Введение к работе
Актуальность темы. Необходимость изучения гидродинамики и теп-ообмена пленок жидкости с переменной її постоянной вязкостью на ращающихся поверхностях обусловлена их широким использованием в азлнчных технологических процессах. Одной из технологий, где возни-ает необходимость изучения закономерностей растекания жидкости засплава) на вращающемся горизонтальном диске, является плазменный тособ производства минеральной ваты, разрабатываемый в научно-сследовательской лаборатории "Плазменные процессы и аппараты"' от-?ла плазменных и электроимпульсных технологий НИИ строительных ттериалов при Томском государственно!,! артітезсіурно-строп-гельном университете. При плазменном способе производства мнне-альной ваты, экономичном по энергозатратам и высокоэффективном по ссплуатационной надежности, расплав под действием центробежных сил вводится из вращающегося реактора на горизонтальный диск в виде идкой пленки, где происходит ее распад на отдельные струйки и непо-зедственное образование минерального волокна. Таким образом, в інове данной технологии лежат гидродинамические и тепловые процес->і, протекающие в движущейся под действием массовых сил пленке рас-пава. Очевидно, что качество, условия формирования волокна полнос->ю определяются гидродинамическими и тепловыми параметрами пле-эчного течения.
Большинство экспериментальных и теоретических исследований, эзволяющих сделать заключение, что построена достаточно полная теорія пленочных течений, относятся к пленкам, формирующимся и движу-:имся под действием сил тяжести, иногда с учетом двухфазного взаимо-:йствия свободной поверхности жидкости с набегающим газовым пото-эм. В сопоставлении с работами по течению жидких пленок на непо-їижньіх поверхностях различной формы объем информации о пленоч-
4 них течениях на вращающихся поверхностях значительно меньше, чтс
особенно заметно для жидкостей с быстро меняющейся вязкостью.
Поэтому, исходя из сказанного выше, вопрос о гидродинамике і
теплообмене при формировании и движении пленки жидкости (расплава
на вращающемся диске остается актуальным.
Цель работы. Основной целью работы является проведение теоре тического исследования процесса формирования и сноса пленки жидкості (расплава) на вращающемся диске и определение диапазона гидродина мических и теплофизнческих критериев, в котором возможно эффективно волокнообразование. Достижение указанной цели осуществлялось путе: решения следующих задач:
определение распределения скоростей и давления в пленке жидкост (расплава) на вращающемся диске;
построение асимптотического профиля свободной поверхности пленк жидкости (расплава) на вращающемся диске;
выяснение влияния переменной вязкости, зависящей от температуры, эффектов, связанных с образованием гарнисажного слоя, на движени высокотемпературной пленки расплава:
анализ устойчивости пленочного течения жидкости с переменной вя: костью на вращающемся диске.
Научная новизна. Впервые теоретически исследованы основные зг кономерностн пленочных течений жидкостей, как с постоянной так и с w ременной вязкостью, зависящей от температуры, что характерно для мі неральных расплавов. Установленные закономерности позволяют оцеш вать параметры пленочного течения как вблизи центра вращения, так на достаточном удалении от него. Впервые построено равномернс пригодное асимптотическое разложение для профиля свободной повер: ности пленки жидкости (расплава), формирующейся на вращающем< диске, справедливое на любом расстоянии от центра вращения диск
Найдены критические параметры образования гарнисажного слоя и определено его влияние на движение пленки расплава. Проведен анализ устойчивости пленочного течения жидкости с переменной вязкостью к длинноволновым возмущениям малой амплитуды; исхода из полученных результатов сделаны рекомендации по выбору технологических условий, способствующих эффективному формированию минеральных волокон.
Практическая значимость. Результаты, полученные при исследовании поведения пленки жидкости на поверхности вращающегося диска, позволяют осуществлять на практике течение пленки заданной толщины, необходимой для реализации технологии производства минерального волокна, включающей движение и распад пленки жидкости на быстровра-щающемся диске. Результаты анализа устойчивости неизотермического течения пленки жидкости с переменной вязкостью позволяют определить длину волны наиболее быстрорастущих возмущений и оценить параметры минеральных волокон, образующихся при распаде пленки расплава на кромке диска.
Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на Региональной научной конференции молодых специалистов (г. Томск, ТГУ, 1994г.), на научном семинаре по экологическим проблемам крупного промышленного центра (г. Новокузнецк, 1995г.), на Международной научной конференции "Сопряженные задачи механики реагирующих сред и экологии" (г. Томск, 1996г.), на научных семинарах кафедр теплогазоснабжения и вентиляции, прикладной механики ТГАСУ. а также отдела плазменных и электроимпульсных технологий НИИ строительных материалов при ТГАСУ, на научном семинаре кафедры физической механики ТГУ.
Публикации по теме диссертации составляют 5 наименований.
Структура и объем диссертация. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения и списка литературы. Общий объем диссертации 113 страниц, рисунков 13. Список литературы включает 71 наименование.