Материал: Разработка конструкции лабораторной установки по влиянию магнитного поля на свойства газа в процессе его горения

На одной из сторон шайбы выполнены глухие каналы, обеспечивающие разворот жидкости во время ее движения по зигзагообразному каналу 6.

На рисунке 3.3 показана шайба, расположенная в корпусе активатора топлива ОРТО-модификатор ОМТ-5.

Рисунок 3.3 - Шайба ОРТО-модификатора ОМТ-5:

- магнит; 9 - сквозной канал; 10 - глухой канал; 11 - установочный штив; 12 - глухое отверстие

Согласно рисунку 3.3, на сторонах шайб, обращенных друг к другу, выполнен фиксатор, представляющий собой установочный штифт 11, выполненный заодно с шайбой предыдущего модуля магнитов в процессе ее изготовления или запрессованный в шайбу, и глухое отверстие 12, расположенное на стороне шайбы последующего модуля магнитов, при этом глухое отверстие 12 сдвинуто по центральной оси относительно установочного штифта 11 на заданный угол α. В процессе сборки блока модулей магнитов установочный штифт 11 предыдущего модуля входит в глухое отверстие 12 последующего модуля, обеспечивая и фиксируя требуемое смещение и разворот сквозного канала каждого последующего модуля магнитов по отношению сквозного канала предыдущего модуля магнитов. Шайбы модулей магнитов выполнены из немагнитного материала.

Устройство, содержит шесть модулей. Источник магнитного поля выполнен в виде набора идентичных модулей, конструкция которых в собранном виде обеспечивает зигзагообразную траекторию протекания обрабатываемого газа. Длина средней линии зигзагообразного канала более 240 мм при длине собранного блока модулей 48 мм. Предлагаемая зигзагообразная форма рабочего канала обеспечивает гидродинамическую турбулизацию потока.

На рисунке 3.4 показаны магнитный диск из сплава неодим-железо-бор и немагнитный диск из сплава медно-никелево.

Рисунок 3.4 - Варианты исполнения дисков модулей

Согласно рисунку 3.4, дисковые магниты имеют диаметр 20 мм, толщину 2 мм, магнитная индукция 1,2 Тл. Материал магнитных дисков - сплав неодим-железо-бор (NdFeB). Материал немагнитных дисков - сплав медно-никелевый.

В качестве горелочного устройства используется портативная газовая горелка RS.701 TT-701.

Технические характеристики портативной газовой горелки

Масса: 70 г.

Габариты: 25 x 175 мм (диаметр x высота)

Расход газа: от 50 до 250 г/час

Рисунок 3.5 - Портативная газовая горелка RS.701 TT-701

Для дальнейших испытаний газовая горелка разделена на две части. К каждой части горелки приварен входной штуцер, для присоединения к активатору ОРТО-модификатор ОМТ-5.

На рисунке 3.6 показаны горелка и регулировочный клапан со штуцером диаметром 8 мм.

Рисунок 3.6 - Горелка и регулировочный клапан со штуцером

В качестве удерживающего устройства служит штатив. Он позволяет крепко зафиксировать горелку и выставить ее на необходимую высоту. С помощью закрепленной линейки производится измерение высоты и формы пламени.

На рисунке 3.7 показан штатив установки.

Рисунок 3.7 - Штатив установки:

- мерная линейка; 2 - фиксатор горелки; 3 - регулятор штатива по высоте

При наличии всех составляющих осуществляется сборка лабораторной установки. При помощи отрезков шланга и хомутов с открывающимся замком устанавливается герметичное соединение входного штуцера ОРТО модификатора ОМТ-5 и штуцера регулировочного клапана горелки, также производится соединение выходного штуцера модификатора и входного штуцера портативной горелки.

Технические характеристики хомута DAR 25-110/9.

Масса: 20 г.

Материал: нержавеющая сталь W2.

На рисунке 3.8 показан хомут DAR 25-110/9 с закрывающимся замком.

Рисунок 3.8 - Хомут DAR 25-110/9

На рисунке 3.9 показана установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа.

Рисунок 3.9 - Установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа:

-газовая горелка; 2-штатив; 3- ОРТО-модификатор ОМТ-5; 4-газовый шланг; 5-регулятор с фиксатором; 6-газовый баллончик

Согласно рисунку 3.9, ОРТО-модификатор 3 при помощи шланга 4 подключен к газовому баллончику 6 с одной стороны и к газовой горелке 1 с другой. В качестве удерживающего устройства для всей установки служит штатив 2.

На рисунке 3.10 показана установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа в размерах

Рисунок 3.10 - Установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа

.2 Принцип работы лабораторной установки

Собранная установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа работает следующим образом. Поток обрабатываемого газа, поступающий из газового баллончика, через входной штуцер модификатора поступает в корпус. Далее через сквозные каналы происходит деление на два потока, затем потоки газа движутся навстречу друг другу к центру модуля с магнитом. Потоки сталкиваются и разворачиваются на заданный угол α (90 градусов), далее попадают в глухие каналы и, двигаясь к периферии модуля вдоль оси Z, попадают в сквозные каналы последующего модуля, после прохождения которых процесс повторяется [8].

На рисунке 3.11 показано движение потоков газа активатора топлива ОРТО-модификатор ОМТ-5.

Рисунок 3.11 - Движение потоков газа в модификаторе

Согласно рисунку 3.11 все четные модули магнитов развернуты относительно нечетных модулей магнитов на угол α (90 градусов) по оси X. Обрабатываемый газ движется по зигзагообразному проточному каналу перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Поток турбулизируется за счет гидродинамического сопротивления, обусловленного формой проточного канала. В турбулентном потоке группы молекул интенсивно трутся и сталкиваются, что приводит к их частичному распаду, уменьшению вязкости и увеличению объемной доли топлива, и, в конечном итоге, повышению активности топлива в окислительных реакциях. Газ, обработанный магнитным полем, через выходной штуцер выходит из корпуса и поступает в горелку.

Конструкция модулей шайб с магнитами, обращенными одноименными полюсами друг к другу, формирует конфигурацию магнитного поля с увеличением индукции за счет компрессии магнитного потока и увеличивает количество зон неоднородного магнитного поля, в этом месте его воздействие на молекулы среды возрастает.

На рисунке 3.12 показано магнитное поле активатора топлива ОРТО-модификатор ОМТ-5.

Рисунок 3.12 - Магнитное поле

Порядок работы на лабораторной установке для исследования влияния магнитного поля на свойства газа проходит в следующем порядке:

Установка магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор (немагнитных дисков из сплава медно-никелевого) в шайбы модулей орто-модификатора ОМТ-5.

Формирование модулей, с образование проточного канала, и фиксация их в модификаторе.

Присоединение крышек и корпусу модификатора.

Присоединение регулятора с фиксатором к модификатору при помощи двух хомутов и отрезка шланга.

Присоединение горелки к модификатору при помощи двух хомутов и отрезка шланга.

Взвешивание газового баллона «Турист» электронными весами МИДЛ ЕНА251.

Занесение показаний весов в таблицу 3.1

Присоединение газового баллона.

Закрепление горелки на штативе, с выставленной высотой.

Открытие клапана с фиксатором.

Одновременный поджиг и включение таймера времени.

Длительность горения три минуты.

Закрытие клапана.

Снятие баллона и взвешивание.

Занесение показаний весов в таблицу 3.1

Испытания проводятся пять раз. Далее, магнитные диски в модулях модификатора заменяются на немагнитные, и исследования повторяются в той же последовательности.

В таблице 3.1 приведена форма для заполнения показаний изменения массы газового баллона «Турист».

Таблица 3.1 - Результаты исследования изменения массы газового баллона «Турист»

Взвешивание газового баллона «Турист» осуществляется электронными портативными весами МИДЛ ЕНА251.

Технические характеристики электронных весов МИДЛ ЕНА251.

Наибольший предел взвешивания: 500 г.

Дискретность: 0,1 г.

Масса: 112 г.

Размеры платформы: 60х72 мм.

Дисплей: жидкокристаллический.

Габариты: 75х114х15 мм.

На рисунке 3.13 показаны электронные портативные весы МИДЛ ЕНА251

Рисунок 3.13 - Электронные портативные весы МИДЛ ЕНА251

.3 Результаты исследования

.3.1 Исследование изменения масса баллона

В таблице 3.2 приведены результаты исследования изменения массы газового баллона «Турист».

Таблица 3.2 - Результаты исследования изменения массы газового баллона «Турист»

На рисунке 3.14 показан график изменения массы газового баллона при использовании магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор и немагнитных дисков из сплава медно-никелевого в шайбах модулей орто-модификатора.

Рисунок 3.14 - График изменения массы газового баллона

По результатам проведенных испытаний выявлено, что предлагаемый орто-модификатор ОМТ-5 для магнитной обработки различных сред позволяет более эффективно использовать газ для последующего применения. Расход сокращается на 12,6%.

.3.2 Исследование формы и характера пламени

Для описания формы и характера пламени сгорания газа используется фотофиксация горелок.

На рисунке 3.15 показано пламя горелки при использовании немагнитных дисков.

Рисунок 3.15 - Пламя горелки при использовании немагнитных дисков

На рисунке 3.16 показано пламя горелки при использовании магнитных дисков.

Рисунок 3.16 - Пламя горелки при использовании магнитных дисков

На рисунке 3.17 показано сравнительное пламя горелок с размерами при использовании магнитных и немагнитных дисков.

Рисунок 3.17 - Сравнительное пламя горелок с размерами при использовании магнитных и немагнитных дисков

Для описания формы и характера пламени используются схемы свободных факелов: ламинарного и турбулентного [20].

На рисунке 3.18 показан ламинарный факел.

Рисунок 3.18 -Ламинарный факел:

- чистый газ; 2 - смесь газов и продуктов сгорания; 3 - смесь из продуктов сгорания и воздуха; 4 -конусный фронт пламени

Согласно рисунку 3.18, внутри конусного ядра 1 находится чистый газ, вытекающий из трубки при ламинарном режиме течения. В зоне 2 смесь из газа и продуктов сгорания, в зоне 3 смесь из продуктов сгорания и воздуха. Граница 4 представляет собой гладкий конусный фронт пламени, к которому снаружи диффундируют молекулы воздуха, а изнутри молекулы газа.

Рисунок 3.19 -Турбулентный факел:

- чистый газ; 2 - зона медленного горения; 3 - зона интенсивного горения; 4 -фронт пламени с преобладанием воздуха

Согласно рисунку 3.19, структура пламени состоит из ядра чистого газа 1, зоны сравнительно медленного горения 2, размытой зоны наиболее интенсивного горения 3 с высоким содержанием продуктов сгорания и зоны горения 4 с преобладанием в ней воздуха.