Введение к работе
Актуальность темы. Заключительной стадией целого ряда производств является процесс обезвоживания конечного продукта в по-рошкообразом состоянии. Особенно остро проблема разработки новых. технологичных способов сушки таких продуктов стоит в пищевой, микробиологической промышленности, где требуется получить сухие кощентрирозэнные продукты, подлежащие длительному хранению, при полном сохранения их полезных свойств.
Значительный интерес для решения поставленной задачи представляет разрабатываемое в ШХМе направление использования для сушки порошкообразных продуктов аппаратов вихревого типа. Эти аппараты могут успешно использоваться и в других производствах, однако их широкое применение сдерживается отсутствием дэеных о характере движения частиц дисперсной фазы, а значит, и отсутствием информации о длительности воздействия сушильного агента на отдельные частицы высушиваемого материала.Характерной особенностью режима сушки в таких аппаратах является интенсивный перенос тепла и массы под воздействием турбулентных пульсаций газового потока. Поэтому исследование гидродинамики турбулентного потока гэзовзвеси в вихревых аппаратах и создание методики их расчета представляет собой актуальную задачу.
Данная работа осуществлялась в соответствии с координационным планом АН СССР по направлению ТОХТ на IS86-I992 годы (задание 2.28.2.8.5 "Разработка теоретических основ расчета и эффективных аппаратов для сушки дисперсных материалов в условиях пневмотранспорта").
Цель работы. Проведение комплексного исследования двухфазного потока "газ-твердое" в рабочем объеме вихревой камеры, включающего в себя определение на основе математической модели поля скорости турбулентного закрученного газового потока, ограниченного стенками камеры, изучение интенсивности турбулентного переноса в объеме вихревой камеры, расчет гидродинамических характеристик двухфазного закрученного потока и времени пребывания твердых частиц в зоне сушки, измерение полей скорости и характеристик турбулентного закрученного потока газовзвеси при помощи лазерного доплеровского анемометра, а также разработку методики инженерного расчета вихревых сушильных аппаратов.
Научная новизна. На основе представлений о вихревой структуре широкого класса турбулентных течений предложена математическая модель турбулентного потока в вихревой камере с боковым подводом газа. Разработана численная схема, реализущая данную гидродинамическую модель, основными расчетными элементами которой являются дискретные вихревые ядра. На основе численного исследования получены оценки параметра вихревой вязкости в области течения,а также коэффициента турбулентной диффузии безынерционной примеси и твердых частиц в ограниченном стенками камеры вихревом потоке. На базе модели сложного переноса твердых частиц в турбулентном вихревом потоке разработана модель движения потока газовзвеси в вихревой камере. Получены расчетные распределения тангенциальной компоненты скорости газа и частиц в вихревом потоке газовзвеси. Найдены зависимости удерживающей способности вихревой камеры по твердым частицам. С помощью лазерного доплеров-ского анемометра выполнено исследование турбулентного потока в вихревой камере, получены экспериментальные распределения средних значений и стандартных отклонений тангенциальной и радиальной компонент скорости тонкодисперсных частиц в объеме камеры. Разработана методика расчета гидродинамических и редимних параметров вихревых камер различной конструкции.
Практическая ценность и реализация работы. На основе проведенных исследований
разработаны принципы расчета аэродинамических параметров и коэффициентов турбулентного переноса в вихревых камерах с несколькими подводами газа, с дополнительным периферийным отводом потока и аппарата с центральной перфорированной вставкой;
разработана методика расчета гидродинамических параметров потока газовзвеси и среднего времени пребывания частиц в вихревой сушильной камера;
методика расчета гидродинамических параметров вихревой сушильной камеры была использована при расчете и проектировании промышленного аппарата для сушки себациновой кислоты.
Автор защищает. Результаты численного к экспериментального исследования турбулентного вихревого течения,ограниченного стенками камеры. Результаты численного моделирования турбулентного переноса безынерционной примеси и частиц в вихревой камере.
Результаты исследования движения потока газовзвеся в Еихревой камере. Методику расчета гидродинамических параметров потока газовзвеси и времени пребывания частиц в вихревой камере.
Ашгробация работа. Основные результаты диссертации обсуждались на международной конференции "Тепло и массообмен в технологических процессах"(Юрмала, 1991 г.), Всесоюзной конференции "Механика и тепломассообмен двухфазных сред в технике и порошковой технологии"(Томск, 1991 г.), научно-технической конференции ШХМ 1991 года.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 4 научные статьи.
Структура и объем диссертации, диссертация состоит из введения, заключения, четырех глав, основных выводов и приложений, изложена на 187 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 3 таблицы. Список литературы включает 136 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ