Расчет процессов гидротранспорта неструктурных суспензий в гетерогенном и гомогенном режимах течения

• Автор: Панков, Андрей Олегович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ГИДРОТРАНСПОРТА И ЕГО МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ.

1.1. Гидротранспорт виды, режимы и методика расчета.

1.1.1 Гидротранспорт виды и особенности

1.1.2 Виды суспензий

1.1.3 Режимы движения гидросмесей, их кинематические и динамические характеристики

1.1.4 Рекомендуемые режимы и скорость движения суспензий в условиях гидротранспорта.

1.1.5 Инженерный метод расчета гидротранспорта

1.2. Математическое описание движения твердых частиц в

жидкости
1.2.1 Движение одиночной твердой частицы в жидкой среде.
1.2.2 Взаимодействие частиц со стенками сосуда
1.2.3 Взаимодействие частиц между собой.
1.3. Методы математического описания течения суспензий в каналах
1.3.1 Общие методы моделирования двухфазных течений.
1.3.2 Моделирование гидродинамических режимов движения жидкости.
Выводы по обзору литературы
Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ ГИДРОСМЕСИ ПО ТРУБАМ .
2.1. Общие уравнения движения и переноса массы
2.2. Математическое описание турбулентности.
2.2.1 Выбор модели турбулентности
2.2.2 Математическая запись модели турбулентности СпалартаАпмараса для случая гидротранспорта
2.3 Граничные условия.
2.4 Приведение исходных уравнений модели к безразмерному виду
2.5 Модификация модели для наклонных и вертикальных каналов
Глава 3. МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ МОДЕЛИ И ПРОВЕРКА ЕЕ АДЕКВАТНОСТИ.
3.1. Выбор методики решения уравнений модели
3.2 Методика решения уравнений модели.
3.3 Проверка адекватности модели
3.3.1 Проверка модели при движении чистой жидкости.
3.3.2 Проверка модели при течении гидросмеси с различными концентрациями.
3.4 Анализ влияния начальных параметров на решение
Глава 4. ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ГИДРОТРАНСПОРТА
АНАЛИЗ РАЗМЕРНОСТЕЙ, МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА, ПРИМЕНЕНИЕ
К РЕШЕНИЮ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗАДАЧ
4.1 Общие соображения.
4.2. Применение теории подобия для построения критериальных
уравнений и нахождение чисел подобия
4.3 Примеры построения инженерных формул расчета гидротранспорта и их применения
4.3.1 Производственная постановка задачи.
4.3.2 Техническая постановка задачи
4.3.3 Математический эксперимент и его результаты
4.3.4 Решение производственной задачи
4.4 Оптимизация гидротранспорта путем варьирования его тех
нологическими параметрами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЯ.
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Переменные
, молекулярная вязкость жидкости, Пас
ря вязкость твердой фазы, обусловленная трением частиц друг об друга, Па с
молекулярная вязкость суспензии, Па с определяется уравнением 2.1.
р, плотность жидкости, кгм3 р3 плотность частиц жидкости, кгм
Рта плотность суспензии, кгм3 определяется уравнением 2.2.
диаметр твердых частиц, м
Ск объемная концентрация фазы к
С, объемная концентрация твердой фазы
Сг объемная концентрация жидкой фазы
со Рта РКр5 Р консистенция гидросмеси
г0 касательное напряжение жидкости на твердой стенке, Па
Б внутренний диаметр трубы, м
ОхОу,Ог обозначение осей декартовой системы координат
Тк тензор напряжений фазы к
9, ускорение свободного падения, мс
Ук икУУк,ук вектор скорости фазы к и его компоненты по коорди
натным осям
П. динамическая скорость чистой жидкости, мс
О тензор завихренности

дУ V
компоненты тензора завихренности
дх. дх.
1 У
К скорость свободного падения твердой частицы в чистой жидкости гидравлическая крупность, мс
Уп скорость свободного падения твердой частицы в жидкости с поправками на стесненность и влияние стенок, мс
р5р1 отношение плотностей жидкой и твердой фаз
Ро коэффициент внутреннего трения частиц твердой фазы, обычное значение фо 0,,
ех коэффициент турбулентного переноса частиц твердой фазы, м2с
твердой стенки
п у 1х2 У2 минимальное расстояние от точки с координатами х,у до
Индексы
,т обозначение фаз системы
i обозначение проекций векторных величин на оси координат жидкая сплошная фаза твердая дисперсная фаза ix суспензия
обозначение безразмерной величины.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Одним из основных критериев, исходя из которого проектируются аппараты гидротранспорта, является их гидравлическое сопротивление. Т.к. Неточности при определении потерь давления не позволяют осуществить целенаправленное проектирование оборудования, не гарантируют соблюдение его техникоэкономических показателей, его работоспособности. Потери давления, как и любой другой параметр, можно определить теоретическим или экспериментальным путем. Движение неоднородной жидкости в общем виде описано дифференциальными уравнениями, однако доведение их до практически полезных решений весьма затруднительно 7. Поэтому в настоящее время расчет параметров гидротранспорта чаще всего производится по формулам, полученным на основе экспериментальных данных. Однако применение подобных формул ограничено диапазоном параметров, для которых производились эксперименты. Однако при проведении подобных экспериментов важным фактором становится выбор исходных уравнений и замыкающих соотношений, позволяющих корректно описать рассматриваемый технологический процесс в широком диапазоне изменения технологических параметров. Проведение исследований гидравлического транспорта методом математического моделирования позволит выработать научнообоснованные подходы повышения его эффективности путем анализа гидродинамических процессов, происходящих при перемещении твердых материалов потоком жидкости. Разработка научно обоснованной методики расчета гидротранспорта неструктурных суспензий в гетерогенном и гомогенном режимах методом математического эксперимента. Внедрение результатов работы в промышленную и расчетную практики. Научная новизна. На основе математического эксперимента выявлены основные закономерности движения двухфазной среды жидкостьтвердое тело в условиях гидротранспорта, определены эксплуатационные характеристики гидротранспорта неструктурных суспензий и их взаимосвязь. Проведены математические эксперименты на основе построенной математической модели гидротранспорта неструктурных суспензий, которая базируется на теории взаимопроникающих континуумов. В результате получены профили скоростей жидкой и твердой фаз, концентрации, турбулентной вязкости и других величин по сечению потока при различных параметрах гидротранспорта. СпалатраАллмараса. Впервые проведена модификация модели турбулентности для случая течения двухфазной системы в условиях гидротранспорта неструктурных суспензий. Показана методика построения инженерных формул для расчета прямой и обратной задач гидравлики на основании данных математического эксперимента. Показана и реализована возможность оптимизации энергозатрат потерь давления в промышленных процессах гидротранспорта неструктурных суспензий путем варьирования концентрацией твердой фазы. Исследования проводились посредством моделирования процесса на математическом уровне. Для построения уравнений модели использовалась теория взаимопроникающих континуумов. Турбулентность описана методологией, основанной на осреднении Рейнольдса. Уравнения математической модели решались методом конечных элементов с динамическиадаптивной расчетной сеткой. Результаты численных решений обрабатывались по л теореме и теории подобия. Статистическая обработка полученных данных проводилась с помощью специализированных программных продуктов. Практическая значимость и реализация работы. Результаты проведенных теоретических исследований позволяют рассчитать процесс гидротранспорта в широком диапазоне технологических параметров по единой технологии и оптимизировать его, варьируя концентрацию твердой фазы. Результаты работы использовались в лекционном курсе Процессы и аппараты химической технологии. Используя методику расчета, рассчитаны, спроектированы и изготовлены установки гидротранспорта в комплексах мокрого измельчения. Они прошли всесторонние испытания и успешно внедрены на пищекомбинате и комбикормовом заводе РайПО Алькеевского района РТ. Апробация работы. Тепло и массообмен в химической технологии, Казань, г. Молодые ученые агропромышленному комплексу, Казань, г.