Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости Симаков Николай Николаевич

Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости
<
Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Симаков Николай Николаевич. Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости : Дис. ... д-ра физ.-мат. наук : 05.17.08 : Ярославль, 2003 354 c. РГБ ОД, 71:04-1/203

Содержание к диссертации

ВВЕДЕНИЕ 8

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА В РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ (литобзор) 20

1.1. Процессы химической технологии с распыливанием жидкости 20

1.2. Иерархия явлений и моделей совмещенных процессов. Гидродинамические аспекты моделирования 22

1.3. Двухфазный поток в факеле распыла форсунки 27

1.3.1. Современные физические представления о процессе распиливания жидкости с помощью механических форсунок 27

1.3.2, Феноменологические модели гидродинамики факела распыли 38

1.4. Экспериментальные методы исследования гидродинамики двухфазных потоков 51

1.5. Кинетика элементарных актов тепло-, массопереноса 55

1.6. Выводы по главе и постановка задач исследования 59

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ РАСПЫЛА ФОРСУНКИ 62

2.1.1. Особенности применения метода малых углов для измерения размеров капель в факеле форсунки 64

2.1.1 Специфика образования дисперсной фазы при форсуночном распыливании жидкости и форма индикатрисы рассеяния света в факеле распыла 64

2.1.2. Критерий однократности светорассеяния... 75

2.2. Дисперсные характеристики распыленной форсункой жидкости 81

2.3. Выводы по дисперсности распыла форсунки

ГЛАВА 3. ИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ 90

3.1. Модификация лазерного однолучевого время-пролетного анемометра :... 90

3.2. Распределение скоростей капель в факеле распыла форсунки 103

3.3. Экспериментальное исследование пространственного распределения диспергированной фазы в полости факела распыла 108

3.3.1. Измерения объемной концентрации капель 109

3.3.2. Измерения распределения удельных потоков жидкости 117

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОВОЙ ФАЗЫ 124

4.1. Усовершенствование устройств для реализации пневмометрического метода измерений течения газа в факеде распыла 124

4.1.1. Приемники полного и статического давлений газа 124

4.1.2. Модификация высокочувствительного капиллярного микроманометра 133

4.1.3. Методика пневмометрических измерений 137

4.2. Поля скоростей и давлений газа в факеле распыла форсунки 140

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ ДВУХФАЗНОГО ТЕЧЕНИЯ В ФАКЕЛЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ФОРСУНКИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКСПЕРИМЕНТА 151

5.1. Аналогия турбулентного движения газа в факеле с затопленной

струей 151

5.2. Две зоны двухфазного течения в факеле распыла форсунки 158

5.3. Особенности движения дисперсной фазы потока в свободном

факеле 161

5.4. Кризис сопротивления газа движению капель 168

5.5. Выводы экспериментального исследования гидродинамики факела Стр.

форсунки к 176

ГЛАВА 6. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНА МИКИ ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ФАКЕЛА РАСПЫЛА 178

6.1. Сочетание известных феноменологических подходов для описания двухфазного течения в факеле механической форсунки 178

6.2. Турбулентное трение газа в факеле , 182

6.2.1. Упрощение уравнений, описывающих струйное течение газа в автомодельной зоне факела 182

6.2.2. Сравнительный анализ теорий Прандтля и Рейхарда 186

6.2.3. Особенность турбулентного трения газа в факеле распыла форсунки 189

6.3. Характеристики струйного течения в автомодельной зоне факела — полуэмпирическая модель свободного факела 195

6.4. Одномерная модель для расчета гидродинамической структуры по

токов фаз в свободном факеле распыла механической форсунки.. 99

6.5. Выводы по материалам шестой главы 202

ГЛАВА 7. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ТУРБУЛЕНТНОЙ ГАЗОВОЙ СТРУИ И ФАКЕЛА РАСПЫЛА ФОРСУНКИ : 204

7.1. Численная модель турбулентной газовой струи 204

7.1.1. Турбулентные течения и их аналитические модели 204

7.1.2. Исходные уравнения для численной модели струи 206

7.1.3. Разностная схема 208

7.1.4. Результаты моделирования основного участка струи 210

7.1.5. Расчет начального участка турбулентной газовой струи 215

7.2. Двумерная численная модель факела распыла форсунки 217

7.2.1. Исходные уравнения для численной модели факела 218

7.2.2. Замыкание системы уравнений 219

7.2.3. Разностная схема для расчета факела распыла 222

7.2.4. Граничные условия 224

7.2.5. Результаты моделирования факела 225

7.3. Выводы по численному моделированию газовой струи и факела распыла 228

ГЛАВА 8. МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ АКТОВ МАССО- И ТЕШЮПЕРЕНОСА 230

8.1. Кинетика хемосорбции в плоско-параллельном слое 231

8.2. Экспериментальное исследование кинетики хемосорбции 241

8.3. Численное моделирование кинетики хемосорбции 253

8.4. Численное моделирование и расчет теплообмена отдельной капли с газовым потоком 267

8.5. Выводы по моделированию кинетики элементарных актов массо- и теплообмена 272

ГЛАВА 9. ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХУГЛЕРОДА 273

9.1. Воздействие теплового излучения на процесс в сажевом реакторе..273

9.1.1. Основные стадии процесса и их влияние на дисперность сажи

как показатель качества 273

9.L2. Дисперсность распыла сырья 273

9.1.3. Вклад теплового излучения в теплопередачу к каплям сырья 274

9.1.4. Движение и испарение капель в газовом потоке 276

9.1.5. Взрывное вторичное дробление капель 278 Стр.

9.1.6. Изменение прозрачности дисперсного потока по длине реактора 280

9.2. Расчет степени черноты капель сырья для получения техуглерода..283

9.2.1. Оптические характеристики поглощающей,среды 283

9.2.2. Вывод формул для расчета степени черноты капли 284

9.2.3. Экспериментальные данные ИК спектроскопии 287

9.2.4. Результаты расчета степени черноты капель 289

9.3. Выводы о роли теплового излучения в сажевом реакторе 291

ГЛАВА 10. ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ФАКЕЛА ФОРСУНКИ К РАСЧЕТУ И ОПТИМИЗАЦИИ РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ 293

10.1. Расчет гидравлических характеристик распылительных струйных

аппаратов : 293

10.1.1. Гидравлический расчет инжектора 293

10.1.2. Уравнение гидравлической характеристики эжектора .302

10.2. Расчет процессов тепло- и массообмена при испарении распыленного форсункой сырья в сажевом реакторе 308

10.3. Оценка массообменной способности распылительного аппарата при мокрой газоочистке 315

10.3.1. Струйные представления о гидродинамике двухфазного потока в распылительном аппарате 315

10.3.2. Уравнение баланса количества примеси 317

10.3.3. Исходные данные для оценки массообмена 318

10.3.4. Массообмен в свободном факеле 319

10.3.5. Массообмен в стесненном факеле 320

10.3.6. Массообмен газа с жидкой пленкой на стенке аппарата 321

10.3.7. Сводка результатов оценки абсорбционной способности 322 Стр.

10.4. Развитие методологии моделирования и расчета распылительных процессов и аппаратов 323

10.5. Практические рекомендации по осуществлению процессов

тепло- и массообмена в распылительных аппаратах 326

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 331

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 336

ЛИТЕРАТУРА 337

ПРИЛОЖЕНИЕ 3  

Введение к работе

Целый ряд тепло- и массообменных процессов химической технологии, таких как: ректификация, абсорбция, сушка, сжигание жидкого топлива и пиролиз Жидких углеводородов, пароконденсация и испарительное охлаждение жидкостей и высокотемпературных газов, мокрая пыле- и газоочистка промышленных выбросов -осуществляется на границе жидкой и газовой фаз.

Эффективность указанных процессов определяется динамикой многофазной среды и известным образом зависит от величины удельной поверхности фазового контакта, чем обусловлено стремление к увеличению последней. Одним из способов создания развитой межфазной поверхности в системах газ-жидкость является распыли вание жидкости в газовую среду с помощью различного рода устройств, в частности, форсунок.

В полых распылительных аппаратах удельная поверхность жидкости однозначно связана с дисперсностью распыла, а интенсивность тепло- и массообменного процесса в значительной степени зависит от относительной скорости движения фаз, определяющей величину коэффициентов тепло- и массоотдачи. Другими словами, эффективность химико-технологического процесса с распыл иванием жидкости кроме дисперсности распыла обусловлена распределениями концентрации жидкости и скоростей фаз по объему аппарата, т.е. гидродинамической структурой образующегося двухфазного дисперсного потока, называемого факелом распыла.

Полые распылительные аппараты отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью, обладают малым гидравлическим сопротивлением. Однако ввиду отсутствия адекватных гидродинамических моделей двухфазного течения методы расчета и проектирования таких аппаратов недостаточно развиты, влияние отдельных факторов не выяснено, чем отчасти объясняется их довольно ограниченное применение.

Распыливание жидкости с помощью форсунок применяется кроме химической промышленности также во многих других отраслях; энергетике, транспорте (двигатели внутреннего сгорания), машиностроительной, целлюлозно-бумажной, пищевой.

Из вышеизложенного следует, что развитие методологии моделирования и расчета совмещенных гидромеханических и тепло-, массо-обменных процессов с форсуночным распыливанием жидкости, включающее дополнительные исследования образующегося двухфазного дисперсного потока, разработку моделей гидродинамики факела распыла и кинетики тепло- и массопереноса между отдельной каплей и газом, методов сочетания указанных моделей представляет несомненный интерес для химической технологии и является ее актуальной проблемой.

Диссертационная работа выполнена в соответстветствии с координационными планами АН СССР и РАН на период 1981 ...2002 гг. по проблеме "Теоретические основы химической технологии" (задание 2.27.2.6.9), постановлением ГКНТ СССР № 237 от 10.07.81, планом работ института микроэлектроники РАН по заказу ОИВТА РАН над проектом 5-006 ("Сухой процесс") на 1992...1994 гг., планами госбюджетных и х/д НИР Ярославского политехнического института на 1981...1990 гг., института микроэлектроники РАН на 1991...1995 гг., Ярославского государственного технического университета на 1996...2002 гг.,

Цель работы - развитие методологии моделирования совмещенных гидромеханических и тепло-, массообменных процессов химической технологии, в частности, разработка гидродинамических основ моделирования и расчета межфазного тепло- и массоообмена в процессах с распыливанием жидкости - достигается решением следующих задач: 1) комплексное экспериментальное исследование свободного факела распыла механической центробежно-струйной форсунки,

2) анализ физической картины двухфазного потока по результатам эксперимента,

3) разработка математического описания и методов расчета гидродинамической структуры факела распыла,

4) разработка моделей элементарных актов тепло- и массопереноса на уровне отдельной частицы дисперсной фазы,

5) исследование влияния теплового излучения, на процесс испарения капель в высокотемпературном газовом потоке (например, в сажевом реакторе),

6) сочетание моделей гидродинамики факела с моделями кинетики элементарных актов для расчета и оптимизации совмещенных процессов с форсуночным распиливанием жидкости.

Научная новизна

1. Внесен ряд новшеств в экспериментальные методики, в том числе для измерения дисперсности распыла предложен новый критерий однократности светорассеяния, обеспечивающий математически корректное определение спектра размеров капель по индикатрисе светорассеяния, выведена и использована формула для расчета среднего заутеровского диаметра капель через интегралы от индикатрисы. Предложен новый вариант лазерного однолучевого метода и разработано устройство для измерения скорости отдельных капель в двухфазном потоке. Физически обоснованы и выполнены изменения конструкций пневмо метрических трубок, позволившие устранить влияние дисперсной фазы на измерения скорости и давления газа в двухфазном потоке, не искажая их результатов. Разработан прецизионный капиллярный микроманометр с чувствительностью 0,03 Па - в и раз выше, чем у промышленного аналога. 2. С использованием новых экспериментальных методик и устройств проведены измерения дисперсности распыла, скоростей, концентраций и удельных потоков жидкости, скоростей и статических давлений газа на различных (до 1 м) расстояниях от форсунки при различных давлениях Рф на ней. Установлен ряд новых экспериментальных фактов. В том числе: 1) средний размер капель приблизительно пропорционален Рф"1/2, по длине факела он уменьшается примерно на 10 % - их вторичным дроблением в потоке можно пренебречь, 2) в факеле имеет место разрежение газа порядка 10 Па, чем объяснен эффект инфекции газа внутрь факела, 3) обнаружено новое, не известное прежде явление возникновение "раннего" (уже при переходных числах Re 50) кризиса сопротивления капель, тем самым объяснено, почему даже на удалении 1 м от форсунки относительная скорость фаз значительна (до 12 м/с). 3. На основе анализа экспериментальных данных представлена физическая картина двухфазного потока, обладающая рядом особенностей. Показано, что радиальные распределения всех гидродинамических характеристик на достаточном удалении ( 300 мм) от форсунки автомодельны. Тем самым, установлено наличие в факеле двух зон течения: активной прикорневой — до 300 мм от форсунки, и автомодельной - ниже по течению. В первой имеет место интенсивный обмен фаз импульсом, во второй - их взаимодействие существенно слабее, а потоки импульса практически не изменяются. Для течения газа в факеле по трем признакам: 1) величине Re«3 105, 2) виду зависимости скорости газа на оси от координаты, 3) наличию автомодельности профилей скорости - выявлена аналогия с однофазной турбулентной струей. Вместе с тем установлены и отличия — наряду с заметным градиентом давления газа, автомодельные профили его скорости в факеле иные, более "пологие", чем в струе, что объяснено особенностью в турбулентном трении.

4. Особенность турбулентности выяснена при сравнительном анализе теорий Прандтля и Рейхарда применительно к автомодельной зоне факела. Показано, что масшаб турбулентности газа в факеле (длина пути смешения) зависит не только от аксиальной, но и от радиальной координаты. Одновременно с этим выводом получено новое по виду уравнение движения для аксиальной скорости газа, которое совместно с уравнением неразрывности было решено аналитически. В результате получен автомодельный профиль скорости газа в факеле, хорошо согласующийся с экспериментом.

5. Используя формулу для профиля скорости, интегрированием по сечению факела получены выражения для потоков массы, импульса и энергии газа в зависимости от осевой координаты и давления на форсунке. Показано, что поток импульса газа в автомодельной зоне, сохранясь по величине, составляет около половины первоначального потока импульса жидкости. Совокупностью полученных для течения газа результатов и данных для потока жидкости представлена полуэмпирическая модель гидродинамики факела. Путем усреднения характеристик течения по сечению факела обосновано применение и предложен один из вариантов более простой - одномерной модели. Обе модели позволяют с разной точностью рассчитать гидродинамическую структуру потоков фаз в факеле форсунки.

6. Особенностями физической картины двухфазного потока обоснована

необходимость и предложены способы учета турбулентности, градиентов давления газа и кризиса сопротивления капель при построении двухскоростной двумерной численной модели факела. При этом также предложено использовать сочетание метода взаимопроникающих сред (ВПС) и теории турбулентных струй (ТТС), в котором основу математического описания составляют уравнения классической гидродинамики: неразрывности и движения. В отличии от ТТС предложено рассматривать газ как сжимаемую среду, а для замыкания системы уравнений использовать уравнение адиабаты Пуассона, связывающее давление и плотность газа.

7. С использованием предложенного подхода и учетом различий в турбулентном трении газа разработаны двумерные численные модели осесимметричной турбулентной газовой струи и факела распыла, включающие в себя: их математическое описание дифференциальными уравнениями в физических переменных, выбор явной разностной схемы, обладающей малой численной вязкостью, формулировку условия устойчивости схемы» начальных и граничных условий смешанного типа, метод расчета. Результаты расчета однофазной струи и факела распыла по этим моделям хорошо согласуются с экспериментом.

8. Разработан ряд математических моделей кинетики тепло- и массообмена в гетерогенной системе. В том числе: 1) аналитическая модель кинетики хемосорбции, построенная в предположении о малой скорости химреакции, подтвержденная экспериментом, 2) численная модель того же явления, свободная от ограничений на скорость химреакции, 3) численная модель теплообмена капли с газовым потоком. Численные модели включают в себя математическое описание явлений дифференциальными уравнениями (диффузии, химкинетики, теплопроводности), выбор абсолютно устойчивых неявных разностных схем, формулировку граничных условий 3-го или 1-го рода и начальных условий, метод расчета - прогонкой. По результатам моделирования кинетики явлений переноса сделаны выводы о возможности их упрощенного описания и расчета в распылительных процессах с использованием уравнений тепло- и массоотдачи. 

9. Из фундаментальных законов теплового излучения и оптики выведены формулы, на основании которых разработан метод расчета поглощательной способности к тепловому излучению - степени черноты а - шарообразного тела малых (0,05...5 мм) размеров с использованием данных ИК-спектроскопии для его материала. Расчет для капель ряда углеводородов с размерами d 0,l мм дал величину аМ),8...0,9 — близкую к единице.

10. Проведено теоретическое исследование влияния теплового излучения на процесс испарения диспергированнной жидкости в высокотемпера турном газовом потоке (например, в реакторе для получения техуглерода). Совместным интегрированием уравнений движения и испарения капель решалась задача о скорости их испарения снаружи и скорости роста паровых зародышей внутри них. В результате выявлена новая роль теплового излучения: за счет поглощения энергии излучения от стенок реактора может происходить разогрев капель сырья изнутри, рост паровых пузырьков внутри них, взрывное вторичное дробление капель на более мелкие, которые затем достаточно быстро испаряются это нашло косвенное подтвеждение на опыте в ОАО "Яртехуглерод".

11. Разработанные модели гидродинамики факела в сочетании с моделями элементарных актов переноса применены для расчета и оптимизации ряда распылительных процессов и аппаратов. Выведены аналитические формулы для гидравлической характеристики и к.п.д. аппаратов двух типов (инжектора и эжектора), согласующиеся с экспериментом и позволяющие оптимизировать режим их работы. По одномерной модели факела с уравнениями тепло- и массообмена фаз, проведено численное моделирование процесса испарения распыленной жидкости в потоке газов горения (в сажевом реакторе). Установлено, что сильнее всего на скорость испарения влияет начальная дисперсность распыла. По полуэмпирической модели факела в сочетании с уравнениями массоотдачи и баланса примеси при хемосорбции проведена оценка абсорбционной способности различных зон течения и распылительного аппарата в целом при мокрой газоочистке. Показано, что прикорневая зона факела распыла вносит в общий эффект хоть и заметный (14... 17 %), но не абсолютный вклад, вопреки существующим у некоторых специалистов представлениям.

Практическая ценность работы

Предложенные гидродинамические модели однофазной струи и факела форсунки, а также модели кинетики элеметарных актов тепло- и массопереноса как в сочетании между собой, так и раздельно могут быть и частично уже были применены к расчету и оптимизации тепло- и масс обменных процессов, в том числе процессов в распылительных аппаратах. При этом разработаны методы расчета:

1) течения сжимаемого газа в однофазной турбулентной струе;

2) структуры потоков фаз в факеле распыла форсунки - по трем различным моделям;

3) кинетики хемосорбции в плоском слое — по двум моделям;

4) кинетики теплообмена капли с газовым потоком — по численной модели;

5) степени черноты капель углеводородных и других жидкостей по данным ИК-спектроскопии;

6) процесса испарения диспергированной жидкости в высокотемпературном газовом потоке - по двум моделям;

7) гидравлических характеристик струйных аппаратов инжекционного и эжекционного типов с оптимизацией режима их работы;

8) массообменной способности различных зон течения и распылительного аппарата в целом при мокрой газоочистке.

Предложены практические рекомендации по усовершенствованию: 1) процесса распылительной сушки полимеров, для чего разработаны новый способ и устройство; 2) технологии микроэлектронной литографии, для которой также изобретен новый способ;

3) технологии (способа и реактора) для получения технического углерода из жидкого углеводородного сырья путем использования в Ярославском ОАО "Яртехуглерод" реакторов с многоканальной зоной ввода сырья и смешения его с газами горения - это позволило определенным образом улучшить процесс производства и качество продукта, повысить производительность на 44 % и увеличить прибыль на 4 млн. руб. в год в расчете на один реактор.

Всего на основании результатов проведенных исследований сделано 6 изобретений (из них 4 с участием автора), на которые выданы авторские свидетельства СССР и патенты РФ.

Автор защищает

1. Методологию моделирования совмещенных гидромеханических и тепло-, массообменных процессов с распыливанием жидкости, согласно которой модель гидродинамики двухфазного потока как основа сочетается с моделями кинетики элементарных актов переноса на уровне отдельной частицы дисперсной фазы.

2. Феноменологический подход к моделированию двухфазного потока, объединяющий методы ВПС и ТТС и использующий для математического описания каждой из фаз основные уравнения классической гидродинамики: неразрывности и движения (импульсов), - причем газ рассматривается как сжимаемый.

3. Новые экспериментальные методики и результаты измерения дисперсных и гидродинамических характеристик факела распыла форсунки, в частности, свидетельствующие о наличии в факеле разрежения газа и новом обнаруженном явлении — "раннем" кризисе сопротивления капель (уже при Re 50).

4. Анализ полученных экспериментальных данных и выводы об аналогии течения газа в факеле с турбулентной струей, наличии автомодельной и активной зон течения, особенностях турбулентного трения и межфазного взаимодействия, необходимости и способе учета этих особенностей при моделировании двухфазного потока.

5. Двумерную численную модель турбулентной газовой струи и три модели факела распыла, в том числе одно- и двумерную полуэмпирические и двумерную численную.

6. Ряд моделей элементарных актов переноса в гетерогенной системе, а именно: аналитическую модель кинетики хемосорбции в плоском слое и ее экспериментальную проверку, численную модель того же явления, численную модель теплообмена сферической капли с газовым потоком, а также результаты расчетов по этим моделям и выводы из их анализа.

7. Метод и результаты расчета поглощательной способности к тепловому излучению - степени черноты - капель ряда углеводородных жидкостей с использованием данных ИК-спктроскопии.

8. Результаты теоретического исследования роли теплового излучения в процессе получения техуглерода, в частности, выводы о том, что за счет поглощения излучения от стенок реактора может происходить разогрев капель сырья изнутри, рост паровых пузырьков внутри них, взрывное вторичное дробление капель на более мелкие, которые затем достаточно быстро испаряются.

9. Методы расчета гидравлических характеристик и оптимизации режима работы струйных аппаратов инжекционного и эжекционного типов.

10. Метод и результаты расчета процесса испарения диспергированной жидкости в высокотемпературном газовом потоке и выводы о степени влияния ряда параметров на процесс.

11. Метод и результаты оценки массообменной способности различных зон течения и распылительного аппарата в целом при мокрой газоочистке. 12. Новые технические и технологические решения, разработанные с использованием научных результатов, представленных в диссертации.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на 19-ти Международных и Всесоюзных научных конференциях:

"Дисперсные системы" - XX конф. стран СНГ (Одесса, 2002), The 17 International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems - "ILASS" (Zurich, 2001), 3-rd European Congress of Chemical Engineering (Germany, Nuremberg, 2001), "Теоретические и экспериментальные основы создания новых высокоэффективных химико-технологических процессов и оборудования" - Междунар. науч. конф. (Иваново, 2001), "Дисперсные системы" - XIX конф. стран СНГ (Одесса, 2000), "Теория и практика фильтрования" - Междунар. науч. конф, (Иваново, 1998), "Физика и техника плазмы" - Междунар. науч. конф. (Минск, 1994), " Микро-электроника-94" - Междунар. науч. конф., (Москва, 1994), "Химтехника-88" - Всесоюз. конф. (Чимкент, 1988), "Методы диагностики двухфазных и реагирующих потоков" - Всесоюз. науч.-техн. конф. (Харьков-Алушта, 1988), "Всесоюзная конференция по кинетической теории разреженных и плотных газовых смесей и неоднородных сред" (Ленинград, 1987), "Аэрозоли и их применение в народном хозяйстве" - V Всесоюзная конференция (Юрмала, 1987), "Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии" - Всесоюз. совещание, (Сумы, 1986), "Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем" - Всесоюз. конф. (Одесса, 1986), "Современные проблемы химической технологии" -Всесоюз. конф. (Красноярск, 1986), "Проблемы турбулентных течений", -Всесоюз. конф. (Донецк, 1986), "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики" - Всесоюз. конф. (Новосибирск, 1985), "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств (ПАХТ-85)" - Всесоюз, конф. (Харьков, 1985), "Новые процессы и оборудование для получения веществ реактивной квалификации (Реахимтехника-2)" - Всесоюз. конф. (Днепропетровск, 1985).

Публикации: по материалам диссертации опубликовано 49 работ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, 10-ти глав и заключения, содержит 286 стр. основного текста, 64 рисунка, 4 таблицы, список литературы из 158 наименований и приложение. Общий объем - 354 с.  

Похожие диссертации на Гидродинамика двухфазного потока как основа моделирования и расчета межфазного тепло- и массообмена в процессах с распыливанием жидкости