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

Теоретические основы и методология создания эффективных аппаратов с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих материалов Таршис Михаил Юльевич

Теоретические основы и методология создания эффективных аппаратов с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих материалов
<
Теоретические основы и методология создания эффективных аппаратов с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих материалов Теоретические основы и методология создания эффективных аппаратов с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих материалов Теоретические основы и методология создания эффективных аппаратов с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих материалов Теоретические основы и методология создания эффективных аппаратов с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих материалов Теоретические основы и методология создания эффективных аппаратов с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих материалов
>

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

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

Таршис Михаил Юльевич. Теоретические основы и методология создания эффективных аппаратов с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих материалов : диссертация ... доктора технических наук : 05.17.08 / Таршис Михаил Юльевич; [Место защиты: Ярослав. гос. техн. ун-т (ЯГТУ)].- Ярославль, 2009.- 354 с.: ил. РГБ ОД, 71 10-5/50

Введение к работе

Актуальность проблемы. Смешивание сыпучих материалов широко применяется в различных отраслях химической технологии, энергетической промышленности, в агропромышленном комплексе, строительстве и многих других. При этом задача приготовления однородных по составу смесей связана с целым рядом трудностей, таких как широкий спектр изменения физико-механических свойств перерабатываемых материалов, требования, предъявляемые к качеству и составу продукта, производительности, энерго- и металлоемкости и т.д.

Задачи повышения эффективности устройств, используемых при приготовлении сыпучих смесей, склонных к адгезии и агломерированию, сегрегации по физико-механическим свойствам частиц (размерам, плотности и другим), отличающихся большим соотношением объемов компонентов (1:10 и более) обусловливают необходимость постоянного совершенствования известных типов смесительного оборудования и создания новых.

Практика показывает, что наиболее эффективные методы создания нового оборудования должны основываться на системном подходе, предполагающем взаимообусловленность и взаимодействие всех уровней исследования и разработки. Необходимо проведение исследований на нескольких уровнях: разработки принципиальной схемы смесительного устройства, обеспечения адекватного математического описания процессов смешивания, реализуемых в этих устройствах, совершенствования методов и техники экспериментальных исследований, разработки методов его расчета.

Представленная диссертация, связана с разработкой теоретических основ создания смесительного оборудования, качественный рост эффективности которого определяется использованием в его структуре эластичных рабочих элементов. Она выполнялась в соответствии с планами НИР ЯГТУ в том числе:

- По инновационным программам: «Разработка научных основ и опытных образцов оборудования для компактирования сыпучих материалов применительно к производству органо-минеральных удобрений». ГРНТИ 01.13.23 ИНГП «Нефтехим». Гос. регистр. 01.9.90 000855; «Разработка новой технологии получения органо-минеральных удобрений. ИНГП «Поддержка малого предпринимательства и новых экономических структур в науке и научном обслуживании высшей школы». Гос. регистр. 01.9.80 004598; «Разработка новой линии для приготовления торфоминеральных смесей (питательных грунтов) и их упаковка. ИНГП «Поддержка малого предпринимательства и новых экономических структур в науке и научном обслуживании высшей школь». Гос. регистр. 01.20.00 01633.

- Грант Губернатора Ярославской области: Разработка, теоретическое обоснование и освоение новых технологий и оборудования для компактирования сыпучих материалов на предприятиях химического и агропромышленного профиля Ярославской области. ГРНТИ 55.39.31; 55.57.59. Гос. регистр. 01.2.00 103993, 1999.

- Единый заказ-наряд Госкомвуза РФ по направлениям: «Механика твердых

и деформируемых материалов в химических технологиях; основы теории и автоматизированные системы управления в процессах деформирования и разрушения». ГРНТИ 61.13.23. Гос. регистр. 01.9.80 004355, 2000 и «Разработка нелинейных стохастических моделей в механике деформирования и комплексной переработки твердых, упруго-вязкопластичных и дисперсных сред с организацией управления процессами силового воздействия». ГРНТИ 30.03.15. Гос. регистр. 01.2.00 102402. (01.01.2001 – 31.12.2005).

- По заданию Федерального агентства по образованию: «Исследование механики поведения тонкодисперсных сред (наносистемы) с высоким газосодержанием при деаэрации и смешении. Фундаментальное исследование». «Теоретическое исследование процесса смешения тонкодисперсных порошков» ГРНТИ 30.03.15, 30.51.29. Гос. регистр. 0120.0 604211(01.01.2006 – 31.12.2007).

«Исследование механики поведения порошкообразных материалов в процессах их смешения и деаэрации. Фундаментальное исследование». «Теоретическое исследование процесса уплотнения (деаэрации) тонкодисперсных порошков под действием различных силовых факторов на рабочих органах деаэраторов». ГРНТИ 30.03.15, 30.51.29. Гос. регистр. 0120.0 852841(с 01.01.2008).

Цель и задачи исследования. Цель работы - создание нового класса высокоэффективных аппаратов для смешивания сыпучих материалов и способов приготовления смесей на основе теоретических и экспериментальных исследований происходящих в них процессов. В качестве основного метода исследования используется системный подход. В работе решаются задачи:

- создания методологии проектирования нового класса смесительного оборудования на основе преобразования его структуры при включении в неё гибких эластичных рабочих элементов (ЭРЭ);

- реализации функциональных возможностей, возникающих при применении в структуре смесительного устройства ЭРЭ, в новых конструкциях смесителей;

- создания математических моделей, адекватно описывающих процессы смешивания сыпучих материалов, происходящие в новых устройствах;

- исследования влияний параметров процессов и устройств на качество получаемых сыпучих смесей;

- разработки эффективных методов исследования смесительного оборудования и качества получаемых в нем составов, а также новых способов смешивания и критериев оценки качества смесей.

Научная новизна работы:

1. Предложена методология формирования принципиальной схемы смесительного устройства, основанная на системном подходе и использовании метода эвристических приемов её преобразований.

2. Разработан новый класс смесительных аппаратов, качественный рост эффективности которых определяется использованием в его структуре эластичных рабочих элементов.

3. На основе системно-структурного подхода к исследуемой системе разработаны математические модели процессов смешивания в устройствах гравитационно-пересыпного действия без дополнительных перемешивающих элементов как со стационарной, так и с изменяющейся при работе смесителя формой рабочей поверхности. Эти модели позволили в явном виде найти критерий однородности смеси как функцию безразмерного комплекса, содержащего параметры процесса, смеси и устройства.

4. Предложено математическое описание процессов смешивания сыпучих материалов в смесителе открытого типа с вращающейся цилиндрической поверхностью и - с дополнительными перемешивающими устройствами, основанное на применении транспортного уравнения, уравнения сохранения объема и условии связи, определяющем процесс перехода частиц в поток транспортирования.

5. Установлены основные механизмы роторно-струйного смешивания: порционного, связанного с воздействием эластичных рабочих элементов и – диффузионного смешивания частиц при их рассеянии в потоке.

6. Разработана стохастическая модель роторно-струйного смешивания, основанная на описании указанных механизмов с помощью суперпозиции простых кусочно-линейных распределений и нормального распределения.

7. Разработан бесконтактный метод оценки объёмной однородности смеси по распределению частиц в плоском сечении, перпендикулярном оси её однородности.

8. Предложен критерий оценки качества смеси, позволяющий сохранить информацию о ее структуре одновременно на микроскопических и на макроскопических масштабах (порядка размеров рабочего объема).

9. Выявлены эффекты: снижения качества смеси, получаемой в роторно- струйном смесителе в зонах, наиболее удаленных от оси его симметрии, связанный с усилением сегрегации частиц вне области их взаимодействия в потоке. Экспериментально установлен ряд эффектов влияния на качество смеси, получаемой в смесителе с волнообразным движением рабочей ленты: экстремальное влияние амплитуды волны, снижения качества смеси при увеличении в ней доли крупной фракции.

10. Разработан и теоретически обоснован новый способ «быстрого» смешивания сыпучих материалов в ленточном устройстве открытого типа.

Практическая ценность результатов работы:

  1. Методология формирования принципиальной схемы смесительного аппарата, позволившая разработать новый класс смесителей.

  2. Новые конструкции смесителей сыпучих материалов и способы приготовления смесей, защищенные авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ.

  3. Вероятностные модели процессов смешивания сыпучих материалов, являющиеся основой создания теоретически обоснованных методов расчета смесительного оборудования.

  4. Бесконтактный метод исследования качества смесей, позволяющий существенно сократить время исследований, повысить точность оценок, а также

новый спектральный критерий оценки качества смеси.

  1. Инженерные методы расчета смесителей, включающие элементы параметрической оптимизации.

  2. Результаты экспериментальных исследований качества смесей.

  3. Агрегаты, в состав которых включены разработанные в ходе исследований смесительные устройства с эластичными рабочими элементами, прошедшие апробацию в производстве.

  4. Автор защищает

  5. Методологию формирования принципиальной схемы смесительного устройства, основанную на системном подходе.

  6. Новые конструкции смесителей с эластичными рабочими элементами.

  7. Вероятностные математические модели процессов смешивания в устройствах гравитационно-пересыпного действия без дополнительных перемешивающих элементов со стационарной и с изменяющейся (при работе смесителя) формой рабочей поверхности.

  8. Транспортную математическую модель процесса смешивания сыпучих материалов в смесителе открытого типа с вращающейся цилиндрической поверхностью и с дополнительными перемешивающими устройствами.

  9. Суперпозиционную стохастическую модель роторно-струйного смешивания, основанную на описании процесса смешивания сыпучих материалов в роторно-струйных смесителях с помощью простых кусочно-линейных распределений и нормального распределения.

  10. Бесконтактный метод оценки однородности смеси по распределению частиц в плоском сечении, перпендикулярном оси её однородности и новый критерий оценки качества смеси.

  11. Инженерные методы расчета основных параметров ленточных смесителей и роторно-струйных аппаратов с эластичными распыливающими элементами.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и Российских научных конференциях: 11 международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении», Пенза, декабрь 2007;

международной конференции конференции «Математические методы в химии и химической технологии». ММХ-9.Тверь.1995; 14-th International Congress of Chemical and Process Engineering, CHISA-2000, Praga, 2000; 5 международная научная конференция “Теоретические и экспериментальные основы создания новых высокоэффективных химико-технологических процессов и оборудования”.-Иваново. 2001; Междунар. научн. конф. “Теоретические основы создания оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием”, Иваново, 2007; ILASS – EUROPE’99, Toulouse 5 - 7 July 1999; шестой Всесоюзной конференции «Роль молодых конструкторов и исследователей химического машиностроения».- Зеленогорск, 1988; Всесоюзной конференции «Технология сыпучих

материалов», Ярославль, 1990; ХХ международной конференции «Математические методы в технике и технологиях».- Ярославль.- 2007.- С.122 -124. Основные положения диссертации доложены на выездном заседании Головного Совета «Машиностроение» (Ярославль, 17 октября 2001г.)

Публикации. Основные результаты исследований освещены в 61 научных трудах автора, в том числе в 13 изданиях по списку ВАК, 2 монографиях, 20 авторских свидетельствах и патентах, в материалах 13 международных, всесоюзных и всероссийских конференций, 4 депонированных рукописях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка использованных источников из 261 наименований и приложений, изложена на 270 страницах, содержит 102 рисунка и 8 таблиц.

Похожие диссертации на Теоретические основы и методология создания эффективных аппаратов с эластичными рабочими элементами для смешивания сыпучих материалов