Повышение эффективности ультразвукового кавитационного воздействия на химико-технологические процессы в гетерогенных системах с несущей высоковязкой или неньютоновской жидкой фазой

• Автор: Голых, Роман Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 193 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ В ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ С НЕСУЩЕЙ ЖИДКОЙ ФАЗОЙ
1.1 Физические эффекты, возникающие в гетерогенных системах с несущей жидкой фазой под действием УЗ колебаний и обеспечивающие интенсификацию технологических процессов

1.1.1 Режимы развития кавитации в гетерогенной среде с жидкой фазой

1.1.2 Физические эффекты, возникающие в жидкости при режиме развитой кавитации

1.2 Процессы химической технологии, интенсифицируемые в гетерогенных средах с жидкой фазой под действием УЗ колебаний

1.2.1 Диспергирование твёрдых тел в жидкости

1.2.2 Снижение вязкости смол и нефтепродуктов

1.2.3 Эмульгирование

1.2.4 Растворение

1.2.5 Гомогенизация высокомолекулярных соединений и получение низкомолекулярных веществ
1.2.6 Дегазация
1.2.7 Экстрагирование
1.3 Формирование кавитационной области в гетерогенных средах с различными реологическими свойствами
1.3.1 Режимы ультразвукового воздействия необходимые для создания кавитационной области в линейно-вязких средах
1.3.2 Создание кавитационной области в нелинейно-вязких средах
1.4 Существующее промышленное ультразвуковое оборудование для создания кавитации в гетерогенных средах с несущей жидкой фазой
1.4.1 Отечественное ультразвуковое оборудование для кавитационной обработки гетерогенных сред с несущей жидкой фазой
1.4.2 Зарубежное ультразвуковое оборудование для кавитационной обработки гетерогенных сред с несущей жидкой фазой
1.5 Перспективная конструкция излучателя ультразвукового аппарата для обработки высоковязких сред
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ВЫЯВЛЕНИЕ РЕЖИМОВ ФОРМИРОВАНИЯ КАВИТАЦИОННОЙ ОБЛАСТИ В РАЗЛИЧНЫХ ПО СВОЙСТВАМ ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕДАХ С ЖИДКОЙ ФАЗОЙ .'
2.1 Основные этапы теоретического рассмотрения процесса формирования кавитационной области и принятые допущения
2.2 Анализ динамики одиночного кавитационного пузырька в нелинейновязкой среде
2.3 Анализ локального формирования и эволюции ансамбля кавитационных пузырьков для выявления их концентрации и объёмного содержания
2.4 Анализ распространения УЗ колебаний в кавитирующей среде с целью определения эффективных акустических свойств кавитационной области
3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ КАВИТАЦИОННЫХ ЗОН В ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕДАХ С ВЫСОКОВЯЗКОЙ И НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ЖИДКОЙ ФАЗОЙ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЁМАХ
3.1 Определение размеров формируемой кавитационной области
3.2 Выявление условий, обеспечивающих формирование кавитационной области максимального объема при использовании рабочих инструментов поршневого типа
3.3 Выявление оптимальных условий формирования кавитационной области при использовании многозонных рабочих инструментов
4 ЭКСПЕРИМЕНТА ЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЭФФЕКТИВНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЗА СЧЁТ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ И УСЛОВИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ И СОЗДАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ АППАРАТОВ
4.1 Экспериментальный стенд для выявления оптимальных условий реализации процесса ультразвуковой кавитационной обработки..
4.2 Определение зависимости объёма зоны развитой кавитации от режимов и условий воздействия
4.3 Определение зависимости удельной мощности кавитационного воздействия от условий распространения ультразвуковых колебаний
4.4 Практические конструкции ультразвуковых технологических аппаратов, реализующие выявленные оптимальные режимы и условия воздействия
4.4.1 Определение совокупной энергии кавитационной области, формируемой в разработанных технологическими объёмах
4.5 Исследование функциональных возможностей и эффективности применения разработанных ультразвуковых технологических аппаратов при реализации различных процессов химической технологии
4.5.1 Ультразвуковое диспергирование суспензии катализатора для крекинга нефти
4.5.2 Ультразвуковое диспергирование наноглин для производства полимерных композитов
4.5.3 Технология ультразвукового кавитационного преобразования углеводородного сырья
4.5.4 Ультразвуковое диспергирование волластонита
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А

количеством возможных вариантов зависимости вязкости от скорости сдвига. Среди них следует выделить три группы:
1. Среды с фиксированной зависимостью напряжений от скорости деформации (скорости сдвига) [59-61].
2. Среды, у которых реологические характеристики определяются временем действия напряжения или предысторией жидкости [62].
3. Среды, обладающие одновременно свойствами твердого тела и жидкости, т.е. частично проявляющие упругое восстановление формы после ликвидации напряжения (вязкоупругие жидкости) [62].
Среды с фиксированной зависимостью вязкости от скорости сдвига являются наиболее распространёнными. У псевдопластических сред (смолы, полимеры) при медленных течениях вязкость велика, а затем убывает, а у ди-латантных (суспензии твёрдых частиц) - вязкость растёт с увеличением скорости сдвига.
В частности, зависимости вязкости от скорости сдвига для эпоксидных смол с различными добавками, относящихся к псевдопластическим средам, приведены на рисунке 1.6 [60].
Рисунок 1.6 - Зависимость вязкости от скорости сдвига для эпоксидных смол с различными добавками