Моделирование течений в мембранных каналах

• Автор: Тушкина, Татьяна Михайловна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 122 с. : ил

РЕФЕРАТ
Диссертация 122 с., 62 рис., 2 табл., 100 источников.
Объектом исследования являются течения в каналах модулей мембранных аппаратов.
Цели работы состоят в разработке алгоритмов решения задач конвективного массопереноса, встречающихся на практике мембранного разделения и поиске путей управления гидродинамическими процессами в каналах мембранных установок.
В процессе работы проводилось аналитическое исследование и численный эксперимент. Построены математические модели, проведен анализ полученных аналитических и численных решений.
Разработанные программные средства могут применяться к численному решению задач в гидродинамике мембранных технологий и анализу влияния конструкционных и физических параметров на обстановку в модулях мембранных аппаратов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ
1.1 Основные сведения о баромембранных процессах
1.2 Физическая модель процессов мембранного разделения
1.2.1 Основные явления массопереноса в мембранном канале
1.2.2. Явления на поверхности мембраны
1.2.3. Явления вторичного переноса
1.3 Математическая модель течения в мембранном канале
1.4 Выводы
2 ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ В СМЕЖНЫХ КАНАЛАХ С ОБЩЕЙ ПРОНИЦАЕМОЙ ГРАНИЦЕЙ ПРИ НЕПОСТОЯННОЙ СКОРОСТИ ПРОНИЦАНИЯ ЧЕРЕЗ НЕЕ
2.1 Кинематика течения жидкости в смежных каналах с общей проницаемой границей
2.2 Степень скоростной неравновесности течения
2.2.1 Распределение функции тока
2.2.2 Движение одиночной частицы примеси
2.3 Выводы
3 ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ГИДРОДИНАМИКЕ МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
3.1 Роль численного эксперимента при моделировании гидродинамических процессов в мембранных установках
3.2 Постановка задачи
3.3 Конечно-разностная аппроксимация задачи
3.4 Алгоритм и его реализация
3.5 Расчет процессов в трубчатых мембранных каналах
3.6 Расчет процессов в напорном канале типа зазора
3.7 Выводы
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ МЕМБРАННЫХ КАНАЛОВ С ВОЛНИСТОЙ ФОРМОЙ ОБРАЗУЮЩЕЙ
4.1 Площадь рабочей поверхности мембраны как фактор, влияющий на эффективность процессов мембранного разделения
4.2 Математическое моделирование гидродинамических процессов в каналах с волнистой образующей
4.3 Влияние формы проницаемой границы на структуру течения в напорном и дренажном каналах
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

соответствии с теоретическим решением [30] (см. также [44]). Другим результатом работы стала оценка коэффициента расхода жидкости к(;:
wcIF 2 к0 =-* = - = 0,6366.
сР л
Здесь w - продольная компонента скорости, уср - ее среднее значение, Б -площадь поперечного сечения канала. Относительное снижение коэффициента расхода в канале с пористыми стенками является следствием потерь давления на проницаемой границе.
Роль численного эксперимента возрастает в том случае, когда приходится решать систему гидродинамических уравнений для исследования течений в каналах с проницаемыми границами для значений числа Рейнольдса из широкого диапазона. Результаты многочисленных работ подтверждают тот факт, что использование гибких алгоритмов расчета течений в каналах с непроницаемыми границами в случае внесения необходимых изменений в граничные условия обеспечивает необходимую точность [45]. Дальнейшее развитие теории движения жидкости в трубах и каналах с пористыми стенками было представлено в работах отечественных и зарубежных ученых (см., например, [46-57]). В подавляющем большинстве этих работ отражены результаты исследования течений, для которых критерий Рейнольдса не является малым. В работе [48] показано, что (1.3) является достаточно хорошим приближением при Яе>100.
Имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные (см, например, [58-60]) также, в основном, касаются течений с высокими числами Рейнольдса вдува - отсоса. Однако гидродинамические процессы в мембранных установках характеризуются малыми значениями характерного числа Рейнольдса отсоса, порядка 10"“—1, поэтому результаты выше перечисленных работ не играют существенной роли при моделировании течений в мембранных каналах.