Системный анализ и математическое моделирование процесса грануляции на проницаемых криволинейных насадках

• Автор: Смирнов, Евгений Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.01, 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Обзор теоретических исследований.процесса течения неньютоновской жидкости по поверхности центробежных насадок
1.2. Обзор экспериментальных методов исследования течения жидкостей по поверхности вращающихся насадок

1.3. Краткий обзор работ по формированию сферических частиц в центробежном поле

1.4. Постановка задачи

Глава 2. Теоретические исследования процесса грануляции на проницаемых криволинейных насадках

2.1. Физическая модель процесса

2.2. Математическая модель процесса

2.3. Анализ математической модели

2.4. Определение основных гидродинамических параметров работы

центробежных грануляторов криволинейной формы

Глава 3. Проверка адекватности используемой математической
модели
Глава 4. Методика инженерного расчета центробежного гранулятора
криволинейной формы
Выводы по работе
Список использованной литературы
Приложение

Процессы грануляции жидкотекучих сред центробежными насадками находят широкое применение в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности. С их помощью получают минеральные удобрения различных типов, гранулированный кофе, каустическую соду, сухое молоко, белково-витаминные концентраты и др.
Грануляция - это многотоннажное производство с большими затратами тепловой и электрической энергии. Поэтому интенсификация этого процесса, снижение удельных энергозатрат, улучшение качества получаемой продукции является весьма актуальной задачей.
Процесс грануляции - это сложный физико-химический процесс. Весьма эффективным средством изучения таких процессов является системный анализ. Основным принципом системного анализа является декомпозиция цельной системы на отдельные подсистемы, изучение процессов, протекающих в этих подсистемах, связей подсистем между собой и с внешней средой [55]. Из множества подсистем процесса грануляции (подвод гранулируемого материала к центробежному распылителю, течение этого материала по поверхности центробежной насадки, истечение перерабатываемого материала через проницаемую поверхность центробежной насадки, распыление среды на капли, сушка или кристаллизация капель материала, выделение получаемых кристаллов из теплоносителя, дозировка и упаковка готового продукта) выбираем две подсистемы, определяющие эффективность и качество всего процесса грануляции - течение перерабатываемой среды по внутренней проницаемой поверхности центробежной насадки и истечение этой среды через проницаемую боковую поверхность.
Основным средством системного анализа является математическое моделирование. Оно позволяет в кратчайшие сроки и с наименьшими затратами (в отличие от физического моделирования) провести численный эксперимент, оптимизацию полученных результатов и на их основе получить прогнозирующие зависимости, позволяющие определить основные параметры процесса грануляции.
Математическое моделирование - это преодоление противоречий: с одной стороны математическая модель должна быть максимально сложной, чтобы получаемые результаты были предельно информативны; с другой стороны математическая модель должна быть достаточно простой, чтобы ее анализ мог быть проведен в приемлемые сроки и за приемлемую стоимость. В настоящей работе выбирается первый путь, поэтому поиск анализа сложной математической модели, - полных уравнений движения нелинейновязкой среды с необходимыми граничными условиями также является актуальной задачей, представляющей как теоретический, так и прикладной интерес.
В настоящее время в качестве грануляторов большой единичной мощности используются проницаемые цилиндрические корзины. Объемная производительность таких распылителей может достигать 50 куб. м /час и более при вполне удовлетворительном качестве распыла. Однако применение цилиндрических проницаемых корзин приводит к значительной неравномерности распределения нагрузки по сечению сушильной камеры или грануляционной башни. Более эффективными в этом смысле являются проницаемые конические роторы. • Их применение позволяет более равномерно распределить нагрузку по сечению грануляционной башни или сушильной камеры, увеличить объемную производительность при тех же числах оборотов, однако приводит к значительной полидисперсности распыла. Поиск новых конструкций распылительных устройств, сочетающих в себе достоинства существующих, и, исключающих их недостатки, является

р ■

+ У
I 51 * д2 * 2 * V
(О СОБ в Г'
--Уг'Ут + V ГУ <р

= 2-к ■ — ■Ап~1
( дГ (
г1 д Н к-Ап~1■
г а/
V

(2.2.8)
_2 .к.Е£1±.Ап-
(1 ( (дУ Л
9 д + — к-Ап~1- 9
д2 дг дг
V К ч / У
дУ1 Р дУ2
—-+УГ — + —5 81 г дг
С05 в
= 0.
(2.2.9)
(2.2.6),(2.2.7),(2.2.8) - уравнения движения; (2.2.9) - уравнение неразрывности
В соответствии с физической моделью данной задачи граничные условия принимают вид: при г=0:
2{р~ро)
У1= 0, ^ =£»■/■, У2=л-Л К -; (2.2.10)
при г=к:
д¥1 дУт 1 8У
—1 = —Р=0, Р+2-к-Ап~х-%*- = Рп,
дг д! & о
У2=УГ Щ. (2.2.11)
Вторая зависимость в (2.2.11) представляет собой динамическое условие на поверхности плёнки, а третья - кинематическое условие.
Из динамического условия на поверхности плёнки вытекает важное следствие. Поскольку интенсивность скоростей деформации всюду в объёме