Развитие теории процессов распределения рабочих сред и совершенствование аппаратов для жидкостной обработки и сушки текстильных паковок

• Автор: Киселев, Николай Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Кострома
• Количество страниц: 312 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1Л. Классификация стадий массообменапри жидкостной обработке и их интенсификация в аппаратах котлового типа
1.2. Влияние неравномерности распределения рабочих сред на эффективность и качество обработки текстильных материалов
1.3. Распределение рабочих сред на различных уровнях структуры циркуляционной системы аппаратов
1.4. Изменение гидродинамической обстановки при жидкостной обработке с неполным заполнением

1.5. Анализ и классификация существующих конструкций стержней носителей материала

1.6. Общая характеристика массообмена при конвективной сушке паковок

1.7. Теоретические основы моделирования гидродинамических процессов

1.7.1. Общие уравнения движения вязкой несжимаемой жидкости

1.7.2. Основные модели турбулентности
1.7.2.1. Модели турбулентной вязкости (Eddy Viscosity)
1.7.2.2. Модели напряжений Рейнольдса
1.7.2.3. Модели крупных вихрей (LES — Large Eddy Simulation)
1.8. Современные CAE-системы и их возможности при моделировании гидродинамических процессов
1.8.1. Система ANSYS
1.8.2. Система STAR-CD
1.9. Выводы
ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОЧИХ СРЕД ПРИ ЖИДКОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ И СУШКЕ ПАКОВОК
2.1. Модели движения рабочей среды на уровне столба паковок
2.1.1. Однополостное движение среды в столбе паковок
2.1.1.1. Критериальная форма модели и ее предварительный анализ
2.1.1.2. Анализ модели при полном заполнении аппарата жидкостью
2.1.1.3. Анализ модели при неполном заполнении аппарата жидкостью
2.1.2. Двуполостное движение среды в столбе паковок
2.2. Математическая модель конвективной сушки столба паковок
2.3.1. Нестационарное уравнение процесса с замыкающими соотношениями
2.3.2. Алгоритм и программа моделирования процесса сушки
2.4. Анализ результатов моделирования процесса сушки
2.4.1. Причины неравномерности сушки на уровне столба паковок и критерий её оценки
2.4.2. Влияние периодичности изменения направления циркуляции на
неравномерность и время сушки
2.4.3.0ценка влияния утечек сушильного агента через стыки патронов на время сушки
2.5. Математическая модель движения жидкости в распределительной тарелке носителя материала
2.6. Анализ конструкции носителя материала НБЦ-2Н
2.6.1. Построение конечноэлементной модели в среде ANSYS
2.6.2. Расчет напряженно-деформированного состояния
2.7. Анализ распределения воздуха в тарелке носителя материала НБЦ-6Н и рекомендации по снижению неравномерности
2.8. Анализ распределения жидкости в партии паковок льняной ровницы на сдвоенном носителе материала НРН-4, НРВ
2.8.1. Построение модели в среде STAR-CD
2.8.2. Анализ конечноэлементной модели и рекомендации
2.9. Выводы
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ РАБОЧИХ СРЕД ПО СТОЛБУ ПАКОВОК ПРИ ЖИДКОСТНОЙ ОБРАБОТКЕ И СУШКЕ
3.1. Исследование фильтрации жидкости через столб паковок текстильного материала
3.1.1. Экспериментальный стенд
3.1.2. Определение коэффициента гидравлического сопротивления стержня

3.1.3. Результаты сравнения теоретических и экспериментальных данных
3.2. Исследование процесса сушки столба паковок
3.2.1. Экспериментальный стенд
3.2.2. Определение эмпирических зависимостей и коэффициентов
3.2.3. Результаты сравнения теоретических и экспериментальных данных
3.3. Выводы
ГЛАВА IV. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ОПТИМАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ
СРЕД
4.1. Разработка конструкции стержня для жидкостной обработки паковок с неполным заполнением и оценка его эффективности при сушке
4.1.1. Принципы конструирования
4.1.2. Варианты конструкции стержня низкомодульного исполнения
4.1.2.1. Стержень с непрерывной раздачей потока
4.1.2.2. Стержень с дискретной раздачей потока
4.1.2.3. Конструкция автоматического клапана, снижающего колебания расхода жидкости при изменении сопротивления материала
4.1.3. Экспериментальное исследование конструкции стержня низкомодульного исполнения с дискретной раздачей потока
4.1.4.Сравнительная эффективность сушки столба паковок на существующих и предлагаемой конструкции стержня
4.2. Принципиальная схема аппарата для жидкостной обработки с пониженным модулем ванны и двусторонней циркуляцией
4.3. Совершенствование системы подогрева раствора для смачивания ровницы на машине ПМ-88-Л8
4.3.1. Постановка задачи
4.3.2. Оценка величины расхода пара, подаваемого в перфорированную трубу
4.3.3. Оценка неравномерности распределения расхода пара по длине перфорированной трубы для существующей ее конструкции

Вейсбаха для потерь давления, им получено уравнение:
СЦ+20--т02 = 0; (1.3)
ск а8г ск 2аД2 ~
с граничными условиями Q(0)=Qo; О(к)=0,
где С? - расход жидкости, рж — плотность жидкости, 5 - площадь проходного сечения стержня, £ - коэффициент сопротивления единицы длины стержня, а — коэффициент сопротивления паковки, х — текущее значение координаты.
Для получения аналитического решения автору пришлось пренебречь вторым членом в уравнении (1.3), выражающим изменение количества движения, что оправдано лишь при малой скорости потока и большом сопротивлении паковок, а при расходах рабочих сред порядка 60 л/с (сушка в аппаратах СКД) приводит к качественно неверным результатам. Сложность вычисления аналитического решения заставляет использовать средства вычислительной техники, при этом сделанное упрощение не дает существенных преимуществ, снижая общность математической модели. Полученное уравнение не позволяет проанализировать случай обратной циркуляции, а также учесть использование неполного заполнения аппарата рабочим раствором, поскольку не учитывает действие массовых сил.
1.4. Изменение гидродинамической обстановки при жидкостной обработке с неполным заполнением
Появление в аппарате значительных по объему полостей, заполненных воздухом или инертным газом при неполном заполнении жидкостью приводит к резкому усилению опасности пенообразования, которое может привести к практически полному прекращению циркуляции. Основным источником пенообразования является разбрызгивание жидкости, вытекающей из стыков патронов, оголенной перфорации патрона, из-под крышек и т.п. неплотностей циркуляционной системы, расположенных выше уровня раствора, а также при ее свободном стекании но наружной поверхности столбов паковок. При этом