Разработка математической модели анализа процесса осаждения примесей в трубопроводах криогенных систем

• Автор: Панфилов, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ
1.1. Практические приложения результатов исследования в различных отраслях
1.2. Математическое описание движения двухкомпонентных потоков и осаждения взвеси в проточных элементах различных технических и технологических систем
1.3. Особенности моделирования потоков примесей в жидкостных криогенных системах
1.3.1. Некоторые теплофизические и физико-химические свойства криогенных жидкостей
1.3.2. Накопление отвержденных газов в криогенных системах
1.4. Выводы, цель и задачи исследования
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ
ОСАЖДЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ В ПРОТОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
2.1. Синтез математической модели процесса осаждения примесей из потока малоконцентрированной взвеси
2.2. Осаждение взвеси в трубопроводе при отсутствии продольного перемешивания
2.3. Функции распределения частиц на входе в трубопровод и выходе из него при различных способах образования
взвеси в резервуаре
2.4. Полуэмпирический расчет кинетического коэффициента скорости осаждения частиц взвеси
2.5. Сцособ теоретического расчета кинетического коэффициента скорости осаждения частиц взвеси

2.6. Осаждение взвеси в канале прямоугольного сечения
2.7. Выводы
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ПОТОКОВ ПРИМЕСЕЙ В ЖИДКОСТНЫХ
КРИОГЕННЫХ СИСТЕМАХ
3.1. Основные способы выполнения технологической операции "перелив"
3.2. Определение изменения массовой концентрации на выходе
из трубопровода с учетом стадии "выстаивания"
3.3. Численные эксперименты и выбор оптимальных режимов проведения операции перелив для реальной криогенной системы
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕННЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Исследование кинетики осаждения малоконцентрированной взвеси кристаллических отвержденных газов в трубопроводе круглого сечения
4.2. Прогнозирование накопления примесей при выполнении операции "перелив"
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В промышленности широко распространены процессы в системе' "дисперсная твердая фаза - транспортирующая сплошная среда" [78]. Одним из примеров такой системы может служить перемещаемая по трубопроводам криогенная жидкость, содержащая во взвешенном состоянии частицы высоко-кипящих примесей [68].
Проведение различных операций при криогенных температурах (ниже 120 К) можно встретить в химической и пищевой отраслях, сельском хозяйстве, медицине, авто- и аэрокосмической технике. Жидкий кислород применяется в качестве основного компонента топлива в ракетно-космической технике, а также в бортовых электрохимических генераторах и системах жизнеобеспечения космических аппаратов и самолетов, в МГД генераторах специального назначения. Жидкий метан является хорошим автомобильным топливом. Аргон используется при сварке металлов и в электроламповой промышленности. В жидком состоянии он применяется на этапе доставки к потребителю. Жидкий азот из-за своей нетоксичное™, инертаости и дешевизны применяется в пищевой промышленное™ при охлаждении и замораживании продуктов, в сельском хозяйстве и медицине для хранения биопродуктов. Охлаждение в жидком азоте производят также для охрупчивания и последующего дробления металлолома и изношенных изделий из резины. Жидкий гелий применяется для охлаждения и криостатирования различных сверхпроводящих устройств. Использование жидкого водорода в промышленных масштабах началось в связи с созданием ра-кетаых двигателей [86, 92]. Преимущества жидкого водорода перед углеводородными топливами очевидны: 1) практически неограниченные запасы в морях и океанах; 2) более высокая теплота сгорания; 3) экологическая чистота - в результате сгорания водорода образуется вода. Жидкий водород используется также в автомобильной и авиационной технике [101].

увеличение концентрации примеси вследствие испарения жидкости при охлаждении системы; ; Дс3 - увеличение концентрации примеси за счет испарения

жидкости при ее хранении и вытеснении из сосуда;; Дс4 - увеличение концентрации примеси за счет конденсации из газа наддува.
Отдельные составляющие таковы:
Асг = ск~; Рж
дс -с Мшк-2 ~ 0 М *
Ас3 = (с0 + АСу + Ас2 )
(м-миу
Ас л = с„ Мц
Н(М-МН)
при над дуве сторонним газообразным продуктом;
Дс4 = (с0 + Дс3 + Дс2 + Ас3 )
М-МИ~МН
при наддуве парами хранимого продукта, где ск - объемная концентрация примеси в газе перед заполнением резервуаров системы; рг - плотность газообразного продукта в объеме системы перед ее заполнением; рж - плотность жидкости; Мош - количество жидкости, испарившейся при заполнении резервуаров системы; М- количество жидкости, залитой в резервуары; Ми - количество жид-