Содержание к диссертации
ВВВДЕНИЕ 8
1. ПЕРЕНОС ТВЕРДШ ЧАСТИЦ В МНОГОФАЗНЫХ ПОТОКАХ 16
1.1. Анализ математических моделей, описывающих процессы переноса в многофазных потоках. 16
1.2. Анализ и классификация методов расчета эффективности обеспыливания 34
Выводы по разделу 58
2. ПОДХОД К ТЕОРИИ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ 59
2.1. Системный подход к решению проблем обеспыливания, выбор процессов и аппаратов с учетом свойств пыле-газового потока 59
2.2. Переход от вероятности события к эффективности обеспыливания 73
2.3. Анализ уравнений движения пылевых частиц в производственных объемах. 93
2.4. Вывод уравнения в частных производных для прогноза эффективности обеспыливания 122
2.5. Разработка метода определения коэффициентов диффузии пылевых частиц в различных условиях обеспыливания 132
2.6. Выбор граничных условий в задачах обеспыливания. 140
2.7. Разработка математической модели для расчета эффективности обеспыливания 143
Выводы по разделу 154
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ BLCHETA ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЕСПЫ
ЛИВАНИЯ ЛОКАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОШШЗ 158
3.1. Пылеулавливание в гравитационном поле 160
3.1.1. Математическая модель пылеулавливания 161
3.1.2. Расчет эффективности пылеулавливания 169
3.2. Перенос пыли и интенсивность процесса пылевыделения из локального замкнутого производственного
объема 170
3.2,1. Расчет концентрации пыли в локальном замкнутом
объеме 180
3.3. Пылеулавливание в электрическом поле 183
3.3.1. Математическая модель процесса пылеулавливания. 184
3.3.2. йісчет эффективности пылеулавливания 193
3.4. Пылеулавливание в пористых средах 203
3.4.1. Математическая модель процесса пылеулавливания. 204
3.4.2. Расчет эффективности пылеулавливания 216
3.5. Пылеулавливание в центробежном поле 219
3.5.1. Дифференциальные уравнения движения пылевых частиц в циклонных аппаратах 221
3.5.2. Расчет траекторий и параметров движения пылевых частиц в различных зонах циклонного аппарата. , 233
3.5.3. Математическая модель процесса пылеулавливания в циклонных аппаратах 239
3.5.4. Расчет фракционной эффективности циклонного аппарата 243
3.5.5. Экспериментальные исследования модульных циклонных аппаратов 250 Стр.
3.5.5.1. Аэродинамические исследования полей скоростей воздушного потока 253
3.5.5.2. Оптимизация конструкции отсекателя бункерной
зоны 371
3.5.5.3. Оптимизация конструкции перераспределяющих лопаток. 273
3.5.5.4. Оптимизация конструкции обтекателя радиального стока л с о
3.5.5.5. Исследование эффективности циклонных аппаратов
в области низких начальных концентраций. 279
3.6. Пылеулавливание жидкостным аэрозолем в вихре
вых пенно-капельных аппаратах 293
3.6.1. Математическая модель процесса пылеулавливания 294
3.6.2. Экспериментальные исследования 3 3.
6.2.1. Оптимизация конструкции и режима работы. 336
3.6.2.2. Влияние пенообразователей на эффективность 343
3.6.2.3. Оптимизация параметров жидкостной системы. 347
3.6.2.4. Влагоунос из аппарата. 353
3.7. Удаление пыли из локального незамкнутого производственного объема. , 356
3.7.1. Математическая модель процесса пылеудаления. 361
3.7.2. Экспериментальные исследования вихревых пыле-приемников, активированных приточной закрученной струей 368
Выводы по разделу 382
4. РАЗНБОЇКА МЕТОДОВ ШЖГА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ОГВШИЧЕННЫХ ПРОЙШОДОТВЕНШХ ОЕЬЕ MQB. 386 Стр.
4.1. Анализ процессов переноса пыли в ограниченном производственном объеме. Выбор требуемой эффективности обеспыливания. 387
4.2. Оседание и витание пыжи, переход из свободно-дисперсного в связнодисперсное состояние, интенсивность пыленакопления 400
4.3. Взметывание пыли с поверхностей 410
4.4. Уборка пыли и технологических просыпей с поверхностей.
4 4.4.1. Математическая модель процесса взметывания и движения пылевых частиц в зоне действия насадка 427
4.4.2. Экспериментальные исследования вихревых насадков 431
4.5. Перенос пыли с учетом процессов выделения, оседания, взметывания и уборки технологических просыпай, пыли 437
4.6. Расчет коэффициентов диффузии пылевых частиц. 444
Выводы по разделу 445
5. ПРАКТИЧЕСКАЯ ШЛИЗЩЩ ШШЛАТОВ ЙСШВДШАШЙ. 449
5.1. Опытно-промышленная проверка результатов исследований 449
5.2. Объемы и результаты внедрения нормативной документации и методических разработок. 467
5.3. Общенаучная, экономическая и социальная оценка результатов работы 471
Выводы по разделу 487
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 4
Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблемы охраны окружающей природной и производственной сред в настоящее время являются одними из наиболее актуальных. Необходимость их решения становится с каждым годом все более настоятельной.
Интенсификация производственных процессов, различные традиционные и новые технологии на основе сырья в дисперсном виде часто сопровождаются процессами пылеобразования и пыжевыделения. Это стимулирует развитие новых способов и средств обеспыливания повышенной эффективности и надежности на основе дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.
досматривая вопросы обеспыливания, приходится решать две взаимосвязанные задачи - внутреннюю и внешнюю. Решение внутренней задачи позволяет снизить запыленность воздуха в ограниченных производственных объемах до ПДК,улучшить санитарно-гигиенические условия труда работающих, повысить взривобезопасность ряда производств. Внешняя задача направлена на снижение промышленных выбросов запыленного воздуха в атмосферу до ПДВ и его рассеивание.
В связи с этим все возрастающее значение приобретают вопросы прогнозирования и расчета эффективности различных процессов обеспыливания, а также разработка и освоение высокоэффективных и надежных в эксплуатации технических средств обеспыливания.
Пылевые потоки представляют собой системы типа твердое-газ-жидкое, в которых в результате межфазного и внутрифазного взаимодействия проявляются детерминированно-стохастические закономерности. Детерминированные явления формируют процесс обеспыливания и описываются фундаментальными законами физико-химической механики. Стохастические явления существенно влияют на процесс переноса в реальных условиях. Для описания детерминиро-ванно-стохастических процессов в смежных отраслях науки получили интенсивное развитие различные группы статистического подхода. Применительно к обеспыливанию отдельные процессы были рассмотрены на основе статистического подхода с использованием уравнений А.Н.Колмогорова. Граничные условия, принятые авторами, противоречивы. Более широкие возможности обобщения на единой теоретической основе заложены в статистическом подходе, связанном с уравнением І.СДІонтрягина. В этом случае выбор граничных условий физически обоснован, а искомая функция представляет собой основной качественный показатель - эффективность обеспыливания.
Современный уровень развития физико-химической механики многофазных потоков не позволяет рассчитывать все процессы и аппараты обеспыливания только на основе реализации их математических моделей. Необходимы и экспериментальные исследования.
Одним из современных направлений в интенсификации процессов обеспыливания является применение вихревых режимов работы. Их эффективность зависит от конструктивных и режимных параметров, свойств газопылевых потоков. Поэтому актуальны также разработка и экспериментальное исследование технических средств с вихревым режимом работы, исследование внутрифазного взаимодействия частиц пыли и жидкостного аэрозоля в зависимости от их упругих свойств.
Настоящее исследование выполнено в соответствии с планом НИР іЬстовского ИСИ, программой ГКНТ и отраслевой научно-технической программой. Цель работы. Создание научного направления по прогнозированию и расчету эффективности процессов, технических средств обеспыливания и разработка на этой основе конструкций с вихревым режимом работы, обеспечивающих снижение пылелоступлений в окружающую среду.
Основная идея, работы состоит в реализации детерминированно-стохастического подхода, базирующегося на вероятности достижения частицами пыли границ исследуемой области с учетом более общих граничных условий на этих поверхностях, для прогнозирования и расчета эффективности.
Методы исследования включали: анализ и научное обобщение результатов исследований других авторов, математическое и физическое моделирование, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ЭШ, сопоставление полученных результатов с экспериментальными исследованиями, выполненными в лабораторных и промышленных условиях и результатами, полученными другими авторами.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована выбором физических моделей, базирующихся на фундаментальных положениях физико-химической механики и математических моделей, основанных на современной теории вероятностей, и подтверждена адекватностью теоретических положений, научных выводов с результатами экспериментальных исследований, работами других авторов, получением прогнозируемых результатов при внедрении на производстве.
Научная новизна наиболее существенных результатов работы и их значимость состоят в том, что:
- разработано научное направление по прогнозированию и расчету эффективности процессов и технических средств обеспыливания, базирующееся на вероятности достижения частицами пыли границ исследуемой области и позволяющее учитывать наиболее существенные режимные и конструктивные параметры, свойства пылегазово-го потока, более общие граничные условия и стохастические явления;
- построены математические модели процессов выделения, распространения, оседания, накопления, взметывания, удаления, улавливания и уборки пылей при обеспыливании и получены аналитические и численные решения, описывающие ранее не учитываемые факторы;
- разработан способ определения коэффициентов диффузии частиц пыли, защищенный авторским свидетельством на изобретение (а.с. № 1229649);
- разработаны физико-математические модели взаимодействия частиц пыли между собой и с частицами жидкостного потока, обладающих упругими свойствами, в условиях слаботурбулизированного и закрученного потоков;
- получены экспериментальные зависимости, характеризующие влияние режимных и конструктивных параметров, свойств пылегазо-вого и жидкостного потоков на эффективность обеспыливания.
