Введение к работе
Актуальность темы. С развитием оптических методов в гидродинамических исследованиях процессов фильтрации возникла необходимость в получении зкологичееки безопасных вышкопрелом.таюших жидкостей с показателем преломления, равным показателю преломления стеклянных пористых фильтров. Метод оптической гомогенности позволяет решить главную проблему гидродинамического исследования фильтрационных течений'- максимально уменьшить внесение возмущений, возникающих в результате наличия измерительного датчика в потоке. Подобные жидкости (в малом объеме) необходимы так же в иммерсионном анализе при изучении мелких минеральных зерен, продуктов химических реакций, взрывчатых и ядовитых веществ для получения различных кри-сталлооптических характеристик вещества и определения его показателя преломления. Потребность в больших количествах безвредных высокопреломляю-шнх жидкостях возникает и в технологии стекольного производства при обнаружении дефектов внутри стеклянных заготовок.
Вопросы получения и исследования новых иммерсионных жидкостей близко примыкают к проблемам фильтрации и истечения жидкости или газа через капилляры и пористые среды, которые являются важными ввиду многочисленного применения в науке и технике. Немаловажная экологическая проблема заключается во вредном воздействии па окружающую среду побочных продуктов химико-технологических процессов. Одним из методов уменьшения этого воздействия может служить фильтрование и очистка от вредных примесей.'К подобного рода проблемам относится создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения с очисткой сточных вод. Одной из практических ценностей при этом является знание изменения проницаемости фильтра в зависимости от времени. Существенное влияние при этом, помимо структуры фильтра и физических характеристик жидкости, оказывает поверхностное взаимодействие материала фильтра и среды. Исследование разрушающихся фильтров необходимо для понимания процессов, происходящих в разрушаемых, каталитических реакторах, а так же в охладителях, содержащих блок плотно упакованных насадок, на входе которого имеется высокотемпературный газовый поток, а на выходе -низкотемпературный, образующийся в результате эндотермической реакции газового потока с твердой фазой насадки.
Цель работы состоит в получении безопасных в использовании высоко-преломляющих жидкостей с заданными оптическими и гидродинамическими свойствами для исследований фильтрационных потоков, а так же в исследовании особенностей фильтрации при течении жидкостей через капилляры в процессах адсорбции, десорбции и механического разрушения.
Научная новизна
Разработаны новые иммерсионные жидкости на основе водных растворов солей йодидов металлов, пригодные для экологически безопасного использования в оптических исследованиях.
На основании физико-химического анализа новых иммерсионных жидкостей определены оптимальные концентрации растворов и температурный режим для получения оптически стабильных высокопреломляюших жидкостей, обладающих заданными вязкостью, плотностью и показателем преломления при
рациональном использовании химического сырья. Получены новые эмпирические зависимости показателя преломления и вязкости от плотности растворов.
Разработана новая методика исследования фильтрации через разрушающиеся активные упаковки путем измерения распределения давления и профиля скорости на холодных упаковках с добавлением инертного компонента, позволяющая более полно использовать химические реагенты. С помощью разработанных иммерсионных жидкостей получены экспериментальные данные по физической картине течения в разрушающихся фильтрах.
Выявлена зависимость проницаемости фильтра от времени истечения различных жидкостей через капилляры разного размера и материала, связанная с уменьшением эффективного .диаметра капилляров. Предложен метод очистки жидкости и уменьшения загрязнения капилляров путем предварительного пропускания жидкости через насыпные зернистые слои, покрытые силикагелем.
Предложена модель для расчета переноса в фильтрах с повторяющейся ориентацией для оценки влияния вихревых структур потока на интенсификацию химических процессов.
Практическая ценность работы связана с получением необходимых для исследований процессов фильтрации и в технологии иммерсионного метода стекольного производства безопасных и доступных иммерсионных жидкостей, с выявлением гидродинамических особенностей фильтрации в разрушающихся активных фильтрах, которое позволило предложить метод интенсификации химической реакция в аппаратах путем разбавления реагентов инертной насадкой и способ устранения преждевременного засорения капилляров и очистки жидкости от примесей.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на V Всероссийском симпозиуме «Современные теоретические модели адсорбции в пористых средах» {Москва, 1999), XVIII Российской школе по проблемам проектирования неоднородных конструкций (Миасс-1999). 4m Workshop "Transport Phenomena in Two-Phase Flow" (Sozopol. Bulgaria. 1999), VII Международной конференции "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах" (Иваново, 1998). II Международной научно-практической конференции "Экология и жизнь" (Пенза, 1999).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы составляет 112 страниц, включая 27 рисунков. 5 таблиц и список литературы из 70 наименований.