Моделирование пространственной гидродинамики в проницаемых каналах

• Автор: Китаева, Людмила Владимировна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 118 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Аналитическое исследование
1.1 Основные сведения о баромембранных процессах
1.2 Конструкция мембранных установок
1.3 Математические модели течения жидкости в каналах мембранных установок
1.4 Выводы
2 Пространственная гидродинамика мембранных установок
2.1 Математическая формулировка задачи
2.2 Гидродинамика в мембранных каналах при высоких значениях числа Рейнольдса
2.3 Гидродинамика в мембранных каналах при низких значениях числа Рейнольдса
2.4 Анализ обобщенных решений для каналов мембранных установок
2.4.1 Анализ известных решений двумерных задач
2.4.2 Анализ обобщенных решений задачи пространственного течения в каналах мембранных установок
2.5 Выводы
3 Трехмерные течения в каналах мембранных установок квадратного и прямоугольного поперечного сечения
3.1 Постановка задачи
3.2 Анализ зависимости давления от координат
3.2.1 Случай "исчезающей вязкости
3.2.2 Случай "большой вязкости"
3.3 Анализ структуры течения жидкости для каналов мембранных установок квадратного поперечного сечения
3.3.1 Случай "исчезающей вязкости"
3.3.2 Случай "большой вязкости"

3.4 Исследование гидродинамики мембранных каналов квадратного
поперечного сечения
3.4.1 Анализ зависимости кинематики течения от координат
3.4.2 Возможный алгоритм построения общего решения
3.4.3 Пример построения осесимметричного решения
3.5 Моделирование течений в мембранных установках прямоугольного поперечного сечения
3.6 Методика расчета средней скорости, массового расхода и перепада давления среды в мембранном канале
3.7 Пример использования методики расчета средней скорости,
массового расхода и перепада давления потока по каналу в аппарате
с фильтрующими элементами
3.7 Выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Процессы разделения жидких систем играют важную роль во многих отраслях народного хозяйства. Для осуществления этих процессов применяют такие методы как перегонку и ректификацию, экстракцию и адсорбцию. Однако наиболее универсальным методом разделения является разделение с использованием полупроницаемых мембран (мембранные методы).
В химической и нефтехимической промышленности мембранные методы применяют для разделения азеотропных смесей, очистки и концентрирования растворов, очистки или выделения высокомолекулярных соединений из растворов, содержащих низкомолекулярные компоненты, и т.п.; в биотехнологии и медицинской промышленности - для выделения и очистки биологически активных веществ, вакцин, ферментов и т.п.; в пищевой промышленности - для концентрирования фруктовых и овощных соков, молока, получения высококачественного сахара и т.п. Наиболее широкое применение мембранные процессы находят при обработке воды и водных растворов, очистке сточных вод.
Расчеты и накопленный большой фактический материал показывают, что применение полупроницаемых мембран дает значительный экономический эффект в сложившихся традиционных производствах, открывает широкие возможности для создания принципиально новых, простых, малоэнергоемких технологических схем.
Таким образом, несомненные достоинства и универсальность методов мембранного разделения (малая энергоемкость, компактность, простота аппаратурного оформления, экологическая чистота) ставят их вне конкуренции при использовании в промышленном производстве для разделения, очистки и концентрирования растворов органических или минеральных веществ.
Разнообразие технологических задач, которые можно решить с использованием полупроницаемых мембран, требует создания широкого спектра аппаратов мембранного разделения оптимальной конструкции.
на переднем конце канала V = 0,
на стенках канала V = -п (2.3)
Нетрудно видеть, что решение последней системы зависит от величины числа Рейнольдса Яе.
2.2 ГИДРОДИНАМИКА В МЕМБРАННЫХ КАНАЛАХ ПРИ ВЫСОКИХ ЗНАЧЕНИЯХ ЧИСЛА РЕЙНОЛЬДСА
Рассмотрим предельный случай больших значений числа Рейнольдса Ле—>со. В этом случае вязкими членами системы (2.2) можно пренебречь и тогда получим:
ди Зу Этт _
— + — + — = 0,
дх ду дг
ди ди ди др
и— + у------н м/— =--------,
дх ду дг дх
(2.4)
Зу дv Зу др
и-1- у— + и>— = ——,
дх ду дг ду
Зм/ Зи/ дм др
и— + у— + и/— =------------,
дх ду дг дг
где и, у, м) - компоненты вектора скорости в декартовой системе координат
вдоль осей х, у, г соответственно.
Соответственно вместо граничных условий (2.3) имеем следующие:
1) полагаем, что в начале канала при г = 0 >у=0;
дм дм _ дх ду ’
3) на проницаемых стенках канала д+ =-1, д+-нормальная к стенке канала компонента вектора скорости (скорость подачи жидкости).
2) на оси симметрии (х=0, у=0) и = у = 0 = ■
(2.5)