Введение к работе
Актуальность темы. Одной из наиболее распространенных технологических операций в мировом хозяйстве является термохимическая обработка гетерогенных сред. Примеров течения смесей жидкости и частиц в природе и технологических приложениях исключительно много. К ним относятся газовзвеси, псевдоожиженные слои, суспензии, коллоидные растворы, т.е. многофазные системы широко использующиеся в различных областях промышленности.
Настоящая диссертация посвящена теоретическому исследованию движения дисперсных потоков, в которых обмен импульсом и энергией между частицами осуществляется посредством случайных полей скорости и давления в жидкости. Такой механизм межчастичного обмена оказывается основным в коллоидах и суспензиях относительно мелких частиц, представляющих достаточно широкий класс дисперсных систем. Несмотря на обширные теоретические и экспериментальные исследования движения таких систем, ряд основных проблем остается не решенным. В частности, существующие теории мелкодисперсных потоков совершенно не учитывают эффекты, обусловленные исчезновением свободного обьема частиц при переходе к плотноупзкованному состоянию, что делает их не пригодными для описания потоков с достаточно высокой концентрацией частиц.
Цель и задачи исследования.
-
Построение развернутой реологической модели концентрированных мелкодисперсных потоков.
-
Рассмотрение эффектов, обусловленных исчезновением свободного объема частиц при переходе к плотноупакованному их состоянию.
-
Создание физической модели гидродинамических пульсаций, порождаемых сдвигом.
-
Изучение влияния пульсаций, вызываемых различными причинами, на взвешивание частиц в напорных течениях.
-
Исследование устойчивости одномерных вертикальных мелкодисперсных потоков в широком диапазоне концентраций частиц.
Научает новизна.
В работе получены следующие научные результаты:
-
Получены основные реологические соотношения, полностью замыкающие гидродинамические уравнения движения концентрированных мелкодисперсных потоков. Предложено наиболее общее выражение для тензора нормальных напряжений.
-
Выписано выражение для дисперсии флуктуации концентрации монодисперсной системы. Обсуждается влияние плотности среды на
интенсивность флуктуации объемной концентрации частиц.
-
Приведены представления для наиболее важных статистических характеристик псевдотурбулентности.
-
Рассмотрено влияние стесненности на интенсивность процессов переноса в концентрированных мелкодисперсных системах. Получены представления для главных значений тензора самодиффузии частиц, учитывающие эффекты свободного объема.
-
Найдено выражение для коэффициента эффективной вязкости диспергированной фазы в области высоких концентраций частиц.
Практическая ценность работы. Полученные результаты дают "естествеїпїое-ооьяс1їе1іше-^яд3^9^5ектов, наблюдавшихся при стратификации потоков суспензий и коллоидов, что является качественным подтверждением развитых физических соображений о механизме взвешивания частиц. Результаты работы показали применимость модели к решению проблемы эффективной подачи различных материалов в доменные печи, с целью экономии дорогостоящего кокса. Основные результаты по исследованию устойчивости и свойств волн максимального роста находят качественное согласие с известными автору экспериментальными данными, что подтверждает правомочность предложенного подхода как достаточно надежную основу дальнейших теоретических исследований особенностей течения бесстолкновительных мелкодисперсных систем.
Автор защищает:
реологические соотношения, полностью замыкающие гидродинамические уравнения движения концентрированных мелкодисперсных потоков, выражение для тензора нормальных напряжений;
представления для главных значений тензора самодиффузии частиц, учитывающие эффекты свободного объема;
выражение для коэффициента эффективной вязкости диспергированной фазы в области высоких концентраций частиц;
модель гидродинамических пульсаций, возникающих в результате относительного движения частиц в сдвиговых потоках;
результаты исследования устойчивости и характеристик возмущений с максимальным инкрементом нарастания в интервале умеренных и высоких концентраций частиц диспергированной фазы.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на "Первой Российской национальной-конференции по теплообмену" (ноябрь, 1994, Москва), на конференции "Современные проблемы механики и математической физики" (январь, 1994, Воронеж), на расширенных семинарах кафедры математической физики УрГУ, на научном семинаре кафедры механики сплошных сред БашГУ. Ма-
терцалы диссертации изложены в 8 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из четырех глав, заключения и списка литературы. Основной материал работы изложен на 131 страницах машинописного текста, 29 рисунков и списка литературы из 117 названий.