Введение к работе
Актуальность темы. Процессы перемешивания жидких сред составляют значительную долю технологических операций во многих отраслях современной промышленности. Особенно широко перемешивание встречается в: пищевой отрасли; химической промышленности; строительной индустрии при ' приготовлении строительных растворов; косметической промышленности; нефтедобыче, нефтепереработке и т.д.
Основная задача перемешивания состоит в получении однородных растворов, дисперсных систем, интенсификации процессов химического превращения, массо- и теплопереноса. Перемешивание происходит либо самопроизвольно за счёт ' молекулярной диффузии,либо за счёт дополнительного ввода энергии в рабочую среду.
Существует множество классов перемешивающих устройств. К одному из наиболее распространённых классов относятся аппараты с механическими перемешивающими устройствами. В большинстве случаев, перемешивание в этих аппаратах осуществляется за счёт увлечения перемешиваемой среды вращающимися рабочими органами. Данный принцип перемешивания имеет множество существенных недостатков, связанных с образованием застойных зон в рабочем объёме, которые появляются по причине замкнутости траекторий движения рабочих органов. Эту проблему в основном решают за счёт усложнения траекторий движения рабочих органов и усложнения их геометрии, увеличения скоростей вращения, наложения вибраций и акустических полей, введения в объём жидкости всевозможных отражательных перегородок. Но решение одной проблемы зачастую влечет за собой возникновение других, таких как: чрезмерное усложнение конструкций смесителей, увеличение металлоемкости и рост их стоимости, а главное, значительно усложняет применение данных решений в аппаратах, перемешивающих вязкие среды. Поэтому очевидно, что дальнейшее развитие перемешивающих аппаратов в направлении усложнения традиционных методов не имеет практических перспектив, следовательно, необходимо разрабатывать новые принципы перемешивания.
Наиболее перспективной научной базой для реализации разработок новых перемешивающих устройств является нелинейная волновая механика, основанная коллективом исследователей под руководствомакадемика Ганиева РивнераФазыловича. В результате проведённых ими исследований, к настоящему времени открыт и подтверждён экспериментально ряд новых волновых эффектов в области динамики поведения жидких сред, в том числе многофазных. Наиболее интересными являются эффекты изменения физических и реологических свойств ряда сред, подвергнутых волновой обработке и эффект волновой интенсификации массообменных процессов.
Рыночная экономика, сопровождаемая конкурентной борьбой, требует постоянного расширения ассортимента продукции, улучшения её качества и снижения себестоимости. Это, в свою очередь, вызывает необходимость совершенствования технологического оборудования и внедрения новых
прогрессивных технологий. Хорошие перспективы открыты для разработки и внедрения новых типов смесителей, обладающих превосходящими характеристиками за счёт реализации эффектов нелинейной волновой механики. Эта работа является развитием направления по созданию волновых машин и аппаратов.
На основании вышесказанного можно заключить, что, несмотря на всё многообразие существующих перемешивающих устройств, работы в области исследования и разработки *новых принципов перемешивания и аппаратов, реализующих эти принципы, являются актуальной задачей. '"'" Цель работы. Получение новых научных данных о динамике процессов волнового перемешивания жидких сред, основанных на явлениях и эффектах нелинейной волновой механики.
Основные задачи исследований.
Анализ существующих решений в области перемешивания жидкостей, а также явлений и эффектов нелинейной волновой механики в области динамики поведения жидких сред при волновых воздействиях.
Разработка методики проектирования резонансного колебательного привода волнового смесителя и установок для изучения динамики процессов волнового перемешивания.
Разработка методик и проведение экспериментальных исследований с целью определения оптимальной геометрии рабочего органа волнового смесителя и подтверждения эффектов волнового перемешивания. Исследование резонансных режимов колебательного привода, разработка оптимизированной конструкции волнового смесителя жидкостей на основании полученных результатов и разработанных методик.
Научная новизна.
На основе анализа существующих методов перемешивания жидкостей и современных перемешивающих устройств, а также явлений и эффектов нелинейной волновой механики предложена принципиально новая модельволнового смесителя жидких сред.
Получены экспериментальные картины течения жидкости, порождаемой колеблющимся телом несимметричной формы, затопленным в жидкость, выявлена зависимость осреднёшюй скорости течения от амплитуды колебаний.
Разработана научно обоснованная методика проектирования резонансного самоуравновешенного возбудителя крутильных колебаний.
В качестве примера приведены экспериментальные данные по воздействию волнового перемешивания на физические свойства нескольких типов жидкостей различной вязкости.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы и основные положения докладывались на:Международной научной школе молодых учёных и специалистов «Механика неоднородных жидкостей в полях внешних сил:Вихри и волны», ИПМ РАН, Москва 2011г.;Всероссийской научной школе молодых учёных «Механика неоднородных жидкостей в полях
внешних сил», ИПМ РАН, Москва 2010г.; 24-ом Симпозиуме по реологии, ИНХС РАН,Карачарово 2008г.;2-й Международной научно-технической конференции Стройхимия 2005, г. Киев 2005г.; XXIII Российской школе по проблемам науки и технологий, Миасс 2003г.; ежегодных семинарах НЦ НВМТ РАН.
Практическая ценность.
Разработанный волновой смеситель жидкостей позволяет осуществлять перемешивание жидких сред вязкостью до 200Па*с, с превосходящим существующие образцы смесителей качеством перемешивания при соразмеримых или меньших энергозатратах. Также волновой смеситель позволяет осуществлять воздействие на физические, реологические, строительно-технологические свойства перемешиваемых сред. Модульная конструкция волнового смесителя позволяет без существенных дополнительных затрат встраивать его в различные технологические линии пищевой, косметической, химической и многих других отраслей современной промышленности.
Публикации.
Основные научные положения и результаты диссертационной работы освещены в 12-ти печатных работах, в том числе 3 статьи в научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объём работы.
Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 96 наименований и двух приложений. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста и содержит 51 рисунок и 2 таблицы.
