Разработка метода и средства контроля размеров дисперсных частиц по их собственным частотам механических колебаний в производстве серной кислоты

• Автор: Максачук, Александр Иванович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 141 с. : ил.

1 Аналитический обзор научно-технической литературы по системам контроля размеров дисперсных частиц

1.1 Дисперсные системы

1.1.1 Классификация дисперсных систем

1.1.2 Геометрические параметры поверхности

1.2 Оптические свойства дисперсных систем

1.2.1 Оптические свойства высокодисперсных систем

1.2.2 Оптические свойства средне- и грубодисперсных систем

1.3 Дисперсионный анализ

1.3.1 Распределение частиц полидисперсных систем по размерам

1.3.2 Размер частиц неправильной формы

1.3.3 Методы дисперсионного анализа

1.3.3.1 Особенности оптических свойств дисперсных систем и оптические методы анализа поверхностных слоев и дисперсности
1.3.3.2 Нефелометрия и турбидиметрия
1.3.3.3 Седиментационный анализ
1.4 Цели и задачи исследования
2 Теоретическое описание взаимодействия зондирующего излучения
с дисперсными частицами
2.1 Оптические поля в сферических частицах
2.2 Резонансы оптического поля в слабо поглощающих частицах
2.3 Процессы вынужденного рассеяния света в сферических частицах
3 Разработка оптического дистанционного метода определения геометрических параметров дисперсных частиц
3.1 Деформации дисперсных частиц под воздействием внешних сил
3.2 Взаимодействие зондирующего излучения с дисперсной частицей. Рассеяние света колеблющимися частицами

3.3 Метод определения геометрических параметров дисперсных
частиц, по распределению интенсивности рассеянного излучения на плоскости фотоприёмника
3.4 Метод определения геометрических параметров дисперсных
частиц, по скорости их перемещения
3.5 Метод определения геометрических параметров дисперсных
частиц, по их собственным частотам механических колебаний
3.5.1 Разработка математической модели взаимодействия
ультразвуковых колебаний с дисперсной частицей
4 Разработка комплекса программно-технических средств для экспериментальной установки автоматического дистанционного контроля и диагностики геометрических параметров дисперсных частиц
4.1 Разработка экспериментальной установки для автоматического дистанционного контроля и диагностики геометрических параметров дисперсных частиц для систем газ-жидкость и жидкость-жидкость
4.2 Разработка комплекса программного обеспечения
4.3 Обработка экспериментальных данных комплексом программного обеспечения
4.4 Статистическая обработка экспериментальных данных
Заключение
Список использованных источников
Приложение А. Листинг программы «Воздействие ультразвуковых
колебаний на дисперсную частицу»
Приложение Б. Дополнительные зависимости и расчетные формулы
для компьютерной модели
Приложение В. Патент РФ № 2346261
Приложение Г. Акт о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы

В химической, энергетической, пищевой и ряде других отраслей промышленности геометрические параметры дисперсных систем являются важнейшими исходными, промежуточными и, во многих случаях, конечными параметрами качества объектов переработки.
Большинство используемых в настоящее время методов определения поверхности контакта фаз [1] основаны, как правило, на измерении некоторого усредненного значения поверхности без учёта распределения частиц по размерам, их анизометрии и пр.
Удельная поверхность частиц дисперсных систем определяет интенсивность физико-химических процессов на границе раздела фаз [2], т.е. свойства системы являются функциями размеров частиц. Таким образом, размер частиц (или дисперсность) является важнейшим количественным показателем дисперсных систем, определяющих их качественные особенности. Знание поверхности контакта фаз необходимо для более глубокого понимания процессов тепло-массообмена и более обоснованных методов расчета, а также при моделировании технологических тепло-массообменных аппаратов и осуществлении их прямого цифрового управления.
На поверхностях раздела фаз возникают особые силовые, а при неизотермическом течении и тепловые взаимодействия. Эти взаимодействия самым существенным образом сказываются на изменениях полей скоростей течения, давлений, температур, концентраций при переходе от одной точки пространства к другой, отделенной от первой поверхностью раздела фаз. Во многих случаях на границах раздела фаз возникают скачки давления, температуры и вектора скорости течения [3].
В ходе протекания технологического процесса в каждой точке фазы и на границе раздела происходит перенос импульса, энергии, массы [4]. Весь процесс в целом протекает в аппарате с конкретными геометрическими характеристиками, оказывающими, в свою очередь, влияние на характер этого

Е0(х,у,г;і) = Е0(Ех(ґ)ех+іЕу(ф)еу)еІ<'к‘,:(начало координат помещено в центр частицы, рисунок 2.1) в сферических координатах имеют вид [37]:
Г оо
Е, (г, в, ф) = —5- £ (с„ (ха )М„, (0, (р)//п (каг) +
"іаГ п=І
+ (ХсФ X |У„/ («9, <3>/,, (А'../1)]) + К.С.,
Е,с{г,в,Ф) = ^-±{ап{ха)Мп1{Є,<РШКг) +

+ ~-Л„(ха)^ х [Д/„/(6',гр)4(А:0г)]) + к.с.
(2.1)
(2.2)
Амплитуды парциальных гармоник (коэффициенты Ми) определяются выражениями [37]:
а - ;•» 2/7 + 1 У7» 1 ~ ш У7« М. )
п(п + ) ф’„(ха)(//„(тха) - т£п(ха)(//(тха)
(2 3)
2л+ 1 (//„(ха)(//( (тха) - т у/'п (тха)у/п (тха)
О у

сІ=іп
Ф +1) Фп(ха)у/'п(тха) - т£'п(ха)у/п(тха) 2и +1
Ф + 1) С (ха )¥п (тха )~т^п (ха У?* (тХа ) ’ 2« +1 т
(2.4)
Ф + 1) £п(ХаЖ(тХа) ~ тфХа)У/п(тХа)
Здесь ка = >пак0 - волновое число внутри частицы;
т — та / т0 -относительный показатель преломления (т0 - показатель преломления окружающей среды);
ха = к0а0- параметр дифракции частиц;
г, ©, (р - сферические координаты;
х¥п, - сферические функции Риккати-Бесселя;
М п1 (0, <р) = —— ЬУы (0, <р)- сферические вектор-гармоники;
[н(л + 1)]1/2