Диссертация (1025509), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Аппараты циклонного типа являются составнойчастьюмногихгидравлическихгидропневмоагрегатов,машин,используемыхприустройств,решенииаппаратовбольшогоичислапроизводственных, технических и технологических задач, включая задачиэкологии,надежностиибезопасности[9,10,16,28,37,42,48,49,73,89,104,108,129,179].Гидромеханические процессы очистки, разделения и классификацииполидисперсных систем находят все более широкое применение во многихотраслях промышленности, таких как горнорудная, нефтехимическая,химическая, угольная, лакокрасочная, микробиологическая, пищевая и рядедругих [2,37,73,89,92,93,108,114,115,121,179].
Среди указанных процессовособое место занимают процессы обработки полидисперсных систем«жидкость – твердое тело» [73,94,108].Современныетехническиепотребностизаставилиширокийкругисследователей обратиться к проблеме классификации высокодисперсныхфракций суспензий с размером частиц менее 5 мкм [22,33,73,76,85,142,163,165], при решении которой особое место занимают цилиндроконическиегидроциклоны-классификаторы малых размеров, характеризующиеся какмалым диаметром цилиндрической части d50 мм, так и малым угломконусности ϴ6 [108,116,139,163,165,175].Исследованияразделяющейспособностицилиндроконическихгидроциклонов-классификаторов малых размеров позволили выявить при ихработе ряд особенностей и явлений, одним из которых является «fish-hook»эффект, заключающийся в поступлении тонкодисперсных частиц твердойфазы в крупнодисперсный продукт классификации [76,132,140,151,174,190,191].
Данный эффект способствует уменьшению производительноститехнологического оборудования, ухудшает качество целевого продукта,10снижает эффективность работы последующих ступеней очистки, что нередкоприводит к загрязнению биосферы [10,73].Дляустраненияуказанныхпроблемгидроциклоны - классификаторымалыхширокоеприменениеразмеровснашлиинжекцией[143,149,168,189], внедрение которых сдерживается рядом нерешенныхвопросов.К ним в первую очередь следует отнести отсутствие однозначныхэкспериментальныхданныхохарактеристикахцилиндроконическихгидроциклонов малых размеров, которые определяются параметрамипроцесса классификации и изменением структуры потоков в аппарате взависимости от конструкционного оформления инжектора.Кроме того, имеют место различия в подходах к теоретическому описаниюпротекающих процессов в аппаратах подобного типа, где интенсивностьслучайныхсоставляющихосновныхпроцессовимеетопределяющеезначение.Более того, для решения современных практических задач требуетсянахождение явного вида непрерывной функции эффективности разделениячастиц в гидроциклоне T=T(dч) во всем диапазоне размеров частиц.Указанные обстоятельства связаны как с незавершенностью общей теориипроцессов переноса в гидроциклонах-классификаторах, так и с отсутствиемуниверсальных методик их расчета, выбора и конструктивного оформленияаппаратов.Такимобразом,определениехарактеристикцилиндроконическихгидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией можноотнести к актуальным и практически значимым задачам современныхгидравлических машин, устройств, аппаратов и гидропневмоагрегатов.11Цельюнастоящейработыявляетсяопределениехарактеристикцилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров синжекцией и разработка методики их расчета на основании комплексногоподхода, базирующегося на вероятностно-статистических методах описанияпроцесса эволюции водных полидисперсных систем «жидкость – твердоетело».Методы исследования.
В работе использовались теоретические иэкспериментальные методы исследования. Теоретические исследованияпроведенынакафедреэкологииипромышленнойбезопасностиМГТУ им. Н.Э. Баумана. Экспериментальные исследования проведены влабораторных условиях на базе технического факультета УниверситетаЭрланген-Нюрнберг, Германия. Модельные исследования проведены наоснове вычислительного эксперимента с использованием пакета прикладныхпрограмм. Обработка экспериментальных данных проводилась прямым икосвенным способом анализа с применением методов математическойстатистики, корреляционного и регрессионного анализа.Научная новизна:1.
Теоретическиобоснованоиэкспериментальноподтверждено,чтоповедение частиц дисперсной фазы суспензии в процессе классификации вцилиндроконических гидроциклонах-классификаторах малых размеров синжекцией может быть описано на основе стационарных решенийкинетического уравнения Фоккера–Планка–Колмогорова в пространственовой обобщенной координаты. Аналитически найден явный виднепрерывной функции эффективности разделения частиц в аппарате висследуемом диапазоне размеров частиц.2.
Теоретически показана и экспериментально подтверждена возможностьописания характеристик классификации суспензии в гидроциклоне синжекциейспомощьюсемействатрехпараметрическихкривых,12формально совпадающих с универсальными эмпирическими формуламиСвенсона – Авдеева.3. Установлено,чторазделяющаяспособностьгидроциклонов-классификаторовсцилиндроконическихинжекциейможетбытьудовлетворительно описана с использованием свойств статистическогосамоподобия на основе данных о гранулометрическом составе разделяемойсуспензии, а также двух комплексных показателей, характеризующихинтенсивностьпротекающихпроцессов,дляопределениякоторыхразработано прикладное программное обеспечение.4.
Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что высотарабочей зоны в исследуемых аппаратах является переменной величиной изависит от тангенциальной скорости на входе в аппарат, относительнойскоростиинжекционногопотокаиконструктивныхпараметровгидроциклона и инжектора.5. Экспериментальносопротивленияустановлено,чтоцилиндроконическихкоэффициентгидравлическогогидроциклонов-классификаторовмалых размеров с может быть принят на основании данных стационарныхиспытаний аппаратов без инжекции.6. Показано, что сплит-параметр аппарата зависит от относительногоинжекционногорасхода,ахарактерегоизмененияопределяетсяконструктивными параметрами инжектора.Практическая значимость и реализация результатов работы:1. Разработана вероятностно-статистическая модель процесса классификациисуспензий в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах малыхразмеров с инжекцией и определены границы ее применимости.2.
Даны количественные оценки влияния инжекции на гидродинамику иклассификационную способность цилиндроконических гидроциклоновклассификаторов малых размеров с инжекцией.133. На примере дисперсной системы «вода – полевой шпат» экспериментальноподтверждено наличие «fish-hook» эффекта в процессе разделениясуспензий в гидроциклонах-классификаторах малых размеров с инжекциейи установлена его взаимосвязь с высотой рабочей зоны аппарата.4. Установлен явный вид безразмерных комбинированных комплексов,однозначно определяющих количественные характеристики непрерывнойфункции эффективности разделения частиц в аппаратах.5.
Определеныхарактеристикицилиндроконическихгидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией, разработана инженернаяметодика их расчета и прикладное программное обеспечение, применяемоедля решения широкого ряда технических задач.6. Результатыработывнедренынасовместномроссийско-чешскомпредприятии «Медиа инжиниринг» (г.Москва, Российская Федерация,г.Либерец,ЧешскаявспомогательныхРеспублика)технологическихприиорганизацииосновныхпроизводственныхипроцессов,связанных с классификацией суспензий и реализуемых при выпускесерийной продукции, а также в составе нормативных документов длярегламентирования требований, предъявляемых к локальным сооружениямочистки сточных вод, что подтверждено актом о внедрении.Положения, выносимые на защиту:1. Вероятностно-статистическая модель процесса классификации суспензии вцилиндроконических гидроциклонах малых размеров с инжекцией инайденный явный вид непрерывной функции эффективности разделениячастиц в аппарате.2.
Результаты исследования асимптотических свойств предложенной модели(при t→∞) с учетом свойств статистического самоподобия непрерывнойфункции эффективности разделения частиц в аппарате в интегральнойформе.143. Набор показателей процесса классификации суспензии, характеризующихинтенсивность классификационного воздействия, центробежных сил ислучайных составляющих процессов и их количественные оценки.4.
Явный вид безразмерных комбинированных комплексов, однозначноопределяющих количественные характеристики непрерывной функцииэффективности разделения частиц в аппаратах с инжекцией.5. Результатыопределениюэкспериментальныххарактеристикимодельныхисследованийцилиндроконическихпогидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией.6. Уточненныймеханизмвозникновения«fish-hook»эффектаиразработанные методы устранения его негативного влияния на процессыклассификации. Взаимосвязь «fish-hook» эффекта с переменной высотойрабочей зоны аппарата.7. Положение о том, что коэффициент гидравлического сопротивленияцилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров синжекцией может быть принят на основании данных стационарныхиспытаний аппаратов без инжекции.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
