Виброакустические параметры гидродинамического активатора для обработки жидких сред

• Автор: Коныгин, Сергей Борисович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПРОБЛЕМАТИКА

ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ

АКТИВАТОРОВ

1.1 Цели и задачи анализа

1.2 Базовые физические принципы обработки жидких сред

акустическими методами

1.2.1 Анализ факторов, определяющих интенсивность технологических процессов в жидких средах

1.2.2 Механизмы воздействия на интенсивность жидкостных технологических процессов

1.2.3 Силовые воздействия, характерные для акустической обработки жидких сред

1.2.4 Характерные уровни акустического воздействия, используемые в промышленной практике обработки жидких сред
1.2.5 Классификация и сравнительная характеристика различных способов возбуждения акустических колебаний в жидкостях
1.3 Анализ состояния вопроса по проектированию и
эксплуатации акустических активаторов гидродинамического
1.3.1 Основные задачи инженерного проектирования гидродинамических активаторов
1.3.2 Анализ расчетных методов, используемых при создании гидродинамических активаторов
1.3.3 Анализ основных проблем при проектировании гидродинамических активаторов
1.4 Постановка задачи исследования
1.5 Заключение по разделу 1 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО АКТИВАТОРА
2.1 Специфика моделирования параметров акустического активатора гидродинамического типа
2.2 Методика определения амплитудночастотных характеристик акустического излучателя в гидродинамическом активаторе
2.2.1 Определение собственных амплитудночастотных характеристик акустического излучателя в активаторе гидродинамического типа
2.2.2 Определение параметров гидродинамического возбуждения акустических колебаний в активаторе
2.3 Методика оценки параметров кавитационной зоны в рабочем объеме гидродинамического активатора
2.3.1 Условия возникновения акустической кавитации в рабочем объеме гидродинамического активатора
2.3.2 Методика моделирования акустического поля в рабочем объеме гидродинамического активатора
2.3.3 Методика расчета гидростатического давления в акустическом активаторе гидродинамического типа
2.4 Методика оценки воздействия акустической кавитации на обрабатываемые жидкие среды
2.4.1 Методика моделирования процессов в условиях кавитационного воздействия методом вероятностного клеточного автомата ВКА
2.4.2 Методика оценки ожидаемого энергетического уровня воздействия кавитации на жидкие среды
2.5 Заключение по разделу
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ
АКУСТИЧЕСКОГО АКТИВАТОРА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТИПА
3.1 Цели и задачи проведения экспериментальных исследований характеристик активатора
3.2 Экспериментальное определение собственных частот
акустического активатора гидродинамического типа
3.2.1 Методика экспериментального определения собственных частот гидродинамического активатора
3.2.3 Результаты экспериментов и теоретических расчетов собственных частот гидродинамического активатора
3.3 Экспериментальное исследование амплитудночастотных
характеристик гидродинамического активатора при возбуждении колебаний потоком жидкости
3.3.1 Лабораторная установка для проведения экспериментальных исследований
3.3.2 Результаты экспериментальных исследований амплитудночастотных характеристик активатора в потоке жидкости
3.3.3 Сравнительный анализ теоретических и
экспериментальных амплитудночастотных
характеристик
3.4 Экспериментальное перепада давления на
гидродинамическом активаторе
3.5 Экспериментальная оценка уровня энергетического
воздействия кавитации на жидкие среды
3.5.1 Экспериментальная оценка размеров зародышей кавитации
3.5.2 Результаты оценки энергетического уровня кавитационного воздействия
3.7 Заключение по разделу
4 ПРИМЕРЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКТИВАТОРОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ТИПА
4.1 Кавитационный крекинг нефти
4.2 Снижение температуры замерзания печного топлива
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Указанное отсутствие инженерных методов анализа в значительной мере обусловлено тем обстоятельством, что акустические устройства являются весьма сложными как с физикохимической, так и с конструктивнотехнологической точки зрения, и их внедрение в промышленности связано с решением широкого комплекса задач, относящихся к различным областям науки и техники механике, акустике, гидродинамике, химии, физике твердого тела, надежности и т. Целью настоящей диссертационной работы является исследование виброакустических параметров акустического активатора гидродинамического типа, предназначенного для обработки жидких сред. Учитывая то обстоятельство, что круг применения указанного устройства достаточно широк, работа посвящена не рассмотрению конкретных вариантов его промышленного внедрения, а определению его универсальных технических показателей, необходимых при проектировании любых акустических методов обработки жидкостей. Решение указанного комплекса задач позволит повысить качество проектирования и эффективность внедрения акустических активаторов гидродинамического типа и в перспективе перейти от эмпирических эпизодических технических решений к полномасштабным объемам их использования. Широкое внедрение акустических активаторов в производственную практику обработки жидких сред нефтегазопереработки и химической промышленности связано с необходимостью разработки инженерных методов для определения технических показателей указанных устройств. Следует отмстить тот факт, что в настоящее время инженерные подходы к решению указанной задачи по глубине проработки значительно отстают от методов расчетов, созданных для традиционных процессов и аппаратов нефтегазопереработки и химической промышленности. Анализ указанных вопросов позволит определить круг основных теоретических и экспериментальных исследований, направленных на повышение эффективности проектирования и внедрения акустических активаторов в нефтегазовую и химическую промышленность. С формальной точки зрения любые технологические процессы, и в том числе жидкофазные процессы, представляют собой процессы целенаправленного пространственного перераспределения молекул в технологическом объеме и их химического или структурного преобразования. На микроскопическом уровне рассмотрения указанные процессы представляют собой результат протекания колоссального количества элементарных актов перестройки атомномолекулярной структуры технологических сред, обусловленных переходами частиц из одних энергетически устойчивых состояний в другие. В то же время, в каждом конкретном случае технологический процесс может быть представлен в виде результата параллельного протекания достаточно ограниченного круга элементарных физикохимических процессов на атомномолекулярном уровне. Следует отметить тот факт, что каждому элементарному физикохимическому процессу могут соответствовать несколько механизмов его реализации в зависимости от локальной структуры технологической среды. Протекание технологических процессов на атомномолекулярном уровне связано с разрывом и образованием связей. В этой связи каждому элементарному процессу может быть поставлено в соответствие некоторое значение энергии активации Уа. Анализ статистических подходов к кинетике физикохимических процессов показывает, что по степени энергонасыщенности все воздействия на них с некоторой долей условности можно разделить на две группы высокоэиергетические и низкоэнергетические. В свете рассматриваемого вопроса данное соотношение может трактоваться как показатель дефицита энергии воздействия для реализации индивидуальных физикохимических процессов. В частности, если выполняется соотношение
1, 1. В противном случае воздействие является высокоэнергетическим. В подавляющем большинстве традиционных технологических процессов нефтегазовой и химической промышленности воздействующим энергетическим фактором У3д является тепловая энергия молекул IVт кТ. Для диапазона типичных рабочих температур процессов, составляющего ч0 С, значение тепловой энергии У заключено в интервале 0, ч 0, эВ. Типичные значения энергий активации элементарных процессов, составляющих основу нефтегазовых и химических технологий, обычно не превышают единиц электронвольт. При этом соотношение IVит, как правило, заключено в пределах 5 ч 0.