Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время инженерами-практиками уделяется большое внимание разработке высокоэффективных ресурсосберегающих экологически чистых технологических аппаратов, предназначенных для газоочистки, утилизации промышленных отходов (зол, шлаков) и производства звуко- и теплоизоляционных материалов. Так как основой этих устройств являются элементы, в которых осуществляются закрученные пленочные течения или, что характерно для высокотемпературных технологий, течения пленок жидкости с переменной вязкостью, требуется привлечение результатов экспериментальных н теоретических исследований этих классов движений жидкости.
Однако, в отличие от стекающих, вращающиеся жидкие пленки и пленки с переменной вязкостью изучены Недостаточно хорошо. Налицо несоответствие уровня научных исследований таких пленочных течений с потребностями практики. С другой стороны, особенности их поведения, являющиеся принципиальными, представляют интерес для теории пленочных течении в целом.
Этими причинами обусловлена актуальность теоретического анализа гидродинамики и тепломассообмена закрученных пленок жидкости и пленок жидкости с переменной вязкостью.
Цель работы. Основной целью работы является: 1. Изучение гидродинамики жидкой пленки на внутренней поверхности вращающегося с постоянной угловой скоростью цилиндра.
Выявление и анализ особенностей течения пленки в условиях отсутствия продольных массовых движущих сил.
-
Исследование гидродинамических, массообменных процессов и процессов улавливания пыли в контактном элементе, представляющем собой цилиндрический канал (трубу) со шнеком.
-
Изучение гидродинамики формирования и стекания пленки, вязкость которой является экспоненциальной функцией от обратной температуры и теплообмена в ней.
Научная новизна.
Впервые теоретически исследовано пленочное течение жидкости на внутренней поверхности вертикального вращающегося цилиндра, проведен анализ физики такого течения, который позволил выяснить его характерные особенности.
Впервые получено приближенное аналитическое решение сопряженной задачи ламинарного течения газа с пленкой жидкости на стенке в трубе со шнеком. Найдена зависимость для толщины пленки от параметров газового потока и жидкости, на основе которой проведено отсутствующее до настоящего времени обобщение эксперимента. Эти результаты позволили изучить массообменные процессы в контактном элементе и получить критериальные соотношения, их описывающие. Выведены формулы и разработан алгоритм расчета пылеулавливания в рассматриваемом устройстве.
Впервые предложена физико-математическая модель формирования пленки расплава, вязкость которого экспоненциально зависит от обратной температуры, на торцах оплавляемых низкотемператур-
ной плазмой брикетов. Изучена гидродинамика и теплообмен в пленке, найдены оптимальные условия проведения процесса плавления. Предложена классификация пленочных течений.
Практическая значимость.
Результаты, полученные при изучении поведения пленки жидкости во вращающемся цилиндре позволяют осуществлять на практике устойчивое течение пленки заданной толщины, необходимой для реализации технологии производства минерального . волокна во вращающемся плазмо-химическом реакторе.
Исследование гидродинамики, массообмена и пылеулавливания в трубе со шнеком привело к выводу о перспективности использования такого контактного элемента в целях газоочистки, что дает возможность перейти к разработке и созданию высокоэффективных газоочистных установок экспериментального и в последующем промышленного типа. При этом оптимальные технологические параметры могут быть определены на основе полученных в настоящей работе теоретических соотношений.
Результаты анализа гидродинамики и теплообмена в пленке на торце оплавляемого брикета позволяют, во-первых, обеспечить на практике необходимую стационарность технологического процесса брикетной технологии производства минерального волокна и, во вторых, заданную производительность установки.
Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на Международной научной конференции "Сопряженные задачи физической механики и экология" (г.Томск,
1994г.), на научном семинаре по экологическим проблемам крупного промышленного центра (г.Новокузнецк, 1995г.), на Международной научной конференции ''Сопряженные задачи механики реагирующих сред и эко іогии" (г.Томск, 1996г.), на научных семинарах кафедры Теплогазоснабженнк и вентиляции, Прикладной механики ТГАСА, а также Отдела плазменных и электроимпульсных технологий НИИ строительных материалов при ТГАСА.
Публикации по теме диссертации составляют 9 наименований.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 130 страниц, рисунков 15. Список литературы включает 85 наименований.