Математическое моделирование процесса смешения двух жидкостей в центробежном бироторном смесителе

• Автор: Тябин, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Введение
2. Обзор теоретических и экспериментальных исследований но эмульгированию (смешению) высоковязких жидкостей
2.1. Определение качества смешения высоковязких жидкостей
2.2. Схема и принцип работы бироторного смесителя *
2.3. Критический обзор теоретических и экспериментальных исследований по гидродинамике центробежных насадок.
2.4. Постановка задачи исследования «
3. Теоретические исследования процесс эмульгирования (смешения) неньютоновских жидкостей на бироторном смесителе
3.1. Физическая модель процесса смешения на бироторном смесителе *
3.2. Математическая модель процесса смешения ®
3.3. Физическая модель процесса течения ®
3.4. Математическая модель процесса течения ©
3.5. Распределение скоростей по толщине пленки неньютоновской жидкости *
3.6 Определение гидродинамических параметров течения
3.7. Определение размера капли дисперсной фазы
после ступени смешения ®
4. Методика расчета бироторного смесителя
4.1. Методика экспериментальных исследований процесса смешения двух жидкостей на бироторном смесителе.
4.2. Методика расчета бироторного смесителя
4.3. Основные выводы и результаты работы
5. Список используемой литературы
6. Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Принципы современного конструктивного оформления процесса перемешивания сложилось в период становления химической технологии (конец XIX - начало XX века). Однако методы инженерного расчета перемешивания начали разрабатываться значительно позже, и справочные пособия 1930-х гг., включавшие, например, методики расчета процессов адсорбции и ректификации, еще не содержали сведений о расчете мешалок. Систематическое изучение процесса перемешивания началось в середине 1940-х гг. на основе применения методов теории подобия. Работы, выполненные в последующие годы исследователями научных школ, возглавляемых В.В.Кафаровым, П.Г.Романковым, А.Н.Плановским, С.Я.Гзовским в СССР, Дж. Олдшу, А.Б.Метцнером в США, С.Нагата в Японии, раскрыли основные закономерности процесса перемешивания и заложили основы методов расчета аппаратов с мешалками. Результаты этих работ обобщены в известных монографиях П.Г.Раманкова ("Гидравлические процессы химической технологии”, 1947г.), В.В.Кафарова ("Процессы перемешивания в жидких средах”, 1949 г.), Ф. Холланда и Ф.Чапмана ("Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов", 1974 г.).
С 1960-х гг. в подходе к исследованию и математическому описанию перемешивания наметились новые тенденции, характеризующиеся более глубоким проникновением в физический механизм процесса. Важным этапом в развитии исследований перемешивания явилось применение методов химической кибернетики и системного анализа, разработанных академиком В.В.Кафаровым и его школой.

В настоящее время назрела острая необходимость в систематизации новейших методов, используемых в химической технологии. Основным методом для такой систематизации является математическое моделирование изучаемых систем, а основным средством-ЭВМ.
В общем случае символическая математическая модель каждого технологического оператора химико-технологической системы
представляет собой систему нелинейных алгебраических или дифференциальных уравнений большей размерности. На начальных этапах проектирования химико-технологической системы создаются более простые математические модели, обеспечивающие сохранения желаемого уровня гомоморфизма сущности физико-химических процессов, происходящих в элементе. На завершающих этапах проектирования необходимо применять более точные и сложные математические модели, которые могли бы полнее учитывать кинетические характеристики технологических процессов и наиболее реально отражать влияние параметров технологических режимов и параметров элементов на функционирование системы в целом.
Для получения упрощенных математических моделей особенно широко используются теория пограничного слоя , методы линеаризации, теории приближений функций, методы планирования эксперимента, а также методы апроксимации непрерывных элементов с распределенными параметрами. При решении задач анализа и синтеза химикотехнологических систем,этап разработки математических моделей, входящих в систему, является одним из наиболее трудоемких.
Создание упрошенных математических моделей только на первый взгляд представляется простой задачей Дело в том , что при упрощении математической модели необходимо разрешить противоречия в требованиях предъявляемых к математическим моделям. С одной стороны математическая

Система уравнений (2.3.32)-(2.3.34) была решена численным методом. Были найдены распределение радиальной тангенциальной и осевой компонент скорости по толщине пограничною слоя. Анализ численного решения показал , что реологический фактор (индекс течения) сильно влияет на характеристики течения. Хотя принятая авторами физическая модель течения значигельно отличается от реальной картины тонкопленочного течения неньютоновской жидкости по поверхности центробежных насадок , разработанный авторами метод решения может быть использован при рассмотрении тонкопленочных течений.
Приведенный краткий обзор исследований показал , что на повестку дня остро встал вопрос решения полных уравнений движения для тонкопленочного течения неньютоновской степенной жидкости по поверхности вращающихся центробежных насадок. При индексе течения п=1 эти решения становятся справедливыми для вязкой жидкости.
Экспериментальные исследования при тонкопленочном течении жидкостей по поверхности вращающихся насадок проводятся с целью определения следующих параметров : толщины плеши , скоростей движения и мощности, затрачиваемой на распыление.
Одним из основных параметров работы центробежных насадок , определяющим эффективность их работы , является толщина пленки жидкости. Экспериментальное определение толщины плеши позволяет косвенно определить справедливость других , теоретически полученных гидродинамических параметров работы центробежной насадки , таких как распределение компонента скорости течения по толщине плеши , или их средние значения , мощность , затрачиваемую на течение жидкости по поверхности вращающейся насадки.
В настоящее время существуют весьма разнообразные методы измерения толщины пленок , используемые для случаев тонкопленочного течения