Концентрационная конвекция в процессе обратного осмоса при ламинарном течении в плоских каналах

• Автор: Кириченко, Николай Борисович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 207 с. : ил.

Введение стр.

Глава 1. Анализ решений задачи устойчивости в теплоимассообмене стр.

1.1 Описание основного стационарного течения

в задачах конвективного тепло и массообмсна стр.

1.2 Теоретическое описание массообмена в

баромембранных процессах.стр.

1.3 Решение задачи устойчивости в процессах

тепло и массообмена.стр.

1.4 Массообмен в смешанноконвективном режиме.стр.

1.5 Выводы. Цель работыстр.

Глава 2. Теоретическое исследование стационарного

массообмена при наличии вынужденноконвективного
продольного течениястр.
2.1 Упрощение уравнений Навье Стокса
для рассматриваемой задачи.стр.
2.2 Решение уравнения стационарной диффузии
операционным методом.стр.
2.3 Расчет профиля концентраций методом
численного обращения преобразования Лапласастр.
2.4 Обобщение полученных соотношений.стр.
2.5 Выводы.стр.
Глава 3. Теоретическое исследование концентрационной устойчивости при одномерном нестационарном
массообмене в окрестности селективнопроницаемой стенки стр.
3.1 Решение уравнения нестационарной одномерной диффузии в примембранном пространстве
операционным методом стр.
3.1.1 Формулировка задачи. Описание стационарного
состояниястр.
3.1.2 Решение уравнения одномерного
нестационарного массообменастр.
3.1.3 Анализ решения уравнения нестационарного
массообменастр.
3.1.4 Описание задачи устойчивости в случае
квазиэкспоненциального профиля концентрацийстр.
3.2 Математическое исследование задачи концентрационной устойчивости в плоском мембранном канале.стр.
3.2.1 Формулировка задачистр.
3.2.2 Разработка уравнений для анализа устойчивостистр.
3.2.3 Алгоритм численного решения задачи устойчивостистр.
3.2.4 Анализ случая Реу0.стр.
3.2.5 Численные результаты. Примеры расчетастр.
3.3 Выводы.стр.
Глава 4. Экспериментальное исследование
концентрационной устойчивости процесса обратного осмоса стр.
4.1 Выбор объектов и методов исследованиястр.
4.2 Лабораторная установка для исследования
одномерного нестационарного массообменастр.
4.2.1 Установка для поточного измерения концентрации проникающего раствора ионометр с самописцемстр.
4.2.2 Установка для визуализации распределения концентрации раствора над мембраной
лазерный интерферометр и узел фиксации интерферограмм стр.
4.2.3 Установка для исследования процесса обратного
осмоса в статических условиях технологическая частьстр.
4.3 Подготовка и проведение эксперимента.стр.
4.4 Методика обработки опытных данныхстр.
4.5 Оценка погрешности расчетов и измеренийстр.
Глава 5. Результаты экспериментального исследования устойчивости и их сравнение с теоретическим
исследованием той же задачистр.
5.1 Предварительные эксперименты. Коррекция методики обработки экспериментальных данных
с учетом осложняющих эффектовстр.
5.2 Основные экспериментальные результаты и
их сравнение с теоретическим предсказанием стр.
5.3 Выводы стр.
Глава 6. Прогноз эффективности использования смешанноконвективного режима массообмена
в проточных плоскокамерных баромембранных аппаратахстр.
6.1 Обобщение теоретических результатов анализа устойчивости и их сравнение с экспериментальными результатами работ по изучению смешанноконвективного
режима в процессе мембранного газоразделения стр.
6.2 Предсказание массообменных характеристик проточных установок обратного осмоса
в смешанноконвективном режиме стр.
6.3 Прогноз влияния конвективной неустойчивости на экономическую эффективность процесса обратного осмоса.стр.
6.4 Выводы.стр.
Основные результаты работы.стр.
Список литературы


К настоящему времени с помощью упрощения уравнений Навье Стокса описаны и решены тысячи практически важных задач. Упрощения данных уравнений могут касаться как некоторой специфической задачи, так и целого класса разнообразных задач. Так, например, ни чем иным как способом упрощения уравнений Навье Стокса для маловязких жидкостей является теория пограничного слоя наиболее важный раздел теоретической механики жидкости. В качестве еще одного примера подобного математического упрощения, охватывающего крайне широкий круг задач, здесь необходимо
упомянуть приближение Буссинеска, традиционно используемое для задач конвективного тепло и массообмена, в которых необходим учет гравитационной естественной конвекции. V, V V. При описании с помощью уравнений Навье Стокса массообмена при стационарном устойчивом ламинарном течении, принимают гипотезу о несопряжнном течении, т. При больших числах Шмидта, которыми, как правило, характеризуется массообменный процесс, течение и массообмен с высокой точностью описываются теорией пограничного слоя. Благодаря изоморфности систем уравнений, описывающих гидродинамические, тепловые и массообменные процессы, между данными тремя классами явлений наблюдается аналогия, заключающаяся в подобии распределений скорости, температуры и концентрации в сходных условиях. Такую процедуру называют решением задачи с помощью метода аналогии. Многочисленные примеры удачного использования метода аналогии можно найти в книге 2. Широкому применению метода аналогии способствует то обстоятельство, что многие известные решения уравнений Навье Стокса оказываются малочувствительны к изменению начальных и граничных условий. Классический пример такого рода малочувствительности близость распределений температуры в задаче Гретца Нуссельта 3, рассчитанных при решении данной задачи с фаничными условиями первого и второго рода. Безусловно, метод аналогии позволил в е гг. Однако представляется, что широкое использование метода аналогии массообмена с теплообменом не всегда приводит к корректному решению некоторых химикотехнологических задач. В качестве альтернативы методу аналогии обычно используются эмпирические модели массообмена 2 например, модель проницания, плночная модель и т. О корректной аналогии между тепло и массопереносом можно говорить в том случае, когда суммарный поток массы через поверхность раздела жтв равен нулю. В противном случае при массообмене возникнет дополнительная составлявшая скорости, а следовательно, и отличия в структуре уравнений,
описывающих данные процессы. Вдув или отсос на тепло массообменной поверхности существенно влияют на картину распределения температуры концентрации 2, 3, 4. Воздействие отсоса на тепло массообмен происходит по трем причинам вопервых, изза изменения расхода по длине канала, вовторых, вследствие деформации профиля осевой составляющей скорости под действием отсоса и, наконец, изза наличия радиального переноса тепла массы. Эффект отсоса или вдува на границе поверхности массообмена например при сушке, кристализации и адсорбции приводит к тому, что граничные условия в данных процессах сходны с граничными условиями при теплообмене с отсосом. В таком случае применение такого расширенного метода аналогии в большинстве случаев дат вполне удовлетворительный результат. Методология использования расширенного метода аналогии сводится к следующему. Число Шервуда представляется на основе принципа суперпозиции всех воздействующих на процесс факторов, а именно вынужденноконвективного движения, оттока массы через стенки, свободной конвекции, т. БЬо значение числа Шервуда в стандартных или эталонных условиях для данной задачи массообмена в канале с непроницаемыми стенками при постоянных свойствах и вынужденноконвективном движении потока. Описание процессов массообмена и теплообмена, осложненных возмущающими факторами, при помощи относительных законов тепломассообмена нашло широкое применение, как это будет видно из последующего материала, как в теоретических решениях, так и при обобщении экспериментальных данных.