Автореферат (1025840), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Дляопределения зависимости массового потока пара со свободной поверхностижидкости от функциональных и геометрических параметров установке быловыполнено три этапа.На первом этапе с применением численных методов определяется значение толщины зоны градиента концентрации в зависимости от параметров установки.

На втором этапе определяются коэффициенты, входящие в состав уравнений, описывающих испарение жидкости в газовую среду. На третьем этапе сиспользованием данных, полученных на предыдущих этапах, определяется значение полного массового потока пара.Расчетно-теоретические исследования расчетной области всего устройства позволили определить распределение скоростей и давлений рабочего газав проточной полости устройства и позволили подтвердить правомерность использования для дальнейших расчетов только одной ячейки. Результаты расчета для давления pвх  100, 2 кПа и температуры Т вх  298 K рабочего газа навходе в расчетную область представлены на Рисунке 4. Равномерность распределения давлений в поперечном сечении цилиндрической области (максимальный перепад давлений не превышает 10 Па ), относящейся к внутри пробирочному пространству, полученное при расчетно-теоретических исследований позволяет считать обоснованным рассмотрение при дальнейших исследованияхрасчетной области 2 .В работе обоснованно применение сегмента расчетной области 2 и выбора степени дискретизации (50000 элементов) для проведения расчетнотеоретических исследований, который позволяет детально описать процесс течения газа в рабочей ячейке.В результате численных исследований определены характеристики течения рабочего газа в расчетной области при различных геометрических параметрах, а также определена зависимость толщины зоны градиента концентрации отпараметров потока рабочего газа.

На Рисунке 5 представлено распределениескоростей газа в расчетной ячейке, при различных значениях перепада давления на ее границах.10Рисунок 4. Распределение давлений: а – в проточной полости устройства, б – вкольцевом канале на входе в пробирочную область.Рисунок 5. Распределение проекций скорости течения газа при различномперепаде давления (1 - p  100 Па ; 2 - p  200 Па ; 3 - p  400 Па ;4 p  1000 Па ).Анализ данных расчетно-теоретических исследований позволил определить, что максимальное значение скорости течения газа в рабочей ячейке достигается при соотношении площадей входного и выходного сечения в диапазоне от 0,8 до 1,5.В результате численных исследований определена зависимость объемажидкости в пробирке от времени испарения (Рисунок 6), что позволяет определить время концентрирования определенного объема раствора.

Например, время испарения 2 мл этилового спирта из цилиндрической пробирки с внутренним диаметром 10 мм при комнатной температуре определенное расчетным путем составило 75 мин.11Рисунок 6. Зависимость объема этилового спирта в пробирке от временииспарения ( T  298 К ).В заключение третьей главы описан процесс выбора геометрических параметров опытного образца пневмовакуумного концентратора химических растворов и его разработки и изготовления.В четвертой главе описано проведение экспериментальные исследованиярабочих процессов, протекающих в пневмовакуумном концентраторе химических растворов.

Целью экспериментальных исследований является подтверждение адекватности составленной математической модели процессам в концентраторе жидкостей.Экспериментальные исследования проводились на созданном в рамкахданной работы экспериментальном стенде, включающем в себя разработанныйи изготовленный опытный образец пневмовакуумной установки для концентрирования химических растворов и необходимые для проведения измеренийсредства контроля, визуализации и измерения.

Схема данного стенда представлена на Рисунке 7.Для определения зависимости полного потока массы пара J от расстояния между межфазной границей и срезом направляющей трубки h при различных значениях температуры жидкости T и скорости рабочего газа u разработана методика проведения эксперимента. Для определения потока массы пара замерялось количество испарившейся жидкости за определенный промежутоквремени с применением высокоточных весов для измерения микромасс PS-20.Полученные в результате проведения экспериментальных исследованийданные обрабатываются путем поиска выбросов с применением методанаименьших квадратов, а также оценивается приборная и случайная погрешности эксперимента.На Рисунке 8 представлены экспериментальные зависимости, полученныепри испарении дистиллированной воды в поток воздуха с относительной влажностью 40%, вызванный перепадом давления p  300 Па . Экспериментальная12зависимость показывает уменьшение массового потока пара при отдалениимежфазной границы от среза трубки, что соответствует результатам численногоисследования.Рисунок 7.

Схема экспериментального стенда.П1 – входная полость, П2 – полость смешения, П3 – выходная полость.Рисунок 8. Зависимость полного поток массы паров дистиллированнойводы от параметра h (1 – T  298 К ; 2 - T  308 К ; 3 - T  318 К ).Для проверки адекватности математической модели при концентрировании жидкости, пары которой практически отсутствует в воздухе, экспериментальные исследования проводятся с использованием этилового спирта.На Рисунке 9 представлены экспериментальные зависимости, полученныепри испарении этилового спирта в поток воздуха, вызванный перепадом давления p  300 Па .13В четвертой главе приведены сведения о разработке новой конструкциипневмовакуумной установки концентрирования химических растворов и концентрировании с ее помощью рабочих растворов.На основе данных численного расчета математической модели полученоконструктивное исполнение пневмовакуумной установки для концентрирования химических растворов, которое было защищено патентом Российской Федерации на полезную модель №149825.

Значение избыточного давления и расход, создаваемые побудителем расхода газа в данной установке, определяютсятаким образом, чтобы значение скорости потока рабочего газа на входе в кольцевой канал находилось в диапазоне от 10 до 15 м/с. Меньшее значение скорости соответствует максимальному заполнению пробирки жидкостью (2 мл),большее – исходному объему жидкости менее 1 мл. При создании пневмовакуумной установки для концентрирования химических растворов на кафедре «Вакуумная и компрессорная техника» МГТУ им.

Н.Э. Баумана (Рисунок 10) былиприменены аддитивные технологии.Рисунок 9. Зависимость полного потока массы паров этилового спирта отпараметра h (1 – T  298 К ; 2 - T  308 К ; 3 - T  318 К ; 4 - T  323 К ).Для подтверждения эффективности созданного в данной работе приборапри концентрировании рабочих растворов экспериментальные исследованиябыли проведены на образцах, полученных в ЗАО «Синтол». Для этого в рабочей полости концентратора был размещен цифровой микроскоп MAN 1011 ипроведена съемка процесса испарения жидкости из пробирок в реальном времени.

Проведено концентрирование раствора объемом около 0,5 мл содержащего флуоресцентный зонд меченный красителем FAM с использованием тушителя BHQ1 и препарата, представляющего собой настой трав в водноспиртовом растворе. Вид сконцентрированных проб представлен на Рисунке 11.14Рисунок 10. Пневмовакуумная установка концентрирования химических растворов.а)б)Рисунок 11. Сконцентрированная проба: а – флуоресцентный зонд с красителем FAM и тушителем BHQ1, б – водно-спиртовой настой трав.Результаты данной работы внедрены на предприятии Закрытое Акционерное Общество “Синтол” (г.

Москва) в процессе проведения научноисследовательской и опытно-конструкторской работы по разработке роботизированного комплекса для молекулярно-генетических исследований и внедреныв учебный процесс ФГБОУ ВПО МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва), что подтверждено актами о внедрении.Основные результаты и выводы1.Впервые разработана классификация и критерии оценки для обоснованного выбора вариантов исполнения установки для концентрирования химических растворов.2.Впервые разработаны метод расчета и математическая модель рабочих процессов, протекающих в пневмовакуумной установке концентрирова15ния химических растворов, позволяющие описывать параметры течения рабочего газа в проточной полости концентратора и определять значение массовогопотока пара, удаляемого из пробирки.3.Созданы методика проведения эксперимента, экспериментальныйстенд и проведены экспериментальные исследования рабочих процессов вустановке концентрирования химических растворов.

Характеристики

Список файлов диссертации