Взаимодействие газокапельных и пленочных потоков применительно к центробежной сепарации

На правах рукописиЕЛИСЕЕВА ОЛЬГА АНАТОЛЬЕВНАВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГАЗОКАПЕЛЬНЫХ И ПЛЕНОЧНЫХПОТОКОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СЕПАРАЦИИСпециальность: 05.17.08. – Процессы и аппаратыхимических технологийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20111Работа выполнена в Федеральномгосударственном бюджетномобразовательном учреждении высшего профессионального образования«Московский государственный университет инженерной экологии» (МГУИЭ)Научный руководитель:- член-корреспондент РАН,доктор технических наук, профессорСистер Владимир ГригорьевичОфициальные оппоненты:- доктор технических наук, профессорСергеев Станислав Петрович- доктор технических наук, профессорЛагуткин Михаил ГеоргиевичВедущая организация:- Московская государственная академиятонкой химической технологииим.

М.В. ЛомоносоваЗащита состоится «20» октября 2011 г. в 14:00 на заседаниидиссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертацийД 212.145.01 при Московском государственном университете инженернойэкологии по адресу: 105066, Москва, ул. Старая Басманная, 21/4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московскогогосударственного университета инженерной экологии.Автореферат разослан «16» сентября 2011 г.Ученый секретарьдиссертационного советаС.А. Трифонов21. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыСложность общей картины газокапельного течения, взаимодействия капельного и пленочного потоков в центробежных сепараторах обусловливает трудностиее полного математического описания.

Этим вызвана необходимость исследования закономерностей влияния режимных параметров на эффективность центробежной сепарации с параллельным изучением отдельных элементов течения дляболее детального понимания их динамики. Одним из таких элементов являетсяпроцесс ударного взаимодействия одиночной капли с движущейся пленкой жидкости, как один из механизмов возникновения вторичного уноса. Результаты исследования такого взаимодействия могут быть полезны для решения общей задачи– повышения эффективности разрабатываемых новых конструкций аппаратовхимической технологии, в частности, центробежных сепараторов.Помимо каплеулавливающих устройств капельные и пленочные потоки характерны для многих процессов, реализуемых в разнообразных тепло- и массообменных аппаратах химических технологий. Здесь возможны течения с капельныморошением горизонтальных или вертикально стекающих пленок жидкости, в томчисле, осложненные закруткой потоков.

Таким образом, детальное изучение механизма образования и динамики возмущений на движущейся пленке при ее капельном орошении является актуальной задачей.Цель работы - выявление закономерностей взаимодействия газокапельныхи пленочных потоков в условиях гидродинамического возмущения пленки жидкости внешними факторами, такими как капельное орошение и воздействие газовогопотока; разработка методики расчета центробежного газожидкостного сепаратора,учитывающей различные механизмы возникновения вторичного уноса.Основные задачи работы:- экспериментальное определение параметров возмущений пленки жидкостии вторичных капель, образующихся при ударном взаимодействии капли с неподвижным и движущимся горизонтально или наклонно слоем жидкости;- разработка метода расчета относительного объема вторичных капель похарактеристикам падающей капли и пленки жидкости;- экспериментальное определение зависимости эффективности сепарации отвходных параметров газожидкостного потока и геометрических размеров сепаратора;- экспериментальное исследование структуры потока внутри сепаратора;- разработка методики расчета новой конструкции центробежного газожидкостного сепаратора с учетом возможности возникновения вторичного уносавследствие образования вторичных капель за счет двух механизмов: срезания газовым потоком гребней крупных поперечных волн на пленке и ударного взаимодействия капель из газожидкостного потока с пленкой жидкости.Научная новизна:- установлены особенности влияния параметров капли и движущейся горизонтально или наклонно пленки жидкости на геометрические размеры возмуще3ний, количество и размеры вторичных капель, образующихся при ударном взаимодействии капли и пленки, а также зависимости относительного объема вторичных капель от характеристик капли и движущейся пленки;- установлено влияние геометрических параметров центробежного сепаратора и режимных характеристик входного газожидкостного потока на эффективность его разделения с применением неконтактного способа определения полидисперсного состава жидкой фазы;- разработаны оригинальные конструкции центробежных сепараторов, защищенные патентами Российской Федерации.Защищаемые положения:- результаты экспериментальных исследований ударного взаимодействиякапли с неподвижным и движущимся горизонтально или наклонно слоем жидкости;- эмпирические зависимости и метод расчета относительного объема вторичных капель, образующихся при ударном взаимодействии капли и пленки жидкости, от характеристик соударения;- результаты экспериментальных исследований структуры течения в центробежном сепараторе и его эффективности;- методика расчета центробежного сепаратора оригинальной конструкции,учитывающая возможность возникновения вторичного уноса вследствие образования вторичных капель в пристеночной области за счет срезания газовым потоком гребней крупных поперечных волн на пленке и ударного взаимодействия капель из сепарируемого потока с пленкой жидкости;- оригинальные конструкции центробежных сепараторов, защищенные патентами Российской Федерации.Практическая значимость:- разработана и создана экспериментальная установка для исследованияударного взаимодействия капли с неподвижной и движущейся пленкой жидкости;- разработана и создана экспериментальная установка с системой автоматизированного сбора данных для исследования течения в моделях центробежных сепараторов;- получены результаты качественного анализа влияния характеристик пленки жидкости и падающей капли на геометрические параметры возмущений, относительный объем, количество и размеры вторичных капель;- разработанные эмпирические зависимости и метод расчета относительногообъема вторичных капель могут быть использованы для детализации картины течения в сепарационных и массообменных аппаратах;- разработанная методика расчета центробежного сепаратора может бытьиспользована при проектировании сепарационного оборудования;- в рамках выполнения МГУИЭ Государственного контракта с Федеральнымагентством по науке и инновациям № 02.526.11.6007 от 15.08.2007 г.

разработанные конструкции газожидкостных центробежных сепараторов внедрены в техно4логическую схему производства биодизельного топлива на стадиях переэтерификации растительного масла и гидрооблагораживания биодизельного топлива.Методы исследования и достоверность полученных результатов.Для решения поставленных задач разработаны и изготовлены экспериментальные установки, проведены модельные физические исследования.

Полученные экспериментальные данные основываются на сертифицированных средствах измерения и обработки, обеспечивающих получение устойчивых и воспроизводимых результатов. Достоверность выводов базируется на использованииклассических уравнений механики жидкости и газа применительно к моделямзакрученных потоков.Апробация работы.Основные результаты диссертационной работы докладывались на: VII Научно-практической конференции «Московская наука - проблемы и перспективы» (г. Москва, 2006 г.); VII Международной научно-практической конференции«Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г.

Санкт-Петербург, 2009 г.); VII Всероссийской конференции молодыхученых «Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии» (г. Новосибирск, 2009 г.); VI Международной научно-практической конференции«Экологические проблемы индустриальных мегаполисов» (г. Москва, 2009 г.);Научной конференции студентов и молодых учѐных МГУИЭ (г.Москва, 2009 г.).Публикации.По результатам работы опубликовано 12 научных работ, из них 3 статьи визданиях, рекомендованных ВАК, 4 патента Российской Федерации.Структура и объем работы.Диссертационная работа содержит введение, 3 главы, основные выводы,библиографический список из 149 источников на русском и английском языках,61 рисунок, 4 приложения на 18 страницах.