Введение к работе
Актуальность темы.
Возможность применение вихревых аппаратов для проведения тепло- и массообменных процессов обусловлена тем, что вихревые аппараты обладают управляемой в широких пределах активной гидродинамической характеристикой и структурой течения в рабочей камере. Локальные и интегральные свойства встречных закрученных потоков в вихревом аппарате (ВА) чрезвычайно многообразны. Варьируя совокупность его режимных и конструктивных параметров, можно управлять структурой и характером течения в нем, подбирать эффективные и благоприятные условия не только для процесса разделения фаз, но и для их взаимодействия. Например, в одном и том же аппарате возможна либо кратковременная обработка дисперсного материала с одновременным высокоэффективным улавливанием, либо длительная обработка со значительным временем пребывания материала в ВА.
Настоящая диссертационная работа направлена на исследование влияния режимных и конструктивных параметров ВА на структуру двухфазных потоков в нем, их основных характеристик, имеющих важнейшее значение для реализации того или иного тепло- и массо-обменного процесса с одновременным улавливанием дисперсной фазы. В работе предлагается методика гидравлического расчета ВА для тепло- и массообменных процессов, которая может способствовать созданию новых, высокоэффективных образцов вихревых аппаратов для тепло- и массообменных процессов.
Цель и задачи работы.
Исследование ВА с закрученными потоками с целью определения удерживающей способности, функции распределения времени пребывания, эффективности улавливания в режиме взвешенного закрученного кольцевого слоя (ВЗКС) дисперсного материала; расчет основных узлов ВА; разработка метода расчета вихревых аппаратов, предназначенных для тепло- и массообменных процессов; создание методики гидравлического расчета ВА для тепло- и массообменного процесса.
Достижение поставленной цели связано с необходимостью решения ряда задач, главными из которых являются:
— анализ научных работ, посвященных исследованию режим-но-конструктивных параметров ВА, методов их расчета, и обоснование необходимости их усовершенствования;
теоретическое и экспериментальное исследование зависимости технических параметров ВА (расход газа, удерживающая способность, потеря давления, эффективность улавливания дисперсного материала) от режимно-конструктивных параметров (кратность расхода, расход материала и его концентрация, диаметр и высота аппарата, конструкция и основные размеры завихрителей).
разработка замкнутой математической модели, связывающей технические параметры ВА с его режимными и конструктивными параметрами;
разработка алгоритмов и программ расчета на ЭВМ вихревого аппарата для тепло- и массообменного процесса.
Научная новизна работы.
Исследована теоретически и экспериментально удерживающая способность дисперсного материала в ВЗКС. Установлена ее зависимость от основных параметров (плотность материала, плотность газа, средняя скорость, диаметр сепарационной камеры, геометрические параметры завихрителей и др.).
Разработана специальная новая методика получения F-кривой отклика и исследована функция распределения времени пребывания материала в ВА, структура потоков в ВЗКС описана ячеечной моделью с числом ячеек 4'. Исследована теоретически и экспериментально удерживающая способность дисперсного материала в ВЗКС. "' Установлена зависимость между фракционной эффективностью улавливания ВА и его коэффициентом гидравлического сопротивления при наличие ВЗКС дисперсного материала.
Разработана новая методика гидравлического расчета и программа расчета вихревого аппарата, предназначенного для проведения тепло- и массообменных процессов.
Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности.
Получены инженерные формулы для расчета ВА предназначенного для тепло- и массообменного процесса.
Результаты работы могут быть использованы при проектировании вихревых аппаратов со встречными закрученными потоками для организации в них тепло- и массообменных процессов (сушки, термообработки, грануляции, и др.).
Разработанные методики и программы выбора и расчета вихревого аппарата дают основу для расширенного их применения в химической, текстильной и других отраслях промышленности.
Методики и программы расчета ВА, разработанные в диссертации, используются в учебном процессе и научной работе кафедры ПАХТ и БЖД МГТУ им. А.Н. Косыгина.
Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертационной работе обусловлена:
Достаточно глубоким анализом работ, опубликованных по исследуемой проблеме, применением корректных теоретических предпосылок и математических методов обработки аналитических и экспериментальных исследований, использованием современного оборудования и приборов для проведения экспериментов (фотоседи-ментограф «Анализетте-20» фирмы Fritsch, персональный компьютер класса Pentium-II и планшетный сканер UMAX), а также соответствием результатов теоретических разработок и экспериментальных данных. Применением современного математического аппарата в теоретической части работы и при разработке алгоритмов и программ расчета (пакеты прикладных программ Adobe PhotoShop 5.5 и MathCAD 8.0).
Апробация работы.
Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-98", "МКХТ-99" (Москва, 1998, 1999), на ежегодной научно-технической конференции МГТА (Москва, 1999 г), четвертом международном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Техника и технология экологически чистых производств» (Москва, 2000 г.), межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» (Москва, 2000 г.).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.
Объем и структура работы.