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http://repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/12595| Título : | Estudio de la dinámica jet-mata con toberas convergentes-divergentes en convertidores de cobre |
| Autor : | Dr. Plascencia Barrera, Gabriel Arellano Collí, Antonio Isaac |
| Palabras clave : | jet-mata toberas cobre |
| Fecha de publicación : | 12-ene-2012 |
| Resumen : | Gas flow through different convergent-divergent nozzles has been studied. The aim of this research consists on estimating the gas-liquid momentum transfer during the submerged injection. To account for the momentum transfer, pressure along the nozzles was measured with pressure transducers, these sensors were plugged to a data acquisition unit so pressure readings were continuously recorded in a PC. Pressure drops were estimated at the different sections of each tested nozzle. It was found that change in diameter ratios for the convergent-divergent nozzles have a definitive effect on the performance of these tuyeres during gas injection to the liquid. In addition to pressure measurements, CFD modeling of the gas flow within each nozzle and that of the gas-liquid interaction were conducted. In every case, results showed numerical agreement with experimental observations. Furthermore high speed video of gas injection confirms numerical results. In terms of grading the tuyeres tested in this investigation, tuyere 5 is the one that can be mentioned as the best one in terms of the amount of momentum transferred to the water. With this nozzle, the maximum momentum was achieved at the lowest gas flow (30 L/min). Tuyeres 7 and 9 were equal in dimensions, but the angle at the discharge point varied from 13 to 8°. Momentum analysis in these nozzles reveals that air approaches sonic velocities but at gas flowrates higher than that needed for tuyere 5. Regarding to tuyeres 6 & 8, it was not possible to reach sonic flow, only tuyere 6 approached this flow at excessively high gas flowrate. |
| Descripción : | Se presenta la caracterización del flujo de aire que pasa por toberas convergentes-divergentes. La razón de este trabajo radica en mejorar el transporte de momentum en aquellos procesos que se basan en la inyección sumergida. Se analiza lo que ocurre al interior de la tobera durante la inyección y su posterior interacción con un volumen preestablecido de líquido. Se muestra el diseño de toberas con diferentes configuraciones geométricas y relaciones de diámetros, analizadas en función de las caídas de presión a lo largo de ellas. Para el análisis de las caídas de presión, se adquieren datos tomados de transductores colocados en la sección convergente, en la garganta y en la sección divergente de la tobera. De los datos adquiridos y del uso de ecuaciones primordiales de la dinámica de fluidos, se obtiene la caracterización del flujo en función del número de Mach (Ma), relación de presión crítica (pgarganta/pentrada), transferencia de momentum, y flujo volumétrico. Se estudia la geometría de cinco toberas. La tobera cinco tiene una relación de diámetros de 2cm. 0.5cm y 1cm, en la sección convergente, la garganta y la sección divergente respectivamente. En esta tobera el flujo de aire se desarrolla y dirige hacia la garganta para desarrollar a la salida de ella un momentum máximo con el flujo de mínimo de 30 L/min. La tobera seis, con una relación de diámetros de 2cm, 0.5cm y 1cm, muestra debido al cambio desproporcionado de sección transversal en la parte divergente con respecto a la garganta el efecto sifón. Este efecto se caracteriza por que entra líquido a la tobera porque el sistema de fuerzas que actúan en la fase líquida vence al impulso proporcionado por el gas. El efecto de la geometría de la sección final influye directamente en el transporte de momentum que tiene un valor máximo en el flujo de 60 L/min. En esta tobera difícilmente se alcanza la velocidad sónica. En las toberas siete y nueve, en las cuales la relación de diámetros es la misma cambiando solo el ángulo de descarga a la salida, el flujo de gas es similar entre ellas en cuanto a caídas de presión y velocidades alcanzadas en la garganta y sección divergente. Con la particularidad de que la transferencia de momentum máxima se encuentra en el flujo de 50 L/min para la tobera 7 y 60 L/min para la tobera 9. Finalmente en la tobera 8 con la relación de diámetros de 2cm, 0.5cm y 2cm, impide que el flujo al interior de la tobera se desarrolle completamente llegando a la garganta con fluctuaciones de presión muy grandes provocando la estrangulación del flujo y por ende velocidades subsónicas. También se realizó el estudio de la interacción gas-líquido durante el proceso de inyección mediante la dinámica de fluidos computacional. Se establecieron simulaciones que describen el comportamiento del aire en su paso por las toberas así como su interacción con el líquido al momento de ser inyectado. Imágenes y videos de alta velocidad permitieron conocer el comportamiento del gas cuando se inyecta en el líquido por medio de las toberas, estableciendo diferentes aspectos de la inyección, tales como, penetración del gas en el volumen de agua y tamaño de burbuja. Una vez que se tiene esta caracterización es posible compararla con la simulación numérica para analizar y discutir resultados. Después de analizar los datos obtenidos, se puede afirmar que las toberas que mejor transfieren momentum en función del flujo de gas inyectado son la 5, 7 y 9, ya que estas permiten alcanzar velocidades del gas en la región sónica, aún cuando el flujo del gas inyectado es de tan solo 30 L/min. |
| URI : | http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/12595 |
| Aparece en las colecciones: | Mediateca |
Ficheros en este ítem:
| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
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| Tésis de Maestría Antonio Isaac Arellano Collí.pdf | Estudio de la dinámica jet-mata con toberas convergentes-divergentes en convertidores de cobre | 31.2 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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