ЗАКОНОМЕРНОСТИ  АЭРАЦИИ  ВОДЫ  СТРУЙНЫМИ  АППАРАТАМИ,  ОБРАЗУЮЩИМИ  ПРОТЯЖЕННУЮ  КУПОЛООБРАЗНУЮ  ЖИДКОСТНУЮ  ЗАВЕСУ

Меженная  Ольга  Борисовна

канд.  техн.  наук,  доцент,  Гомельского  государственного  университета  им.  Ф.  Скорины,  Республика  Беларусь,  г.  Гомель

E-mail:  mezennaia-o@mail.ru

PATTERNS  OF  AERATION  OF  WATER  JET  DEVICES,  FORMING  A  LONG  DOMED  LIQUID  VEIL

Olga  Mezhennaya

с andidate  of  Science,  assistant  professor  of  Francisk  Skorina  Gomel  State  University,  Republic  of  Belarus,  Gomel

АННОТАЦИЯ

В  данной  работе  исследованы  теоретические  закономерности  аэрации  воды  струйными  аппаратами,  образующими  куполообразную  жидкостную  завесу.  Побочным  явлением  при  изливе  воды  из  струйного  аппарата  является  аэрация  воды.  Выявлена  зависимость  количества  поглощенного  кислорода  при  разбрызгивании  воды  от  коэффициента  диффузии  О₂  в  воде,  коэффициента  диффузии  СО₂  в  воде,  объемного  коэффициента  десорбции  СО₂  данного  типа  струйного  аппарата,  объема  факела  распыла,  расхода  воды.

ABSTRACT

This  work  investigated  the  theoretical  patterns  of  aeration  of  water  jet  devices,  forming  domed  liquid  veil.  Ripples  in  water  jet  device  of  automatic  diverter  is  located  is  the  aeration  of  water.  The  dependence  of  the  number  of  absorbed  oxygen  when  spraying  water  from  the  diffusion  coefficient  of  O₂  in  water  diffusion  coefficient  of  CO₂  in  water,  CО₂  desorption  coefficient  surround  this  type  of  the  Jet  device,  torch,  spray  volume  of  water  consumption.

Ключевые  слова:   струйный  аппарат;  куполообразная  жидкостная  завеса;  аэрация;  коэффициент  диффузии;  коэффициент  десорбции;  объем  факела  распыла;  расход  воды.

Keywords:   Jet  device;  domed  liquid  veil;  aeration;  diffusion  coefficient;  desorption  coefficient;  the  volume  of  spray  torch;  water  consumption.

Анализ  опубликованных  исследований  по  динамике  и  распаду  полых  струй  жидкости,  формируемых  струйными  аппаратами  нового  поколения,  указывает  на  возможность  использования  последних  в  качестве  высокопроизводительных  аэраторов.  При  использовании  струйных  комплексов  в  градирнях  и  брызгальных  бассейнах  побочным  эффектом  будет  аэрация  воды. 

На  рисунке  1  представлена  расчетная  схема  для  установления  закономерностей  аэрации  воды  струйными  аппаратами,  формирующими  куполообразную  жидкостную  завесу.

Рисунок  1.  Расчетная  схема  для  установления  закономерностей  аэрации  воды  струйными  аппаратами

Количество  кислорода,  поглощенного  водой  при  изливе  куполообразной  жидкостной  завесы  зависит  в  основном  от  следующих  переменных  [1]:

,  (1)

где:  V₁  —  средняя  скорость  излива  воды  на  выходе  из  струйного  аппарата,  м/с;

F_ok  —  поверхность  окисления  куполообразной  жидкостной  завесы,  м²;

Струйные  аппараты,  рассматриваемой  конструкции,  могут  работать,  как  в  режиме  образования  сплошной  протяженной  куполообразной  жидкостной  завесы,  так  и  в  режиме  распыла  жидкости,  что  так  важно  для  процесса  массопередачи  в  жидкой  фазе.

Процесс  массопередачи  в  жидкой  фазе  определяется  физическими  свойствами  системами  и  числом  Рейнольдса  жидкой  фазы  и  выражается  критериальной  зависимостью  [2]:

,  (2)

где:  Nu_ж   —  критерий  Нуссельта,  характеризующий  процесс  переноса  вещества  в  потоке;

Re_ж   —  критерий  Рейнольдса;

Pr_ж   —  критерий  Прандтля.

Для  процесса  абсорбции  О₂  водой  эти  безразмерные  критерии  определяются  следующими  уравнениями  [1;  7;  8]:

;  (3)

;  (4)

,  (5)

где:    —  поверхностный  коэффициент  абсорбции  О₂  водой,  кг/с  кг/м³  м²  ;

  —  средний  диаметр  капель,  м;

  —  коэффициент  диффузии  О₂  в  воде,  м²/с;

V_ср  —  средняя  скорость  падения  капель,  м;

ν  —  коэффициент  кинематической  вязкости  воды,  м²/с.

Подставляя  значения  Nu_ж ,  Re_ж,  Pr_ж  в  уравнение  (2)  получаем:

  (6)

или

.  (7)

Аналогично  для  процесса  абсорбции  СО₂  водой  будем  иметь

,  (8)

где:    —  поверхностный  коэффициент  абсорбции  СО₂  водой,  кг/с  кг/м³  м²;

  —  коэффициент  диффузии  СО₂  в  воде,  м²/с.

Для  расчета  обезжелезивающих  установок  с  брызгальным  бассейном  может  быть  использовано  уравнение  [5;  2]:

,  (9)

где:  Q   —  производительность  струйного  аппарата,  л/с;

С_y   —  количество  свободной  углекислоты,  подлежащей  удалению  из  воды,  г/л;

  —  объемный  коэффициент  десорбции  СО₂  данного  типа  струйного  аппарата,  кг/м³.

  —  средняя  движущая  сила  процесса  десорбции  (разность  концентраций  СО₂),  г/л;

W  —  объем  факела  распыла,  м³.

Введем  коэффициент  К:

,  (10)

где:  К  —  отношение  коэффициентов  диффузии  О₂  и  СО₂  в  воде.

Количество  поглощенного  при  разбрызгивании  воды  кислорода  может  быть  найдено  из  уравнения,  идентичного  (9)  для  обратного  процесса  десорбции  CO₂  из  воды  при  введении  коэффициента  К:

,  (11)

где:    —  средняя  разность  концентраций  для  всего  процесса  абсорбции  О₂.

Средняя  разность  концентраций  для  всего  процесса  абсорбции  кислорода  определяется  по  следующей  формуле  [5;  2]:

,  (12)

где:    —  начальная  разность  концентраций  О₂  в  воде,  г/л;

  —  конечная  разность  концентраций  О₂  в  воде,  г/л.

Таким  образом,  количество  поглощенного  кислорода  при  разбрызгивании  воды  зависит  от  коэффициента  диффузии  О₂  в  воде,  коэффициента  диффузии  СО₂  в  воде,  объемного  коэффициента  десорбции  СО₂  данного  типа  струйного  аппарата,  объема  факела  распыла,  расхода  воды.

Список  литературы:

1. Киселев  П.Г.  Справочник  по  гидравлическим  расчетам  /  П.Г.  Киселев.  —  М.:  Госэнергоиздат,  1957.  —  352  с.
2. Кожинов  В.Ф.  Очистка  питьевой  и  технической  воды  /  В.Ф.  Кожинов.  —  3  изд.,  перераб  и  доп.  —  М.:  Изд.  Литературы  по  строительству,  1971.  —  303  с.
3. Меженная  О.Б.  Совершенствование  формы  и  определение  размеров  струйных  аппаратов,  формирующих  протяженную  водяную  завесу  /  О.Б.  Меженная  //  Вестник  ГГТУ  им.  П.О.  Сухого.  —  2007.  —  №  3  —  С.  59—65.
4. Методические  рекомендации  по  расчету  и  выбору  струйных  комплексов  для  защиты  воздушной  и  водной  среды  от  загрязнений  по  дисциплине  «Отраслевая  экология»  /  П.П.  Строкач,  В.М.  Новиков,  Б.Н.  Житенев,  Н.П.  Яловая,  О.Б.  Меженная,  под  общ.  ред.  П.П.  Строкач  —  Брест:  БГТУ,  2003.  —  34  с.
5. Николадзе  Г.И.  Подготовка  воды  для  питьевого  и  промышленного  водоснабжения  /  Г.И.  Николадзе,  Д.М.  Минц,  А.А.  Кастальский.  —  2  изд.,  перераб  и  доп.  —  М.:  «Высшая  школа»,  1984.  —  368  с.
6. Новиков  В.М.  Закономерности  формирования  куполообразной  жидкостной  завесы  струйным  аппаратом,  образованным  сопряжением  грибовидных  отбойников  /  В.М.  Новиков,  О.Б.  Меженная  //  Материалы,  Технологии,  Инструменты.  —  2007.  —  №  2  —  12  т.  —  С.  92—96.
7. Очистка  и  использование  сточных  вод  в  промышленном  водоснабжении  /  А.М.  Когановский  [и  др.];  под  общ.  ред.  А.М.  Когановский.  —  М.:  Химия,  1983.  —  288  с.
8. Шорин  С.Н.  Теплопередача  /  С.Н.  Шорин.  —  М.:  Госиздат  литературы  по  строительству  и  архитектуре,  1952.  —  339  с.