Введение к работе
Актуальность темы. Основой высокой эффективности современного производства является повышение качэства и объема продукции при снижении энергозатрат, металлоемкости технологического оборудования и экономии ресурсов. Одним из путей решения этой задачи является использование автоколебательных режимов движения при создании новых технологий обработки многофазных и гористых сред, что в конечном итоге, позволяет интенсифицировать тешюмассооб-мэнные процессы.
Указанные технологии реализуются различными типами вихревых гидродинамических генераторов колебаний, в которых автоколебания кавитационной каверны приводят к отрыву от нее парогазовых пузырьков и охлопыванию в области повышенного давления с созданием колебаний давления в протекающей среде. Поэтому определение пара-мэтров автоколебаний кавитационной каверны, разработка новых типов генераторов для их реализации в конкретных технологических процессах представляет важную задачу.
Особенно актуален вопрос изучения автоколебаний в топливно-энергетическом комплексе, где основной тенденцией является снижение темпов добычи нефти, увеличение количества бездействующих скважин, требующих качественной очистки призабойной зоны от коль-матирующих механических примесей. Актуален также вопрос повышения нефтеотдачи пласта. Обеспечение надекной работы гидродинамических генераторов колебаний, используемых в процессах добычи и переработки нефти, требует изучения закономерностей автоколебаний и наиболее полного учета таких факторов, как давление и расход прокачиваемой через генератор жидкости, ее плотность и статическое давление.
Предложенный научный подход позволяет целенаправленно использовать автоколебания в качестве управляющего фактора технологическими процессами перемешивания и диспергирования многофазных сред, фильтрации жидкости в пористой среде. Создание и экспериментальная отработка новых технологий и реализующих устройств является актуальной и своевременной задачей.
Целья диссертационной работа является более углубленное теоретическое и . экспериментальное исследование автоколебательных режимов в вихревых гидродинамических генераторах колебаний и выявление путей их более, широкого практического использования. При
этом детально рассматриваются задачи:
создания математической модели и численного метода расчета автоколебаний кавитационной каверны;
определения области устойчивости автоколебаний кавитационной каверны;
анализа экспериментальных данных по снятию характеристик (амплитуды и частоты) автоколебаний и визуализации .процесса кавитации для различных конструкций гидродинамических генераторов;
экспериментального исследования газодинамических излучателей, реализующих автоколебательный режим отраженного скачка уплотнения;
разработки и испытания опытных установок в пищевой, нефтяной, нефтеперерабатывающей и машиностроительной промышленностях с использованием вихревых гидродинамических генераторов колебаний;
внедрение полученных результатов в практику работы промышленных предприятий.
Научная новизна работы!
- разработана математическая модель автоколебаний, возника
ющих в гидродинамическом навитацнонном генераторе колебаний;
-определена область устойчивости автоколебаний в гидродинамическом кавшгационном генераторе колебаний в зависимости от параметров течения газожидкостного потока;
- определены предельные размеры кавитационной каверны в
гидродинамическом генераторе колебаний;
проведены экспериментальные исследования автоколебаний кавитационной каверны для различных конструкций гидродинамических генераторов;
проведены сравнительные испытания различных типов газодинамических излучателей; .
на основе теоретических и экспериментальных исследований характеристик автоколебаний для различных типов гидродинамических генераторов колебаний и газодинамических излучателей определены зависимости частоты и амплитуды от параметров течения газожидкостного потока, что позволяет конкретные технологические процессы проводить в резонансном, менее энергоемком, режиме.
Практическая ценность работы. Определены частота автоколебаний и размеры кавитационной каверны при фиксированных параметрах течения и различных соотношениях геометрических размеров генератора. Для различных типов гидродинамических генераторов колебаний экспериментально получены заданные частота и амплитуда, что дает
возмокность осуществлять режим резонанса в конкретных технологических процессах. Экспериментально отработаны оштные установки для 'приготовления мелкодисперсных, гомогенных эмульсий. Промышленными испытаниями подтверздена высокая эффективность,использования полученных теоретических и экспериментальных результатов при обработке сквакин, приготовлении смазочно-охлаждавдих жидкостей для металлорежущих станков, гомогенизации молока и в некоторых других технологических процессах.
Реализация работа в промышленности. Результаты настоящей работы были непосредственно использованы для создания опытных установок и методик их применения, внедренных на ряде промышленных предприятий, в частности, в ПО "Станкостроительный завод им. С. Ордхоникидзэ", на Ново-Уфимском нефтеперерабатывающем заводе. На Останкинском молочном комбинате проведены опнтно-помышленные испытания волнового гомогенизатора молока, созданного с использованием гидродинамического генератора колебании.
Апробация работы, основные полонення и результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции по вибрационной технике (Кобулети, 1987г.), VII Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Москва, 1991г.) и на ученом семинаре отдела вибротехники Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем 154 страницы, в том числе основного текста 77 листов, 76 рисунков, список литературы из 141 наименования и 8 страниц приложения.
