WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

УДК 532. 593

на правах рукописи

Григорьев Алексей Львович

ФОРМИРОВАНИЕ УДАРНЫХ ВОЛН

ИМПУЛЬСНЫМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ РАЗРЯДАМИ

В ВОДЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА

ПРЕГРАДЫ

Специальность: 01.02.05

Механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в ФГУП “Исследовательский центр имени М.В.

Келдыша”, г. Москва

Научный руководитель: доктор технических наук Нагель Юрий Анатольевич

Научный консультант: доктор технических наук Десятов Андрей Викторович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Борисов Дмитрий Марианович кандидат физико-математических наук Медведский Александр Леонидович

Ведущая организация: ФГУП "ЦНИИмаш"

Защита диссертации состоится “ ”ноября2007 года на заседании диссертационного совета ДС403.004.01 при ФГУП “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша”.

Адрес: 125438, г. Москва, ул. Онежская,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша” Реферат разослан “ ” 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н. Исаев В.А.

Общая характеристика работы

.

Актуальность темы. Начало всестороннему исследованию электроимпульсной (ЭИ) технологии, основанной на быстром (за время ~10-510-6 c) сбросе электрической энергии из емкостного накопителя в воду, приводящем к образованию расширяющейся плазмы и формированию ударных волн (УВ), воздействующих на преграды, было положено в начале 50-х годов 20 века. ЭИ технологии нашли широкое применение в технологических процессах. Разработаны и эксплуатируются ЭИ установки по очистке литья в массовом производстве в литейных цехах, передвижные комплексы для разрушения негабарита, мелкого дробления и диспергирования, для электровзрывного уплотнения и т.д. Разработка перечисленных ЭИ устройств стимулировала проведение теоретических и экспериментальных исследований процессов, лежащих в основе ЭИ технологии. Изучены закономерности возникновения и развития импульсного электрического разряда в воде, свойства плазмы в канале разряда, взаимодействие расширяющегося плазменного образования с окружающей средой (водой), переходные процессы в электроразрядной цепи, гидродинамические и теплофизические характеристики, критерии подобия, получены эмпирические формулы для амплитуды давления УВ на различном удалении от канала разряда.

В связи с прогрессом импульсной энергетики за последние 20-30 лет появилась возможность развития на качественно новом уровне направлений ЭИ технологии, не нашедших до недавнего времени практического применения, и формирования новых направлений. Среди востребованных в настоящее время направлений ЭИ технологий следует выделить:

- моделирование импульсных механических нагрузок от потоков высоких энергий на элементы конструкций изделий ракетнокосмической техники, - упрочнение металлов и сплавов и нанесение покрытий, - генерирование в жидкостях ударных волн (УВ) с толщиной фронта порядка 102нм и менее при малых энергозатратах для решения различных технологических задач, связанных с импульсным механическим воздействием на различные макро- и микро- объекты (дроблением, разрушением, обеззараживанием воды и др. жидкостей и т.д.).

Результаты предварительных экспериментальных исследований показали, что при толщине фронта УВ порядка 102нм и менее существенно возрастает эффективность ряда технологических процессов, что приводит к снижению их удельной энергоемкости. Это позволяет рассматривать данное направление ЭИ технологии как весьма перспективное и актуальное.

Цель диссертационной работы – экспериментальное исследование взаимодействия УВ, возбуждаемых мощными микросекундными импульсными электрическими разрядами в воде со скоростью нарастания тока разряда в плазменном канале до ~1011А/с, с макро- и микро- преградами, создание научнотехнического задела для разработки опытных ЭИ установок для различных технологических процессов, в том числе для обеззараживания ударными волнами воды и др. жидкостей, диспергирования органических жидкостей и т.д.

В ходе выполнения работы решались следующие задачи:

- Расчетно-теоретическое исследование параметров процесса возбуждения УВ в воде импульсным электрическим разрядом, определение взаимосвязи между параметрами (давлением в точке наблюдения, характеристиками разрядной цепи и удельными энергозатратами).

- Разработка и создание стендового варианта ЭИ установки со скоростью нарастания тока разряда в воде до ~1011А/с, позволяющей формировать УВ с перепадом давления на фронте до 40-50 кбар в области, находящейся в непосредственной близости к плазменному каналу разряда.

- Обоснование, формирование требований и выбор динамических средств измерения давления на фронте УВ и тока разряда через плазменный канал. Отработка первичных средств электрических измерений, определение и устранение искажений, электромагнитных помех, сопровождающих разряд.

- Анализ физических процессов, сопровождающих импульсный электрический разряд в воде и формирование плазменного канала, исследование взаимодействия УВ с макропреградами в воде при различных энергиях разряда, разработка и отработка устройств для возбуждения УВ в воде мощными импульсными электрическими разрядами.



- Разработка методики и проведение экспериментальных исследований взаимодействия УВ с микро-преградами (микроорганизмами) в воде и др. жидкостях в диапазоне энергий разряда ~1022·104 Дж. Определение зависимости эффективности разрушения микро-преград от энергии разряда, формы рабочей гидрокамеры, типа воды (жидкости).

- Обобщение полученных результатов. Разработка рекомендаций по выбору проектных параметров конструкции опытной ЭИ установки для обеззараживания воды и др. жидкостей ударными волнами, диспергирования органических жидкостей и пр.

Научную новизну представляют:

- Результаты расчетно-теоретического исследования процесса возбуждения УВ в воде импульсными электрическими разрядами, позволяющие за счет выбора параметров разрядной цепи формировать УВ с требуемым перепадом давления на фронте и минимизировать удельные энергозатраты.

- Методика применения известных динамических методов измерения давления на фронте УВ и тока разряда через плазменный канал в условиях воздействия мощных электромагнитных помех, сопровождающих импульсные электрические разряды.

взаимодействия УВ с макро-преградами, позволившие обосновать техническое решение и создать работоспособный стендовый вариант узла для сброса энергии в воду и формирования плазменного канала (электроразрядного узла) для возбуждения УВ в воде при энергии разряда до 1.2·103 Дж и скорости нарастания тока в плазменном канале до ~1011А/с.

- Результаты экспериментального исследования взаимодействия УВ с микро-преградами (микроорганизмами) в воде и др. жидкостях в диапазоне энергий разряда ~1022·104 Дж., полученные зависимости эффективности разрушения микро-преград от энергии разряда, определяющей параметры УВ, формы рабочей гидрокамеры, типа воды (жидкости), данные, подтверждающие возможность эффективного применения мембраны, отделяющей зону разряда от исследуемой жидкости.

- Рекомендации по выбору проектных параметров конструкции опытной ЭИ установки обеззараживания воды ударными волнами.

На защиту выносятся:

- Результаты расчетно-теоретического исследования процесса возбуждения УВ в воде импульсными электрическими разрядами, позволяющие за счет выбора параметров разрядной цепи ЭИ установки формировать УВ с требуемым перепадом давления на фронте и минимизировать удельные энергозатраты.

- Методика применения известных динамических методов измерения давления на фронте УВ и тока разряда через плазменный канал в условиях воздействия мощных электромагнитных помех, сопровождающих импульсные электрические разряды.

взаимодействия УВ с макро-преградами, позволившие обосновать техническое решение и создать работоспособный стендовый вариант узла для сброса энергии в воду и формирования плазменного канала (электроразрядного узла) для возбуждения УВ в воде при энергии разряда до 1.2·103 Дж и скорости нарастания тока в плазменном канале до ~1011А/с, предложенный способ прогнозирования ресурса узла.

- Результаты экспериментального исследования взаимодействия УВ с микро-преградами (микроорганизмами) в воде и др. жидкостях в диапазоне энергий разряда ~1022·104 Дж, полученные зависимости эффективности разрушения микро-преград от энергии разряда, определяющей параметры УВ, формы рабочей гидрокамеры, типа воды (жидкости), данные, подтверждающие возможность эффективного применения мембраны, отделяющей зону разряда от исследуемой жидкости.

- Результаты приложения полученных данных к проблеме обеззараживания ударными волнами различных жидкостей, рекомендации по выбору конструкции опытной ЭИ установки обеззараживания воды и параметров ее основных блоков.

Практическая ценность. Полученные в работе результаты представляют собой научно-технический задел, позволяющий приступить к разработке опытных установок обеззараживания воды и других жидкостей на основе ЭИ технологии, оценить эффективность применения ЭИ технологии при скорости нарастания тока ~1011А/с для решения различных практических задач, связанных с воздействием УВ на преграды (дроблением, разрушением различных макро- и микро- объектов и т.д.), диспергированием органических жидкостей.

Внедрение. Полученные результаты внедрены в Центре Келдыша.

Способ и устройство для генерирования УВ в воде импульсным электрическим разрядом использовались при проведении исследований по обеззараживанию воды и др.

жидкостей, диспергированию органических жидкостей, оценке возможности штамповки изделий сложной формы.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и сделанных на их основе выводов базируются на повторяемости экспериментов и надежности измерений, подтвержденной проверкой путем подачи тестовых сигналов и косвенными данными (при электрических измерениях), совпадением данных экспертизы различных специализированных организаций (при определении количества микроорганизмов, подвергнувшихся деструкции ударными волнами).

Апробация. Результаты работы докладывались на конференциях:

1. Third International Conference & Exhibition “Small Satellites:

New Technologies, Miniaturization. Efficient Applications in the 21st Century” Symposium I ”Small Satellite Powwer Supply and Attiude Control Systems”, Korolev, Moscow Region, 2. 5 Международный конгресс «Экватек-2002» «Разработка опытно-промышленной электроимпульсной установки для обеззараживания воды».

Публикации. За время работы над диссертацией опубликованы печатные работы и 4 научно-технических отчета ФГУП “Исследовательский центр имени М.В. Келдыша” Объем и структура диссертации. Работа изложена на страницах, иллюстрирована 60 рисунками и содержит 13 таблиц.

Диссертация состоит из пяти глав, введения и заключения. Список цитированной литературы содержит 151 наименований.

Первая глава В первой главе приведен обзор литературы, описаны результаты исследований различных авторов и области практического применения ЭИ технологии. Дана постановка диссертационной работы: сформулирована цель работы и перечислены задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели.

Начало всестороннему исследованию электроимпульсной (ЭИ) технологии, основанной на быстром (за время ~10-510-6 c) сбросе электрической энергии из емкостного накопителя в среду, было положено в начале 50-х годов 20 века. Отмечено, что ЭИ технологии нашли широкое применение в технологических процессах. Разработаны и эксплуатируются ЭИ установки по очистке литья в массовом производстве в литейных цехах, передвижные комплексы для разрушения негабарита, мелкого дробления и диспергирования, для электровзрывного уплотнения и т.д. Подчеркнуто, что разработка перечисленных ЭИ устройств стимулировала проведение теоретических и экспериментальных исследований процессов, связанных с импульсным электрическим разрядом в воде. Изучены закономерности возникновения и развития электрического разряда в воде, свойства плазмы в канале разряда, взаимодействие расширяющегося плазменного образования с окружающей средой (водой), переходные процессы в электроразрядной цепи, гидродинамические и теплофизические характеристики, критерии подобия импульсных разрядов, получены эмпирические формулы для амплитуды давления на различном удалении от канала разряда.

Отмечено, что в связи с прогрессом импульсной энергетики за последние 20-30 лет появилась возможность развития на качественно новом уровне направлений ЭИ технологии, не нашедших до недавнего времени практического применения, и формирования новых направлений. Среди востребованных в настоящее время направлений ЭИ технологий выделены:

- моделирование импульсных механических нагрузок от потоков высоких энергий на элементы конструкций изделий ракетнокосмической техники, - упрочнение металлов и сплавов и нанесение покрытий, - генерирование в жидкостях ударных волн (УВ) с толщиной фронта порядка 102нм и менее для решения различных технологических задач, связанных с импульсным механическим воздействием на различные макро- и микро- объекты (дроблением, разрушением, обеззараживанием воды и др. жидкостей и т.д.).

При формулировании постановки задачи принято во внимание, что согласно результатам предварительных экспериментов, при толщине фронта УВ порядка 102нм и менее существенно возрастает эффективность и снижается удельная энергоемкость ряда технологических процессов. Этот факт позволяет рассматривать данное направление ЭИ технологии как весьма перспективное и актуальное.

Вторая глава посвящена расчетно-теоретическому исследованию процесса распространения УВ, генерируемых импульсным электрическим разрядом в воде. Оно проводилось для двумерного случая с осевой симметрией при помощи эмпирических зависимостей. На основе анализа и обобщения расчетных данных определены параметры ЭИ установки, позволяющие минимизировать удельные энергозатраты. Рассмотрены вопросы взаимодействия УВ с макро- и микро- преградами в воде.

Механизм формирования ударных волн (УВ) при импульсном электрическом разряде в воде поясняется на рис.1.

После пробоя жидкости плазма разрядного канала, имеющая начальную температуру ~(1-2)·104 К, расширяется со скоростью порядка (3-5)·103 м/с (Ушаков В.Я.), что приводит к зарождению и эволюции УВ, сопровождающейся ростом перепада давления на фронте, на расстояниях около 3-5 мм от оси плазменного канала (Вилков К.В., Нагель Ю.А.). По мере удаления от оси канала температура и скорость расширения плазменного образования быстро снижаются и оно постепенно трансформируется в парогазовый пузырь.

Рис.1 Схема формирования и распространения ударной волны при импульсном электрическом разряде в воде.

В качестве исходных формул использовались известные по ряду работ (Кривицкий Е.В., Шамко В.В. и др.) зависимости давления Р(х) на фронте УВ от расстояния от оси плазменного канала в экваториальной плоскости и параметров разрядной цепи.

Погрешность формул была определена путем проведения тестовых расчетов и сопоставления полученных результатов с экспериментальными данными (в т. ч. и др. авторов): она составила до 30 %.

где r – расстояние от оси разрядного промежутка, - угол между радиус-вектором и экваториальной плоскостью, l – длина разрядного промежутка, U, C– напряжение зарядки и емкость накопителя, L – индуктивность разрядной цепи, - плотность воды, Аch – искровая характеристика (принималась равной 105 В2с/м2), - показатель адиабаты.

Расчеты были проведены в диапазоне начальных энергий в накопителе E=125 – 8100 Дж для нескольких вариантов сочетаний значений С и U. В качестве примера на рис.2 приведен один из вариантов расчета. Результаты обобщения расчетов иллюстрируются на рис. 3-6, где V – объём воды, ограниченный поверхностью изобары 0.43 кбар. Представленные кривые свидетельствуют о существовании при каждом значении Е оптимальной величины напряжения Uopt, при котором величина V максимальна. Увеличение Е сопровождается ростом Uopt. При оптимальном значении напряжения будет достигаться минимальная удельная электроемкость процесса q=E/V. Зависимости q(E), построенные на рис.5 для объемов, ограниченных изобарами 0.43 и 1.25 кбар, указывают на наличие в последнем случае минимума при Е Дж. Из-за погрешностей расчетов, возникающих на стыке интервалов применимости формул для Р(х) графики функции q(E) представлены в виде области значений, ограниченных сверху и снизу кривыми. В целом (см. рис.5) изменение величины q в диапазоне энергий 100 10000 Дж - незначительное (23-х кратное), однако сохраняется тенденция роста q с увеличением Е.

q,(кВт·ч)/м 0, q, кВт ч/м 1. 0. 0. 0. по взаимодействию УВ с макро- и микро- преградами, полученные в работах Яковлева Ю.С., Гельфанда Б.Е., Нигматулина Р.И. и др.

исследований: устройство для возбуждения УВ в жидкостях мощными электрическими разрядами (ЭИ установка) и модельные 1 - трансформатор, 2 - зарядное устройство, 3 – накопитель электроэнергии, 4 - система управления и инициирования, 5 – коммутирующий разрядник, 6 – рабочая камера с электроразрядным Принцип действия устройства для возбуждения УВ в жидкостях мощными электрическими разрядами (ЭИ установка) основан на аккумулировании электрической энергии в накопителе и сбросе ее за малое время в жидкость (поз. 1-5 на рис.7). В качестве аккумулятора электрической энергии был выбран емкостный накопитель, обеспечивающий по сравнению с другими типами накопителей высокую скорость нарастания тока. Из возможных режимов работы накопителя, определяемых соотношением Ти и и, где Ти – длительность паузы между импульсами, и – длительность импульса тока разряда, был выбран режим с и120 мкс и Ти~ с, при котором возможно обеспечение приемлемого ресурса работы накопителя.

Узел для сброса энергии в воду и формирования плазменного канала (электроразрядный узел) в составе ЭИ установки подвергается значительным импульсным термомеханическим нагрузкам. При разработке его конструкции принимались во внимание такие действующие факторы как ударноволновое нагружение от действия УВ и расширяющегося парогазового пузыря, воздействие кавитации, влияние проводимости воды на параметры плазменного канала. На основании расчетных данных (глава 2) были сформулированы основные требования к конструкции электроразрядного узла: обеспечение минимально возможных индуктивности и механических нагрузок на изолирующие элементы, максимальной эрозионной стойкости в условиях сильноточного электрического разряда. Эти требования привели к идее коаксиального расположения подводящего и обратного тоководов, использования "теневой" защиты основного изолятора от действия импульсных механических нагрузок и введению демпфирующих элементов, применения сменных электродов из материала типа ВНДС. Фрагмент конструкции электроразрядного узла приведен на рис. 8.

Рис.8 Фрагмент конструкции электроразрядного узла Схемы цилиндрической и сферической рабочих гидрокамер приведены на рис. 9(а,б). Объем камер составлял соответственно и 25 л. Гидрокамеры имели окна с соединительными фланцами, позволяющими пристыковать к ним каналы с углом между их осями 90О и 180О. За счет каналов продольный размер рабочих камер увеличивался до 2 м, при этом в исследованиях использовалось сравнительно небольшое количество воды (до 50 л). При использовании рабочих камер для проведения экспериментов на различных жидкостях корпус камер, заполненный водой, отделялся от конического канала с исследуемой жидкостью разделительной мембраной. Материал последней подбирался таким, чтобы его акустическая жесткость была близка к акустической жесткости исследуемой жидкости. К недостаткам цилиндрической и сферической рабочих камер относится наличие недоступных действию УВ "мертвых" зон (объемы, расположенные над и под электроразрядным узлом). Этих недостатков лишена “изобарическая” рабочая камера, форма которой совпадает с поверхностью изобары (рис. 9,в). Описанные рабочие камеры (рис.

9, а, б, в) использовались при экспериментальных исследованиях, в т. ч. при циркуляции воды. Дальнейшим развитием схемы изобарической рабочей камеры явилась разработка профилированной камеры с увеличенным отношением осей (рис.

9,г). Профилированная камера представляла собой комбинацию овалоида, повторяющего форму изобары (центральная часть камеры), и тела вращения со сближающимися верхней и нижней стенками (периферическая часть). Профиль периферической части камеры был выбран таким образом, что расхождение УВ в экваториальной плоскости компенсируется их схождением в меридиональных плоскостях, т.е.

где Н – расстояние между стенками, R - расстояние от оси.

Рис.9 Схемы рабочих гидрокамер.

1 – корпус гидрокамеры, 2 – электроразрядный узел, 3 – к емкостному накопителю, 4 – стыкуемые конические каналы, 5 – штуцера для слива, 6,7 – крышки камеры, 8- овалоид вращения, 9профиль камеры.

Четвертая глава В четвертой главе описана методика измерений давления на фронте УВ и тока разряда через плазменный канал в условиях электромагнитных помех и результаты экспериментальных исследований взаимодействия УВ с макро- и микро-преградами (элементами электроразрядного узла и микроорганизмами) в воде.

Приведены результаты сопоставления экспериментальных и расчетных данных.

При проведении экспериментов контролировались напряжение зарядки U и остаточное напряжение на емкостном накопителе Ur, интервалы времени между разрядами, параметры импульсов давления Р(t) на фронте УВ и тока разряда I(t). Знание этих параметров позволяет определить начальную энергию Е и заряд Q в накопителе (Е= CU2/2, Q=CU), характерное время энерговыделения 0 (по длительности импульса тока), глубину разрядки накопителя Qr/Q = 1- Ur/ U, причем энерговыделение в разрядном промежутке Er=C(U-Ur)2/2. В условиях электромагнитных помех, сопровождающих разряд, наибольшие затруднения связаны с измерением величин Р(t) и I(t). На основе анализа характеристик существующих динамических средств измерений, технических требований к ним обоснован выбор первичных средств измерений: воздушный трансформатор тока (пояс Роговского) и электрорезистивный датчик давления.

Погрешность измерения при использовании этих средств составляла не более 10%. При прохождении измерительной линии возможно сильное искажение формы импульсов длительностью порядка 1- мкс. Для нахождения (восстановления) истинной формы импульса использовалось обратное преобразование Лапласа uвх(t), uвых(t) - сигналы соответственно на входе и выходе линии, h(t) – переходная функция, которая определялась путем подачи на вход линии прямоугольных импульсов различной длительности и дальнейшей математической обработки.

При вычислениях uвх(t) использовались символьные преобразования системы компьютерной математики Mathcad. При тестировании этого способа на вход линии подавались эталонные сигналы. Примеры тестирования приведены на рис.10. Согласно данным тестирования отличие рассчитанного сигнала от эталонного составляет по переднему фронту - 5 %, по амплитуде - 3 %, по заднему фронту - 5 %. В случае синусоидального эталонного сигнала погрешность составляла менее 2 %.

Рис. 10 Примеры восстановления прямоугольных импульсов.

Масштаб по оси абсцисс соответствует интервалу времени 2.5 мкс. (на котором 1- восстановленные сигналы, 2 - сигналы на выходе линии, 3 - сигналы на входе линии.) При экспериментальных исследованиях взаимодействия УВ с макро-преградами в качестве последних были выбраны элементы электроразрядного узла, подвергающиеся наиболее интенсивным термомеханическим нагрузкам (см. рис. 8, поз. 1-4,7). Согласно полученным экспериментальным данным наименьшую стойкость к импульсным механическим нагрузкам имеет изолятор (поз.7).

Проведенные утяжеленные (при энергии в разряде ~ 1.1 кДж) сравнительные испытания некоторых полимерных материалов, использованных для изготовления изолятора, показали, что наибольшей стойкостью обладает полиэтилен высокого давления.

Результаты экспериментального исследования зависимости ресурса изолятора из полиэтилена от энергии в накопителе и расчетные данные представлены на рис. 11. Расчетные данные получены из кинетической теории разрушения твердых тел для случая циклического нагружения импульсами постоянной амплитуды и длительности, на основе которой при ряде допущений (амплитуда давления пропорциональна энергии разряда и поэтому механическое напряжение ~ Е, при каждом импульсном воздействии изменение относительной деформации = const, соотношение = t·, с2 - эмпирическая константа.

Согласно экспериментам предельное относительное увеличение внутреннего диаметра среза изолятора, соответствующее его разрушению, равно ~4,85%. Абсциссы точек пересечения кривых на рис. 11 с прямой =4,85 позволяют определить прогнозируемую величину ресурса изолятора. Это утверждение иллюстрируется на рис. 12, где обозначение соответствует найденным абсциссам.

Рис.11 Ресурс изолятора в Рис. 12 Прогнозируемая величина зависимости от энергии в ресурса изолятора в зависимости от t0=1 мин, =(D(t)-D0)/D0 – относительное увеличение внутреннего диаметра среза экспериментальные значения, расчетные значения. 1- Е= 500 Дж, 2 - 800 Дж, 3 - 900 Дж, 4 - 1130 Дж При экспериментальном исследовании взаимодействия УВ с микро-преградами и определении зависимости эффективности воздействия от параметров разрядной цепи в качестве микро-преград были выбраны микроорганизмы (кишечная палочка 1257, колифаг МS-2 и др.). В основе этого выбора лежали два соображения:

сравнительная простота регистрации количества пораженных микроорганизмов (в этом случае к опытам привлекались микробиологи) и возможность использования полученных результатов для разработки рекомендаций по использованию ЭИ технологии обеззараживания воды. При постановке экспериментов полагалось, что целью их является решение следующих вопросов:

- Оценка предельных характеристик (эффективности разрушения ударными волнами микро-преград, удельного энерговклада и др.), ограниченных физическими процессами при импульсных разрядах, а не инженерными и технологическими решениями. В этом случае применялись мощные разряды (с энергией Е~21кДж), при которых ресурс используемого электроразрядного узла заведомо оказывается неприемлемым для практики.

- Определение эффективности воздействия УВ при импульсных разрядах средней мощности (0.1-0.8 кДж), при которых в современных условиях может быть обеспечен необходимый ресурс электроразрядного узла.

- Оценка возможности воздействия на микро-преграды при наличии разделительной мембраны.

При использовании мощных разрядов было проведено экспериментов на различных рабочих гидрокамерах, достигнута высокая эффективность разрушения микро-преград при однократном воздействии: отношение числа не разрушенных преград к числу разрушенных составляло ~10-6-10-8. В случае разрядов средней мощности высокая эффективность достигалась при многократном воздействии разрядов (5 экспериментов в различных условиях).

Опыты при наличии разделительной мембраны (3 эксперимента с мощным разрядом, 1- с разрядом средней мощности) подтвердили возможность ее применения без значительного снижения эффективности. Сопоставление полученных экспериментальных данных с расчетными показало следующее. Так в эксперименте с однократным воздействием разряда, в котором относительное число разрушенных микро-преград равнялось 99,9997%, амплитуда импульса давления составила 0.75 кбар. Рассчитанное значение минимального перепада давления P на фронте УВ, вызывающего дробление микро-преград, полученное с помощью известного соотношения где натяжения, 1 - плотность вещества микро- преград, – скорость обтекания, D - скорость УВ, находится в диапазоне 0,6-1,35 кбар.

экспериментальных данных к проблеме обеззараживания воды и др. жидкостей. Рассмотрены вопросы, связанные с влиянием формы рабочей гидрокамеры, энергии разряда, типа воды на эффективность обеззараживания, с возможностью применения мембраны, отделяющей зону разряда от обеззараживаемой жидкости, с выбором конструкции опытной ЭИ установки обеззараживания.

ЭИ технология обеззараживания жидкостей становится актуальной в связи с высоким уровнем бактериальной загрязненности в системах водоснабжения и водоотведения многих городов и населённых пунктов, потребностью в безреагентной (т.е.

без использования каких-либо химических компонентов), ресурсосберегающей обработке воды. Подавляющая часть известных работ посвящена экспериментальным исследованиям обеззараживающего действия разрядов с энергией в накопителе Дж. Полученные в этих работах результаты свидетельствуют об экологической чистоте и эффективности, универсальности ("всеядности") ЭИ технологии по отношению к различным группам микроорганизмов. Однако, приводимые авторами этих работ потребные плотности энергии 38 Дж/см3, что соответствует удельной энергоемкости 0,82,2 кВт·ч/м3 - слишком велики.

Основная причина этого – низкая скорость нарастания разрядного тока в плазменном канале (1075·108А/с).

Приведенные в диссертации результаты экспериментальных исследований получены на качественно новом уровне - при скорости нарастания тока ~1010-1011А/с. Эксперименты проводились на воде и др. жидкостях, содержащих кишечную палочку и колифаг МS-2. По данным микробиологов выбранные микроорганизмы позволяют достаточно надежно моделировать режимы обеззараживания воды, содержащей различные болезнетворные микроорганизмы. В этом смысле полученные результаты являются достаточно представительными.

Результаты экспериментов на содержащей кишечную палочку воде при мощных разрядах и разрядах средней мощности обобщены соответственно на рис. 14, 15 (коли-индекс – количество микроорганизмов в 1 л.). Приведенные данные подтверждают факт существенного влияния формы рабочей гидрокамеры на эффективность (удельную энергоемкость) процесса обеззараживания ударными волнами. Это особенно наглядно видно на диаграммах на рис. 16, построенных для фиксированных величин удельной энергоемкости.

Коли-индекс Рис. 14. Результаты исследования эффективности воздействия УВ при мощных разрядах.

1 - цилиндрическая камера; 2, 3, 4- цилиндрическая камера с коническими каналами; обозначения I, II, III соответствуют различным точкам отбора проб; 5 - цилиндрическая труба • - отбор пробы на расстоянии 0,2 м от оси разряда, - на расстоянии 1м; 6 экстраполяция экспериментальных данных на условия изобарической камеры.

Отмечено, что при разрядах большой мощности и фиксированной величине затраченной суммарной энергии более эффективны кратные разряды по сравнению с единичными разрядами. Этот результат согласуется с данными теоретического анализа о росте удельной энергоемкости с увеличением энергии разряда при Е >1000 Дж.

Рис. 16. Относительное снижение коли-индекса при удельных энергозатратах 0.05 и 0,1 кВт·ч/м3 (справа) в рабочих гидрокамерах различной формы.

- мощные разряды, - разряды средней мощности, 1- экстраполяция экспериментальных данных на условия изобарической камеры, 2 – цилиндрическая труба, 3 цилиндрическая камера, 4 - экстраполяция экспериментальных данных на условия профилированной камеры, 5 - проточная изобарическая рабочая камера, 6 - сферическая камера, 7 сферическая камера с коническими каналами, 8 - проточная сферическая камера.

Сопоставление данных, полученных в идентичных условиях проведения экспериментов, указывает на зависимость эффективности обеззараживания от типа воды: при наличии в воде взвешенных частиц эффективность снижается (см. рис. 17).

Рис. 17 Относительное снижение коли-индекса в воде различного типа при разрядах равной энергии.

1-4 – коли-индекс, 5-8 – индекс колифага;

1 - модельный раствор, 2 - доочищенная сточная вода, 3 - природная вода, 4 - биологически очищенная сточная вода.

Физико-химический анализ проб воды, обеззараженной мощными разрядами, проведенный специалистами ОАО НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды показал, что бльшая часть показателей не изменилась. Специалистами также был подтвержден постэффект (вода сохраняла бактерицидные свойства в течение 5 суток), отмеченный ранее в ряде работ (Горячев В.Л., Рутберг Ф.Г., Федюкович В.Н., Жук Е.Г. и др.).

Коли-индекс



Похожие работы:

«Попов Михаил Владимирович АУДИТ РАСЧЕТОВ С БЮДЖЕТОМ ПО НАЛОГУ НА ДОБАВЛЕННУЮ СТОИМОСТЬ В ОРГАНИЗАЦИЯХ, СОВМЕЩАЮЩИХ НАЛОГОВЫЕ РЕЖИМЫ Специальность 08.00.12 - бухгалтерский учет, статистика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Краснодар - 2010 Работа выполнена на кафедре Бухгалтерский учет и аудит Сочинского государственного университета туризма и курортного дела Научный руководитель : доктор экономических наук, профессор Кисилевич...»

«Калашникова Миляуша Миннерависовна РАЗВИТИЕ СТРЕССОУСТОЙЧИВОСТИ СОТРУДНИКОВ ОПЕРАТИВНОГО СОСТАВА МВД Специальность: 19.00.13 – психология развития, акмеология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук Казань – 2009 2 Работа выполнена на кафедре психологии кризисных и экстремальных ситуаций факультета психологии государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Казанский государственный университет им....»

«КУЗИНА Людмила Леонидовна КВАЛИМЕТРИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ВУЗА 13.00.08 – теория и методика профессионального образования АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Екатеринбург 2012 Работа выполнена в ФГАОУ ВПО Российский государственный профессионально-педагогический университет Научный руководитель доктор технических наук, профессор Гузанов Борис Николаевич Официальные оппоненты : Чупина Валентина...»

«Вартанов Сергей Александрович Теоретико-игровые модели формирования коалиций и участия в голосовании 01.01.09 – дискретная математика и математическия кибернетика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2013 Работа выполнена на кафедре исследования операций факультета вычислительной математики и кибернетики Московского государственного университета им....»

«СОТНИКОВА Марина Сергеевна ПРАВО МУНИЦИПАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ НА ЗЕМЕЛЬНЫЕ УЧАСТКИ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Специальность 12.00.03 – гражданское право; предпринимательское право; семейное право; международное частное право Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук Краснодар 2009 2 Диссертация выполнена на кафедре гражданско-правовых дисциплин ГОУ ВПО Волгоградская академия государственной службы Научный руководитель : доктор юридических наук,...»

«УДК: 94 ( 575 ) 339.5: 625(575)(09) МАВЛАНОВ УКТАМ МАХМАСАБИРОВИЧ КОММУНИКАЦИИ И ТОРГОВЫЕ ПУТИ В СРЕДНЕЙ АЗИИ: ФОРМИРОВАНИЕ И ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ 07.00.01 – История Узбекистана АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора исторических наук Ташкент – 2009 Работа выполнена на кафедре Истории государственности Узбекистана и религиоведения Академии государственного и общественного строительства при Президенте...»

«СОРОКИНА Светлана Викторовна ДИСКУРСИВНЫЕ СТРАТЕГИИ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОБЩЕНИЯ В СОДЕРЖАНИИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ЛИНГВИСТА - ПРЕПОДАВАТЕЛЯ 13.00.08 – теория и методика профессионального образования АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата педагогических наук Махачкала - 2008 Работа выполнена в ГОУ ВПО Ставропольский государственный университет Научный руководитель - доктор педагогических наук, профессор Московская Наталия Леонидовна Официальные...»

«Ердяков Сергей Васильевич ДИСТАНЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ ТАЕЖНЫХ ЛЕСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС–ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ЦИФРОВЫХ И АРХИВНЫХ АНАЛОГОВЫХ АЭРО- И КОСМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ 06.03.02 – Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук Санкт-Петербург 2012 2 Работа выполнена в Санкт-Петербургском научно-исследовательском институте лесного хозяйства Научный руководитель : Любимов...»

«Кочаров Петр Александрович     ОТРАЖЕНИЕ ИНДОЕВРОПЕЙСКИХ НАЗАЛЬНЫХ ПРЕЗЕНСОВ В ДРЕВНЕАРМЯНСКОМ ЯЗЫКЕ     Специальность 10.02.20 – Сравнительно-историческое, типологическое и сопоставительное языкознание Автореферат диссертации  на соискание ученой степени кандидата филологических наук Санкт-Петербург 2008 Диссертация выполнена на кафедре общего языкознания факультета филологии и искусств Санкт-Петербургского государственного...»

«ЩУРОВА Лариса Владимировна ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ В КУЗБАССЕ (1931-1991 гг.) Специальность 07.00.02. – Отечественная история АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата исторических наук Кемерово 2007 Работа выполнена на кафедре истории России ГОУ ВПО Кемеровский государственный университет доктор исторических наук, профессор Научный руководитель Макарчук Сергей Владимирович доктор исторических наук, профессор Официальные оппоненты Петрушин...»

«СНИСАРЕНКО Светлана Олеговна ТЕХНОЛОГИИ СОЦИАЛЬНОЙ РАБОТЫ С НАСЕЛЕНИЕМ НА МУНИЦИПАЛЬНОМ УРОВНЕ Специальность 22.00.08 – Социология управления АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата социологических наук Санкт-Петербург 2009 2 Работа выполнена на кафедре социологии и управления персоналом НОУ ВПО Санкт-Петербургская академия управления и экономики Научный руководитель : доктор социологических наук, профессор Маргулян Яков Аронович Официальные оппоненты :...»

«БРЮЧКО Татьяна Александровна РАЗДЕЛ НАСЛЕДСТВА В ГРАЖДАНСКОМ ПРАВЕ: ВОПРОСЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ 12.00.03 - гражданское право; предпринимательское право; семейное право; международное частное право Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук Москва - 2011 Работа выполнена на кафедре гражданского права и процесса ФГОУ ВПО Академия права и управления Федеральной службы исполнения наказа­ ний Научный руководитель доктор юридических наук, профессор Блинков Олег...»

«РАДОМСКИЙ Ярослав Леонидович Этнический состав Причерноморской Руси Специальность 07.00.02 - отечественная история АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата исторических наук Москва - 2004 Работа выполнена на кафедре Истории России исторического факультета Московского педагогического государственного университета Научный руководитель : доктор исторических наук, профессор [КУЗЬМИН Аполлон Григорьевич] Официальные оппоненты : доктор исторических наук,...»

«НАЙДЕНОВА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА УСТАНОВЛЕНИЕ ДАВНОСТИ СЛЕДОВ КРОВИ НА ВЕЩЕСТВЕННЫХ ДОКАЗАТЕЛЬСТВАХ ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 14.03.05 Судебная медицина Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Москва 2013 1 Работа выполнена в Государственном бюджетном учреждении высшего профессионального образования Ижевская государственная медицинская академия Минздрава России Научный руководитель : Алексей Юрьевич Вавилов доктор медицинских наук,...»

«ДВОРЦЕВОЙ Александр Игоревич ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ НА ПЕРЕРАСХОД ТОПЛИВА Специальность 05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Новосибирск – 2010 1 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный...»

«Секиринский Денис Сергеевич...»

«Малахов Дмитрий Валерьевич ВЛИЯНИЕ МИКРОВОЛНОВОГО НАГРЕВА НА НИЗКОЧАСТОТНУЮ ПЛАЗМЕННУЮ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ Специальность 01.04.08 — физика плазмы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва 2011 Работа выполнена в Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН) и Московском государственном институте радиотехники, электроники и автоматики (техническом университете, МИРЭА) Научный руководитель : д. ф.-м. н., доцент Н.Н....»

«МОКРЯКОВ Илья Андреевич КЛИНИКО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АБДОМИНАЛЬНОГО СИНДРОМА У ДЕТЕЙ, ПЕРЕНЕСШИХ ОПЕРАТИВНЫЕ ВМЕШАТЕЛЬСТВА НА БРЮШНОЙ ПОЛОСТИ 14.00.09 — педиатрия 14.00.35 — детская хирургия Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата медицинских наук Иваново 2006 Работа выполнена на кафедре детских хирургических болезней с реанимацией и анестезиологией Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ивановская...»

«ДЗЮБА СЕРГЕЙ АНУФРИЕВИЧ Модели управления подсистемами предприятия в сфере среднего бизнеса и их инструментальное обеспечение Специальность: 08.00.13 – Математические и инструментальные методы экономики АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора экономических наук Иркутск – 2011 1 Работа выполнена в ГОУ ВПУ национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет (НИ ИрГТУ) Официальные оппоненты : доктор экономических наук, профессор...»

«Сорокин Кирилл Владимирович Возможность адаптации мирового опыта государственной поддержки экспорта российских производителей. Специальность: 08.00.14 – Мировая экономика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Москва - 2007 2 Работа выполнена на кафедре Управление внешнеэкономической деятельностью Государственного университета управления. Научный руководитель - кандидат экономических наук, Якушкин Виктор Сергеевич Официальные...»








 
2014 www.av.disus.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.