Введение к работе
Актуальность темы. Процессы механической обработки
дисперсных систем (измельчение, овализация, активация,
перемешивание) в химической технологии являются широко распространенными и очень энергоёмкими, что и определяет значительный теоретический и практический интерес исследований в данной области.
Применяемое в настоящее время оборудование для реализации заданных процессов далеко не во всех случаях отвечает современному уровню развития науки и техники, что и определяет перспективность универсальных машин и аппаратов пригодных для использования в широком спектре гидромеханических процессов. Зачастую широкому внедрению такого оборудования препятствует отсутствие научно обоснованных методик применения и расчета.
Повысить интенсивность процессов в аппарате можно путем структурирования потоков и рационального использования гидродинамических эффектов в системах жидкость-твердое тело. Этого можно достигнуть с помощью вихревой организации движения обрабатываемых сред. Такое движение широко используется в науке и технике, и обеспечивает существенную интенсификацию процессов переноса массы, энергии, количества движения.
Предлагаемые для исследования роторно-вихревые аппараты -представляют сравнительно новый класс роторных аппаратов, в которых вихревое движение обрабатываемой среды возбуждается в канале, вращающемся вокруг внешней оси. В процессах измельчения малопрочных продуктов и овализации частиц, указанные аппараты обладают значительными преимуществами по сравнению с используемыми в промышленности, например барабанными мельницами или роторно-пульсационными аппаратами. Широкому промышленному внедрению роторно-вихревых аппаратов препятствует отсутствие общих методик расчета, которые исчерпывающе раскрывали бы закономерности движения фаз в рабочей зоне роторно-вихревого аппарата.
Сложность проведения натурного эксперимента в исследуемых аппаратах предполагает широкое использование различных методов математического моделирования. Имея достаточно точное описание
гидромеханических процессов в характерных рабочих зонах аппарата, можно проводить обоснованный выбор конструкции и режимных параметров оборудования, что приводит к экономии энергии, металла, трудовых затрат, к улучшению качества конечной продукции.
Цель работы. Создание высокоэффективных роторно-вихревых аппаратов для измельчения и овализации дисперсных материалов, в том числе потенциально опасных, в жидкофазных средах. Разработка научно-обоснованной методики их расчета на основе комплексных теоретических и экспериментальных исследований.
Научная новизна. Исследовано течение жидкости в рабочих каналах роторно-вихревых аппаратов, что позволило обосновано подойти к определению их геометрических размеров.
На основании математической модели движения дисперсных частиц в криволинейном потоке предложен механизм их взаимодействия со стенкой рабочего канала, исключающий её эрозионный износ, что подтверждено экспериментально.
Рассмотрена математическая модель взаимодействия частиц в суспензии, позволяющая определить оптимальное отношение твердой и жидкой фаз в рабочих каналах роторно-вихревых аппаратов, а также частоту взаимных соударений.
Предложена зависимость для определения критической скорости поверхностного (эрозионного) разрушения частиц.
Практическая значимость. Разработан программно-аппаратный комплекс с датчиком пьезоэлектрического принципа действия для изучения закономерностей распределения твердых частиц по скоростям и размерам в двухфазном потоке, отличающийся тем, что позволяет измерять скорость частиц в двух плоскостях одним датчиком. Практическая реализация метода выполнена с использованием ПЭВМ, что позволяет обрабатывать поступающую с датчиков информацию в масштабе времени близком к реальному.
Предложена методика инженерного расчета технологических и конструктивных параметров роторно-вихревых аппаратов, основные функциональные элементы которых выполнены в виде вихревых каналов, движение в которых индуцируется внешним по отношению к ним течением. Показана высокая эффективность процессов измельчения, овализации и смешения в изучаемых аппаратах.
'5
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийском совещании "Наука и технология силикатных материалов в современных условиях рыночной экономики" (Москва, 1995), VII конференции по теории и практике перемешивания в жидких средах (Санкт-Петербург, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре работы.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов, приложений и списка литературы. Материал диссертации изложен на 189 страницах (из них 15- приложения), содержит 46 рисунков и список литературы из 149 наименований.