Автореферат (1025852), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

(Рисунок 2,а).Численное исследование рабочих процессов с помощью частной математической модели проводилось при задании различных давлений в блоке вакуумной сепарации pвак, а также коэффициентов проницаемости пористого тела k:максимального, минимального и среднего. В результате решения системыуравнений математической модели получены картины распределения скоростейи давлений внутри рабочей области ячеек.Проведено сопоставление расчетных и экспериментальных данных, аппроксимированных методом наименьших квадратов (Рисунок 6). Это сопоставление позволило сделать вывод, что математическая модель описывает физический процесс течения рабочей среды через ячейку планшета очистки с высокойточностью (отклонение данных по расходу рабочей среды в рабочем диапазонерасходов составляет не более 15%).12Рисунок 6.

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных порасходным характеристикам Q(Δp) в широком диапазоне расходов.Далее проведено численное моделирование капельно-струйного течения сприменением разработанной общей математической модели двухфазного нестационарного течения рабочей среды в УВС, применительно к расчетной области одной ячейки и части блока вакуумной сепарации (Рисунок 2,б).

Моделирование капельно-струйного течения и образования капель в области каплеобразования под ячейкой позволило определить диапазон перепадов давления наячейке, при котором происходит переход от капельного к струйному режимутечения. Переход от капельного к струйному режиму течения для ячейки с коэффициентом проницаемости k F 1  7, 42 1012 м 2 происходит при перепаде давления 12<Δp<12,5 кПа.Проведено численное моделирование течения рабочей среды в локальнойрасчетной области, содержащей четыре рабочие ячейки (Рисунок 2,в). Расчетное исследование позволило оценить значения расходов рабочей среды в ячейках с различными гидравлическими сопротивлениями при одновременном течении рабочей среды в них с заданным перепадом давления, а также определить расчетное значение диаметра капли, образующейся в области под ячейкой:dк.расч=3,2 мм.Сопоставление экспериментальных и расчетных данных позволило сделать вывод об адекватности разработанной математической модели в описаниирабочих процессов в УВС и определяющих их распределений скоростей, давлений и фаз.Исследование течения рабочей среды в общей рабочей области УВС(Рисунок 2,г) на основе математической модели позволило оценить распределение давлений внутри блока вакуумной сепарации.

Анализ полученных данных показал, что неравномерность давлений в рабочей полости установки приодновременном течении жидкой фазы через ячейки незначительна, разбросдавлений в системе составляет не более 1 Па.13Пятая глава посвящена разработке новой УВС – пневмовакуумной установки сепарации ДНК. Результаты проведенных расчетно-теоретических исследований течения рабочей среды в УВС использованы при разработке новойустановки. Они позволили определить геометрические параметры рабочей области разрабатываемой установки (высоту рабочей области и параметры подсоединения откачной системы) и функциональные параметры системы откачки(поток рабочей среды, создаваемый вакуумным насосом). На основе данныхчисленного расчета математической модели получено конструктивное исполнение УВС, которое было защищено патентом Российской Федерации на полезную модель №149159.

Пневмовакуумная установка сепарации ДНК изготовлена на кафедре “Вакуумная и компрессорная техника” МГТУ им. Н.Э.Бауманас применением аддитивных технологий (Рисунок 7).Рисунок 7. Пневмовакуумная установка сепарации ДНК.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 применительно к УВС, разработаны метод расчета и математическая модель рабочих процессов, позволяющая описывать динамическоеизменение распределений давлений, скоростей и фаз рабочей среды внутри полости блока вакуумной сепарации.2.Созданы методика проведения эксперимента, экспериментальныйстенд и проведены экспериментальные исследования рабочих процессов вУВС, которые позволили определить: коэффициент пористости пористых телячеек типового планшета очистки: m  0, 27  0,03 и краевой угол смачиванияматериала типового планшета очистки:   68,7  5,4 ; распределение начальных коэффициентов проницаемости ячеек планшета очистки со средним значе14нием kave  5,19 1012 м 2 .

Максимальный и минимальный начальные коэффициенты проницаемости пористого тела рабочих ячеек соответственно:kmax  7,95 1012 м 2 , k min  2, 43 10 12 м 2 . Среднее значение перепада давления,при котором происходит переход между капельным и струйным режимами течения для ячейки с коэффициентом проницаемости k  7,42 1012 м2 , составилоΔpпер=9,2 кПа. Размер капли при отделении ее от ячейки, определенный экспериментальным методом: dк=3,1±0,05 мм.3.На основе разработанного метода расчета рабочих процессов в УВСвпервые проведены расчетно-теоретические исследования, подтверждена адекватность математической модели, лежащей в основе метода.Численное исследование течения рабочей среды в ячейках УВС с использованием частной математической модели позволило получить расчетные расходные характеристики ячеек УВС и провести оценку адекватности разработанной математической модели.

Абсолютная погрешность определения расходов рабочей среды составила 0,01 мл/с, максимальная относительная погрешность определения расхода в рабочем диапазоне – не более 15%.Численное исследование капельно-струйного течения в нижней части рабочих ячеек УВС позволило определить перепад давлений на ячейке, при котором происходит переход между капельным и струйным течением:Δpпер.р=12,25±0,25 кПа.

Погрешность численного определения этой величинысоставила 25%.Численное исследование течения рабочей среды в локальной области, содержащей четыре рабочие ячейки, позволило проанализировать одновременноетечение рабочей среды через несколько ячеек планшета очистки с различнымикоэффициентами проницаемости пористых тел. Значения расходов рабочейсреды, полученных с помощью общей модели, с погрешностью менее 0,5%совпадают с результатами, полученными с помощью частной модели. Этотфакт подтверждает адекватность разработанной математической модели. Данное численное исследование позволило определить расчетным методом диаметр образуемой капли: dк.расч=3,2 мм.

Погрешность расчетного определениядиаметра капли (фазового распределения) составила 3,1%.Численное исследование распределения давлений в блоке вакуумной сепарации УВС позволило оценить распределение давлений в рабочей полостиУВС. Анализ результатов расчета показал, что при течении жидкой фазы черезвсе ячейки давление в ней распределяется практически равномерно. Максимальная разница давлений в различных точках полости блока вакуумной сепарации составляет не более 1 Па.

Этот факт свидетельствует о том, что неравномерность распределения давлений в УВС не является причиной неравномерности течения рабочей среды в ячейках планшета очистки.4.Проведены расчетно-теоретические исследования рабочих процессов в УВС на основе разработанной математической модели. В результате численных исследований определены: конструктивные параметры высоты рабочейобласти блока вакуумной сепарации и расположения соединения с системойоткачки, удовлетворяющие требованиям обеспечения условий работоспособно15сти установки; максимальный поток, откачиваемый вакуумным насосом дляобеспечения требуемого скоростного режима течения рабочей среды в ячейках:м3Qнас  4,2 105 .с5.Разработана пневмовакуумная установка сепарации растворов ДНК.Получен патент Российской Федерации на полезную модель установки.6.Результаты работы внедрены на предприятии ЗАО «Синтол», г.Москва в процессе проведения научно-исследовательской и опытноконструкторской работы по разработке роботизированного комплекса для молекулярно-генетических исследований и внедрены в учебный процесс ФГБОУВПО МГТУ им.

Н.Э. Баумана, г. Москва.Основное содержание диссертации опубликовано в работах1.Разработка вакуумного и пневмоэлектромеханического оборудования с применением технологии быстрого прототипирования / А.С. Пугачук [идр.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2011, №3.С. 3-16. (1,1 п.л./0,2 п.л.)2.Пугачук А.С., Чернышев А.В. Исследование процесса двухфазноготечения смеси в установке вакуумной сепарации ДНК.

Инженерный журнал:наука и инновации, 2013, вып. 5. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/vacuum/757.html (1,0 п.л./0,9 п.л.)3.Пугачук А. С., Чернышев А. В. Исследование неравномерности рабочих процессов в установках для подготовки проб ДНК. // Медицинская техника.

2015, №4. С. 32-36. (0,6 п.л./0,5 п.л.)4.Пугачук А. С., Чернышев А. В. Численное моделирование течениягаза через воздушные фильтры высокой эффективности очистки // Компрессорная техника и пневматика. 2015, №7. С. 24-32. (1,0 п.л./0,9 п.л.)5.Пугачук А. С., Борисов Ю. А., Чернышев А. В. Экспериментальноеопределение коэффициентов гидравлического сопротивления рабочих ячеекустановок вакуумной сепарации // Научное приборостроение. 2015, №4. С. 2530.

(0,7 п.л./0,5 п.л.)6.Пугачук А. С., Чернышев А. В. Разработка высокоэффективной мобильной установки для выделения ДНК // Будущее машиностроения России:Сборник трудов. М., 2015. С. 620-623. (0,3 п.л./0,2 п.л.)16.

Характеристики

Список файлов диссертации