Исследование процессов разделения суспензии в центробежных устройствах

• Автор: Миньков, Леонид Леонидович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 275 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИИ В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ УСТРОЙСТВАХ
1.1 Гидроциклоны с инжектором
1.2 Подходы к описанию турбулентных течений в гидроциклонах
1.3 Седиментация суспензии в центрифугах
1.4 Реология ньютоновских суспензий
1.5 Скорость оседания частиц в суспензии
1.6 Методы измерения скорости седиментации
1.7 Выводы по первой главе
2 МОДЕЛЬ УВЛЕЧЕНИЯ МЕЛКИХ ЧАСТИЦ КРУПНЫМИ
2.1 Упрощенная модель ускорения седиментации мелких частиц в бидисперсной суспензии
2.2 Гидродинамическая модель оседания мелких частиц суспензии
2.2.1 Результаты численного решения
2.2.2 Сравнение результатов расчета и эксперимента
2.2.3 Обсуждение результатов решения
2.3 Приближенное решение задачи об обтекании шара медленным потоком взвешенных частиц в приложении к седиментации бидисперсной суспензии
2.3.1 Постановка задачи
2.3.2 Характеристики траекторий
2.3.3 Временные характеристики
2.3.4 Скорость седиментации
2.3.5 Сравнение с результатами эксперимента
2.4 Роль силы Саффмэна при совместном оседании мелких и крупных частиц в суспензии
2.4.1 Постановка задачи
2.4.2 Результаты и обсуждение
2.5 Обобщение формулы ускоренного оседания мелких частиц бидисперсной суспензии на случай полидисперсной суспензии
2.6 Выводы по второй главе
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСЕДАНИЯ СУСПЕНЗИИ В ТАРЕЛЬЧАТОЙ ЦЕНТРИФУГЕ
3.1 Континуальный подход для описания течения полидисперсной суспензии в тарельчатой центрифуге
3.1.1 Система уравнений, описывающая течение полидисперсной
суспензии в тарельчатой центрифуге
3.1.2 Тензоры напряжений жидкой и твердой фазы
3.1.3 Парциальные давления, поровое давление и эффективное
напряжение в к-фазе
3.1.4 Массовые силы и силы взаимодействия между частицами
3.1.5 Анализ размерностей в уравнениях (3.1.11) и (3.1.12)
3.1.6 Оценка значений используемых параметров
3.2 Седиментация бидисперсной суспензии в тарельчатой центрифуге
3.2.1 Задача об оседании бидисперсных частиц в тарельчатой
центрифуге
3.2.2 Генерация течения жидкости из-за её вытеснения потоком
оседающей твёрдой фазы
3.2.3 Изменение свойств среды, в которой седиментируют отдельные
частицы (изменение плотности и вязкости среды)
3.2.4 Генерация течений крупными частицами вблизи собственной поверхности
3.2.5 Численные решения

3.2.6 Динамика скоростей оседания в выбранной точке наблюдения.
3.3 Измерение скорости седиментации мелкодисперсных частиц в тарельчатой центрифуге
3.3.1 Методика эксперимента
3.3.2 Анализ возможных (систематических) погрешностей
эксперимента
3.3.3 Результаты измерений
3.4 Моделирование оседания частиц полидисперсной суспензии в тарельчатой центрифуге
3.4.1 Постановка задачи
3.4.2 Математическая постановка задачи
3.4.3 Определение скорости оседания частиц в полидисперсной
суспензии
3.4.4 Выбор характерных величин. Приведение задачи к безразмерному виду
3.4.5 Анализ результатов моделирования оседания частиц
полидисперсной суспензии
3.5 Выводы по третьей главе
4 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРОЩЕННОГО
КЛАССИФИКАЦИОННОГО АППАРАТА
4.1 Классификация частиц слабоконцентрированной суспензии
4.1.1 Модель классификационного аппарата. Постановка задачи
4.1.2 Определение сепарационной кривой
4.1.3 Аналитическое решение задачи
4.1.4 Численный анализ
4.2 Моделирование «fish-hook» эффекта в классификационном аппарате
4.2.1 Модель классификационного аппарата

Оригинальный (манометрический) способ опосредованного определения скорости оседания путем измерения во времени разности давлений в двух точках вдоль направления седиментации использован в [109, 183, 184].
Измеренный перепад статического давления пропорционален средней плотности суспензии в объеме между точками. В более или менее расслоенной суспензии на кривой изменения перепада давления наблюдаются точки излома, соответствующие моменту прохождения фронта определенной размерной фракции через измерительную ячейку. В случае монодисперсной суспензии это будут два момента времени прохождения фронта седиментации через первую и вторую точки, где измеряется давление. Расстояние между точками и разность означенных времен позволяют вычислить скорость седиментации.
Используя этот метод для измерения скорости седиментации в центрифуге, авторы получили ряд интересных результатов. В частности, вновь подтверждено существование эффекта ускоренной седиментации в некотором диапазоне концентраций суспензии. Вместе с тем применение манометрического метода для измерения седиментационных скоростей частиц различных размеров, составляющих полидисперсную суспензию, затруднено, поскольку сегрегация суспензии, как правило, нечеткая. Кроме того, при обработке результатов приходится применять численное дифференцирование негладких функций, что является одним из источников систематической ошибки.
В работе [131] предложен способ измерения седиментационной скорости, годный и для случая полидисперсной суспензии, основанный на гранулометрическом анализе проб в двух точках потока. В своих экспериментах авторы использовали цилиндрическую колонну, вдоль которой двигалась суспензия.