Введение к работе
з
Актуальность работы. Процессы тепло-масообмсна (ТМО) широко используются п современных технологиях и помимо задачи создания развитом межфазной поверхности, что особенно характерно для некоторых процессов иассообмена, требуют усиления конвекции сплошных пли двухфазных систем жидкость-газ.
В ряде отраслей техники для перемещения или перемешивания среды іеобходимо использование уезройств, не имеющих клапанов, трущихся и іращающихся частей. Кроме того, относительная концентрация компонентов в смеси жидкость-газ может меняться в широких пределах, что налагает іа используемые методы дополнительные условия. Отсутствие эффективных іетодов, в совокупности учитывающих эти обстоятельства, определяет акту-ільность предлагаемой работы.
В работе предложен и исследован новый метод интенсификации таких іроцессов, в основе которого лежит виброперемещение среды при комбипи-юванном использовании нелинейных инерционных эффектов и подвижной говерхности, ограничивающей рабочий объём.
Целью работы является создание метода виброперемещения и переме-лівания среды жидкость-газ, некритичного к относительной концентрации омпонентов и допускающего конструктивные решения без клапанов, тру-дихся и вращающихся частей; доказательство эффективности метода при нтенсификации некоторых процессов ТМО применительно к нуждам кос-шческой техники и медицины.
В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следую-ще задачи:
- разработка математической модели виброакустических устройств на
снове системы уравнений Лагранжа;
- математическое моделирование и оптимизация конструктивных па-
аметров и режимов работы виброакустических устройств при работе в
плошных средах с различными физическими свойствами (жидкость, газ);
- разработка метода дестратификации температурных полей в жидко-п і;
разработка способа ускорения абсорбционных процессов и системе жидкость-газ;
построение теоретической модели, ошисыиающей кинетику необратимой реакции первого порядка в системе жидкость-газ;
разработки методик и проведение жтпериментов по обоснованию модели на примере хемосорбции озона водой;
разрабоїка нового метода стерилизации изделий медицинского назначения с виброперемещением и рециркуляцией системы жндкость-озоно-содержащий газ;
- разработка опытного образца озонового стерилизатора.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
впервые предложен метод вибровоздействия на среду, одновременно использующий нелинейные инерционные эффекты при взаимодействии знакопеременного потока с отверстием в диафрагме, а также подвижность точек поверхности, ограничивающей рабочий объём;
выполнены модельные исследования метода на основе решения уравнений Лагранжа; ч-
на основе экспериментальных исследований предложены различные способы конструктивной реализации метода, получены данные по их оптимальным характеристикам при работе в газожидкостных средах;
на модельной установке показана эффективность метода при дестра-тификации температурных полей в жидкости;
разработаны основы озоновой стерилизации изделий медицинского назначения, позволяющие благодаря использованию упомянутого метода виброперемещения среды жидкость-газ повысить эффективность использования и сократить расход озона по сравнению с зарубежными аналогами;
построена кинетическая модель необратимой реакции первого порядка и осуществлена её экспериментальная проверка на примере хемосорбции озона водой.
Практическая значимость результатов работы. Полученные результать позволяют упростить конструкцию перемешивающих устройств или насосов отказавшись от использования клапанов, трущихся и вращающихся деталей Соответствующие устройства некритичны к относительной концентрації!
компонентов п среде жидкое гь-гач, досчаточно хорошо работая как на капельной жидкости, так п однородной газовой среде.
Возможно использование таких устройств для десгратификации тепловых полей в баковых системах космических аппаратов в условиях невесомости, где гравитационная конвекция отсутствует, а газ наддува в жидком топливе представляет среду со случайными неоднородностями практически произвольного спекіра размеров. Подобная проблема в перспективе особенно важна для орбитальных топлнвохранилищ при решении задач межпланетной астронавтики.
Внедрение метода позволяет решить проблему эффективного и экономичного использования озона в медицинских стерилизаторах. Разработан и подготовлен к медицинским испытаниям опытный образец такого стерилизатора.
Достоверность результатов, выводов и практических рекомендаций достигается чёткой формулировкой целей и задач исследования, математическим моделированием исследуемых устройств и процессов на базе ПЭВМ, тщательной отработкой методик экспериментальных исследований и обработки экспериментальных данных, согласованием данных теоретических и экспериментальных исследований, техническим воплощением результатов работы.
На защиту выносятся:
вибрационный метод перемещения и перемешивания газожидкостных сред, характеризующийся повышенной эффективностью при одновременном использовании нелинейной инерционности и подвижной поверхности, ограничивающей рабочий объём;
конструкции виброустройств для интенсификации процессов ТМО без клапанов, трущихся и вращающихся деталей, некритичные к относительной концентрации компонентов в системе жидкость-газ;
способ температурной дестратификации жидкой среды применительно к условиям невесомости;
рециркуляция системы жидкость-озоносодержащий газ с помощью упомянутого вибрационного метода как фактор, позволяющий повысить
эффективность использования озона при стерилизации изделий медицинско го назначения.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертант докладывались и обсуждались на:
Всесоюзном симпозиуме "Акустическая кавитация и проблемы интен сификации технологических процессов" (Одесса, сентябрь 1989 г.);
Республиканской научной конференции "Разработка новых техноло гий и научно-обоснованной системы стерилизации, новых способов и мето дов дезинфекции" (Киев, 1993 г.).
По теме диссертации имеется 7 научных публикаций, из них 1 автор ское свидетельство, 1 работа в виде тезисов доклада на Всесоюзном симпо зиуме.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит и: введения, пяти разделов, списка использованной.литературы и приложений Общий объём составляет 124 стр., в том числе 98 стр. машинописного текста 31 рисунок, 4 таблицы. Список литературы включает 88 наименований.
\'
