稳流动的水进入溢流罐。这只提供了短弯曲容易收集的水和对空运泵性能的影响可以忽略不计。

最重要的一个影响空运泵的性能参数是下沉率,也就是说,水下部分的比例,的总长度垂直泵,。我们可以看到在图1,mm是恒定的下沉率变化来实现不同。在这项研究中,一个固定的下沉率,空气流量逐渐增加至3 l / s的最大可用18 l / s增量和相应的测量水的流量。实际的空气流量计算通过适当的压力和温度修正。下沉率的实验重复0.226,0.339,0.452,0.565,0.678和0.791。

3所示。结果与讨论

的流型泵的最佳描述是一个矩形的空运生产流。流是无序和大气泡,而随机发生。而不是环状流液膜的流动向上沿管壁的电影,一些液体向下移动的墙。

一个合适的参数,可用于空运泵的水力性能的比较操作在不同的下沉率是有效性,,定义为帕克(1]。图3显示效果,液体泵的质量之比的空气注入策划对下沉的空气质量流率在不同的比率。正如所料,有效性下沉率的增加而增加。下沉率的影响更明显在低质量的空气流量。

比较一个矩形空运的有效性与循环泵,泵的效率计算循环泵使用sten和马丁模型给出的(1)。为此,循环泵的直径为45毫米,使几乎相同横截面积的矩形区域调查。滑差系数和摩擦系数被认为是和分别由帕克(1]。结果如图所示4为附近,这是中间范围的下沉率调查。与预期相反,矩形空运泵执行比循环泵的空气流量。原因之一可能是空气喷射系统的设计,垂直空气喷气机增加动量的方向流动,而斯特恩•特恩斯和马丁模型是基于空气套注射器类型。所讨论的帕克(1)和Khalil et al。15)、喷嘴类型空气喷射的方法也被用于圆形空运泵的空气提供给一个小喷嘴室位于立管的中心线。当喷嘴空气喷射器代替空气套喷油器在循环泵,可以增加注入水的数量。同时,建设逐渐减少进口部分被认为有积极的作用。

的关系(1)策划的无量纲参数对斯特恩•特恩斯和马丁(6]。图5显示了矩形空运泵调查类似的情节,除了液体在泵进口的速度,,已经取代了立管中液体的速度。结果类似于圆形管道。

沙玛和Sachdeva[发现后8),一个无量纲的情节的对数是为矩形准备空运泵。这是显示在图6对于每一个下沉率。数据绘制近似直线非常好。方程(3无量纲形式)可以改写 在这泵的横截面积;和是实验常数。系数和为每个下沉率最小二乘分析,测定结果列在下表中吗1。

4所示。结论

以下是本研究得出结论:(i)矩形空运泵是一个可行的替代循环泵空运;(2)在这个阶段,泵应该分别研究不同横断面几何图形;(3)的影响逐渐减少空气喷射器可能加强空运泵的性能,和圆形空运泵具有类似空气喷射器应该调查;(iv)实证关系的形式由方程(4)代表了泵性能与合理的准确性。

确认

介绍项目的结果“矩形空运泵操作的性能在低下沉”是由科威特大学研究政府和科威特基础科学促进会在批准号EV 053/90-10-01。作者表达了他的感谢两个机构的支持和鼓励。

引用

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