Исследование волнового смесителя жидких сред

• Автор: Панин, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Обзор существующих решений в области перемешивания жидких сред, постановка задачи
1.1 Существующие методы перемешивания жидкостей
1.2 Классификация механических перемешивающих устройств
1.3 Особенности перемешивания вязких сред
1.4 Волновые явления и эффекты в жидких средах из области нелинейной волновой механики
1.4.1 Механизмы появления односторонне направленных течений, возникающих в результате колебательных воздействий
1.4.2 Эффект аномального снижения вязкости
1.4.3 Интенсификация перемешивания при нестационарном
воздействии
1.5 Классификация применяемых возбудителей колебаний
2 Разработка методики создания волновых перемешивающих устройств
2.1 Конструктивная схема волнового смесителя
2.2 Методика проектирования резонансного возбудителя колебаний
2.3 Описание экспериментальной базы и измерительной аппаратуры
2.3.1 Лабораторная установка для визуального изучения течений
жидкости в плоском слое
2.3.2 Лабораторный волновой смеситель
2.4 Исследование течений, порождаемых колеблющимися телами, погружёнными в жидкость
2.4.1 Цель и методика проведения исследований
2.4.2 Результаты исследования
2.5 Исследование динамики процессов перемешивания на лабораторном волновом смесителе
2.5.1 Исследование динамики торсионной системы
2.5.2 Визуальные исследования режимов течения в волновом
смесителе

2.5.3 Экспериментальное исследование воздействия волнового
перемешивания на свойства латексов
2.5.4 Экспериментальные исследования воздействия волнового
перемешивания на свойства цементных растворов
2.5.5 Некоторые специфические особенности волнового перемешивания
3 Волновой смеситель для перемешивания жидких сред
3.1 Особенности конструктивной схемы
3.2 Расчёт резонансного возбудителя крутильных колебаний
3.3 Численное исследование возможных близких форм колебаний
3.4 Оценка долговечности торсионных элементов
3.5 Описание волнового смесителя
3.6 Исследование динамических характеристик резонансного возбудителя крутильных колебаний
3.6.1 Исследование процессов перемешивания строительных материалов
3.7 Определение предельной вязкости перемешиваемой среды
Заключение
Список литературы
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Процессы перемешивания жидких сред составляют значительную долю технологических операций во многих отраслях современной промышленности. Особенно широко перемешивание встречается: в пищевой отрасли, химической промышленности, строительной индустрии при приготовлении строительных растворов, косметической промышленности, нефтедобыче, нефтепереработке и т.д.
Основная задача перемешивания состоит в получении однородных растворов, дисперсных систем, интенсификации процессов химического превращения, массо- и теплопереноса. Перемешивание происходит либо самопроизвольно за счёт молекулярной диффузии, либо за счёт дополнительного ввода энергии в рабочую среду.
Существует множество классов перемешивающих устройств. К одному из наиболее распространённых классов относятся аппараты с механическими перемешивающими устройствами. В большинстве случаев перемешивание в этих аппаратах осуществляется за счёт увлечения перемешиваемой среды вращающимися рабочими органами. Данный принцип перемешивания имеет множество существенных недостатков, связанных с образованием застойных зон в рабочем объёме, которые появляются по причине замкнутости траекторий движения рабочих органов. Эту проблему, в основном, решают за счёт усложнения траекторий движения рабочих органов и усложнения их геометрии, увеличения скоростей вращения, наложения вибраций и акустических полей, введения в объём жидкости всевозможных отражательных перегородок. Но решение одной проблемы зачастую влечет за собой возникновение других, таких, как: чрезмерное усложнение конструкций смесителей, увеличение металлоёмкости и рост их стоимости, а главное, значительно усложняет применение данных решений в аппаратах, перемешивающих вязкие среды. Поэтому очевидно, что дальнейшее развитие перемешивающих аппаратов в

органы этих машин совершают возвратно-поступательные или эллипсоидальные колебательные движения.
Эффективность работы вибрационной машины в значительной мере определяется интенсивностью колебаний рабочего органа, которая зависит от подводимой мощности и частоты возбуждения. Поэтому наиболее эффективными с этой точки зрения являются резонансные машины [70]. В колебательной системе, находящейся в резонансном состоянии, упругие и инерционные силы взаимно уравновешиваются, а энергия возбудителя колебаний расходуется только на преодоление диссипативных сил. При этом энергия привода используется наилучшим образом. Кроме того, подбором соответствующих форм колебаний в случае многомассовой колебательной системы с несколькими упругими элементами можно полностью вовлечь в колебательную систему все конструктивные элементы генератора колебаний. Таким образом, становится возможным свести внешние реактивные нагрузки практически к нулю. В этом случае необходимость в какой-либо дополнительной виброизоляции отпадает.
На рис. 16 показаны некоторые основные динамические схемы применяемых машин, отмечены их преимущества и недостатки [64].
Из всех типов вибровозбудителей, применяемых в технологических целях, наибольшее распространение имеют центробежные. Их преимущества заключаются в простоте конструкции; низкой стоимости; возможности достижения весьма высокого отношения амплитуды вынуждающей силы к массе вибровозбудителя (более 100 кгс/кг); широком диапазоне, в котором можно назначать частоту генерируемой вибрации (примерно в пределах 0,01— 1000 Гц); удобстве плавного или ступенчатого регулирования частоты вибрации (и одновременно амплитуды вынуждающей силы, пропорциональной квадрату частоты); простых средствах принудительного, а в определенных случаях самопроизвольного согласования совместной работы двух или нескольких вибровозбудителей на одном исполнительном органе машины,