Моделирование каплеобразования при диспергировании жидкости пористыми вращающимися распылителями

• Автор: Сафиуллин, Ринат Габдуллович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 179 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПВР
1.1. Характеристика ПВР и режимов его работы
1.2. Монодисперсный режим каплеобразования ПВР
1.3. Основные подходы и методы решения задач каплеобразования и дробления струй жидкости
1.4. Постановка задач исследования
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ КАПЛЕОБРАЗОВАНИЯ НА МОДЕЛЯХ КАПЛЕОБРАЗУЮЩИИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПВР.
КВАЗИСТАТИПЕСКАЯ МОДЕЛЬ КАПЛЕОБРАЗОВАНИЯ
• ' :
2.1. Каплеобразование в поле силы тяжести
2.1.1. Устойчивая фаза каплеобразования
2.1.2. Фаза отрыва. Определение отрывных
объемов капель
2.2. Каплеобразование в поле центробежной силы
ГЛАВА 3. ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КАПЛЕОБРАЗОВАНИЯ
3.1. Постановка краевой задачи о формировании капли на
зерне ПВР
3.1.1. Идеализация модели каплеобразования
3.1.2. Определение средней скорости истечения жидкости из поры
3.1.3. Постановка краевой задачи
3.1.4. Уравнения и граничные условия для безразмерных переменных
3.1.5. Определение последовательных изменений границ капли во времени
3.2.Численная реализация математической модели капле-
образования
3.2.1. Алгоритм численного расчета
3.2.2. Результаты расчета отрывных объемов капель ... 91 ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КАПЛЕОБРАЗОВА-
НИЯ НА ЭЛЕМЕНТАХ ПВР
4.1. Определение отрывных объемов капель при квазиста-тическом каплеобразовании
4.2. Закономерности каплеобразования при больших расходах жидкости
4.3. Определение размеров капель при распиливании жидкости с помощью ПВР
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Методика расчета ПВР
5.2. Разработка способа бесспутникового каплеобразования и устройств для его осуществления
выводы
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В теплотехнике, химической, пищевой и других отраслях промышленности, в системах кондиционирования воздуха и пылеочистки широко применяются «мокрые» аппараты с распылителями жидкости разных конструкций. Эффективность действия таких аппаратов существенно зависит от качества раепыливания, под которым подразумевают высокую степень монодисперсности капель и равномерное их распределение в объеме аппарата.
Качество распыла имеет важное значение в химической промышленности ( грануляция плавов, ректификация, абсорбция газов, экстрагирование из жидкости, полимеризация, сушка в дисперсном состоянии), в других отраслях, например, в металлургии ( получение заготовок шариков малого диаметра, фильтрующих пластин, раскислителей). Полидисперсность полученного распылением продукта крайне нежелательна в пищевой промышленности, т.к. пыль в порошке способствует образованию комков при растворении в жидкости и снижению качества полуфабрикатов. Это же относится к порошкам клеевых и красящих веществ.
Микрокапли-спутники в полидисперсных распылах являются основным источником потерь ценных продуктов и вредных выбросов аэрозольных частиц в окружающую среду в теплоэнергетике, нефтехимии, в азотной промышленности. Так, при башенной грануляции общие потери аммиачной селитры с охлаждающим воздухом достигают 3-г 5 кг на 1 т продукта. Это большие потери, если учесть объем производства азотных удобрений.
Для проведения указанных процессов в промышленных аппаратах наиболее широко используются форсуночные устройства разнообразных конструкций. Форсунками создается полидисперсная система капель, механизм образования которых основан на распаде турбулентных струй и пленок жидкости под действием нерегулярных (случайных) возмущений.

кости со свободной границей для вязких жидкостей с общих позиций рассмотрены в [83, 84].
1.4. Постановка задач исследования
Конструкция и требуемые характеристики ПВР - нового типа распылителей, обеспечивающих объемный и практически монодисперсный факел распыла, были разработаны Шмидтом [8] . Принцип формирования поверхности распылителя из большого числа одноразмерных “зерен“ ( кап-леобразующих элементов ) и ламинарного подвода жидкости к местам ка-плеобразования был успешно осуществлен в конструкциях ПВР из абразивного материала [11] , отличающихся высокой степенью технологичности изготовления.
На сегодняшний день, однако, нет достаточно разработанной методики расчета и конструирования пористых вращающихся распылителей, которая бы основывалась на теоретических исследованиях различных аспектов работы ПВР. В частности, не полностью раскрыт механизм капле-образования на зернах наружной поверхности ПВР, четко не определены условия для получения монодисперсных капель. Остается пока нерешенным вопрос нейтрализации капель - спутников, сопровождающих основное каплеобразование. Последнее приобретает особое значение для работы промышленных предприятий, так как капли-спутники могут являться основным источником потерь ценных продуктов и вредных выбросов аэрозольных частиц в окружающую среду
Широкому внедрению ПВР также препятствует неустраненность общего недостатка всех перфорированных и пористых конструкций - более или менее гарантированное качество работы лишь с относительно чистыми жидкостями и неизбежное забивание пор частицами примесей в жидкостях