Экспериментальные исследования явлений низкоэнергетической дисперсии жидкостей, которые используются в тепломассообменных системах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Р Г Б од

Г айв 15Г

СУИСЬШ ДЕР йАВШПГ УНІВЕРСИТЕТ'

На.правах рукогтсу

Ззшак Юрій Анатолійович

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ. ЯВШ НИЗМОЕНЕРІЕТЙЧНОГО ДИСПЕРГУВАННЯ РШШ. Ш ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ У ТШОНАСООБМІННИХ СИСТЕ1Ш.

'01.04.01 - Техніка фізичного експерименту, фізика приладів і автоматизація дооліджень

Автореферат; дисертації / на здобуття вченого стулена-

6Ьг'

кандидата тєхнічеих. наук

■- •. '■

суггз - urn*

Дисертацією є рукопзс.

Робота вгхонааа в Сумському дергавпоыу універоатсті.

кандидат твхзічвгх паук,' доцант Черняк Л.К. •

акгаеійк JA України, доктор - •гехнічниг наух, npofteoop Братута Е. Г. ■доктор фзгЕр-.иатекатнчЕЕХ ваух. npojsoop IJpOiSCEXO IB.

Прозікна oprsaisaais: Ізстатут іірахягдвої фіаага НАН України

Ч , „

За^гт. дзеартшпї ■ відбудеться 'Of 1935 р, о /і гоїнні ва.Егоідаас: Спздіглісосгшга: ічег.ої раяв Е £2.01.31 при Су.ашс'жу scpri&jOKj.’ -ysiisppcssaxi сь а^реср»:

Э-440y7. и. Cyia.'..iC3.f-r=5C^»oro-Короахова. :2. ■ Су*ДУ. ЕТ. -цуд. 213

Наукогай керівник:

0{іііііані опоненте:

З-каїоертгцісвг-иог&а оянаЗештнсг у бібліотеці Суікшсого державшого унізерезтету.

Авторей-зрат; poeiessssrfi “ 11 1Э34 роху.

Ечепга сехретар Спег.!злівогаЕоі ачззої ради,

.«сааат фІвско*натвіа?вчавх says, 0. Я. Саат

- з -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Ця рс'-'дта присвячена розробці техніка фізичного експериментального дослідзення процесів назькоенвргетичного диспергування рідини І ДОСЛІ ДЖЄННЮ 'з допомогою розробленого експериментального устаткування фізичних основ низьковнергатзчного диспергування рідини.

Актуальність тем. В багатьох галузях ' промислового виробництва. не використовуються тапломасообмінні процеси, існує проблема:х інтенсифікації з метою економії енергетичних

і. матеріальних ресурсі з, створеная нових е£егтизних апаратів великої одиничної потужності і реконструкції існуючого теп-ломасообмінного обладнання. Проблема зменшення еверговетрат в останній час постала особливо гостро.

Для інтенсивного протікання тепломасообмінних процесів у двохфазній системі, газ-рідина рідка фаза повинна бути диспергована на краплі діаметром 20-100мхм. Але одержання дрібнодисперсного розпилу не для всіх технологічних процесів тепломасообмі ну є оптимальним. . Наприклад.. в, апаратах для мокрого очииення газів- запобігання викидам рідкої, фази у вигляді дрібних крапель або туману може, сіати._більи складною проблемою, чим сам процес пилоуловленн* або а<5оорбції шкідливих компонентів. Тому мова повинна йти сама про. оптимізацію процесу диспергування і пристосування до особливостей тепломасообмі ну, конкретних технодогічавх1 умов 1 Еішфг виробництва. Тобто, необхідні' ’дослідження- і удосконалення способів розпилювання з різноманітними; дзсперсівдді характеристиками.

Одним з основних напрямків удосхоааленїя лроцесів диспергу-

’ • " 1 ' ' • • і

вання рідин маг бути океньїеннг їх енергоємності. Питомі енерговитрати на розпилювання/ напраная! 1* води для більшості існучих способів диспергування знаходяться в межах від

- 4 - .

3.5 до 10 кВт-год/т. Так відцентровий розпилювач фірма "Ніро Атомайзер" при розпилюванні 120 т/год водяної суспензії споживає потужність Б30 кВт. Тим більше, цо при значномуспоживанні 'потужності. к.^.д. про&есу розпилювання дуже низький і не перевищує IV. . Таким, чином. .існує необхідність у пошуках иляхі в зменшення енерговитрат на процес розпилення рі дин а урахуванням особливостей; і вимог конкретних технологічних тепломасообмінних процесів.

Кета роботи. Розробка методики і техніки експериментального .дослідження процесіе диспергування рідини, експериментальне вивчення фізичних основ і дослідження характеристик деяких вивысоенергетичних способів диспергування: пневмо-плівкового, повільнорбертового відцентрового і відцентрово-

ударного. розробка експериментальних V дослі*дно-промислових ■ 1. ■ ' розпилюючих пристроїв і їх застосування для удосконалення • ■ . є •

проиаслсьихтеплоьасообшнннх процесів.

Наукова новизна. - . .

1. «Розроблена оригінальна дослідницька установка і методика досяіжеєвия ь.зидкопроті г.аячах .процесі в і штуяьсної взаємоді ї краплі•о рухомою твердо» поверхнею.

2. .Експериментально досяідкесо "процесі пнеьмо-плівкового і повільнообертового відцентрового диспергування рідинної плівки і доведано .можливість зменшення енерговитрат при опти-•кадьноку • виборі -конфігураціУ плівкоутворюючих елементів. Одержано узагальнені, рівняння для серєдньоповерхневого діаметру капель при цих способах розпилу.

3. Експериментально досліджено явише ударно-вибухового НішькоеЕергетЕчного руйнування каплі, при цьому одержано канні. ыо розвивають уявлення про фізику рідкого стану, но-аолінку рідини при імпульсних ваганта^эннр;. і релаксаційних

процесах в ній. даать можливість оцінити час -релаксації в рідині. Виявлено, ио кваоітварді властивості рідини проявляються при значно більших проміжках часу взаємодії., пі я це вважалося раніше. Запропоновано фізичну модель ударної взаємодії каплі з твердою поверхнею і одержано узагальнене рівняння для середнього розміру капель.

Практична цінність. . ■ .

1.Запропоновані і досліджені способи дзспергування рідина з газовій фазі вимагать менших питомих енерговитраг ніж інші поширені способи при-аналогічних умовах. Це дає значну економи енергії прх їх промисловому використанні. Впровадження низьяооборотаого відцентрового розпилювача дозволило у 2.5 рази зменшити енерговитрати при тій самій продуктивності. Цей розпалювач більш,, технологічний в виготовленні і значно простіший в обслуговуванні. . ' ' .

2. Дослідневі ПН8ВМ0-пл] вивий.лові льнообертовий ві дцентровиа і відцентрово-ударний способи.диспергування мають різні дисперсні характеристики і можуть бути- застосовані для організації тепломасообмі нних процесі в з різними вимогами до дисперсності . Дослі дження пневмо-плівкового' розпалювання дозволило створити на його основі технолог: чнопрості, ефективні, компактні тепломасообмі нві апарати, впровадження яких, наприклад для очииенвя промислових газопилових-викидів, дало значная екологічний ефект. - .

Основні положення. ~ідз -виносяться на захист.

1. Конструкція дослідницької установки.і методики ДОСЛІД2ЄННЯ процесів диспергування.рідини і реєстрації послідовних фаз ударної взаємодії каплі з рухомою' твердою поверхнею*

2. Результати експериментального і теоретичного дослідгзння перетворення струменя в рідинну плівку на нерухомих і обер-

- 6 - _ тобкх плівкоутворввчих елементах при гідростатичвоку і відцентровому розті канні. '

3.Методика і результати експериментального дослідження пнев* ко-плівкоеого. повільвообертового відцентрового і ударного розпалювання рідин. Узагальнені рівняння для середнього розміру капель при цих способах диспергування.

4. Результати дослідження вибухової взаємодії капель з твердою поверхнею. фізична модель цієї взаємодії і .оцінка мех квазітвердого стану рідини прь імпульсному навантаженні і часу структурної релаксації рідин.

5. Методика розрахунку енергоьитрат і гідродинамічних характеристик факелу розпилу при пвевно-плівковому і повільно-обертовому відцентровому диспергуванні. "

Б. Конетрукці я теплоіюссюбміниого апарату в ішевмо-плівковим розпвлевняа і методика оці ви його тепломасообміннвх характеристик. . .

7. Результати промислових вгпробувань дослідно-промислових і ■ пристроїв пвевмо-плівкобого. новільвообертового відцентрового і . ьідцззтрово-ударного диспергування рідкн.

. ■ ' ' - 1 • Впровалкс’ння. На основі пвевмо-плівкового розпилення

розроблено декілька конструкцій ефективних тепломасообмі ННИХ апаратів продуктивністю від Z тис. и4/тоц до 40 тес. м^год. які .впроваджено в різних галузях виробництва для очищення прог-чсловах викидів: 15 пвєвмо-плівкових апаратів на Кримському содовому заводі (м. Красноперехолськ). на Трипільському біохікззводі (м. Обухів). ВО "Азот" ( м. Северодонецьк). БТБО "Черзоацй текстильник" (м. Сук;).

Дг-а варіанти дослі дно-промислового повільвообертового зідцентрового розлслісзача виготовлені на Сумському кііНО Ік.Сруаео і пройше проьЕскоЕі ггпроб;пангп па йорі ями-оку

' - 7 -

горно-металургійаому комбінаті. Дослідно-промисловий зразок відцентрово-ударного розпилювача був випробуваний для сушіння кормових дрітаів на Світлоярському заводі білково-вітамі нних концентраті в.

Апробація роботи, Основні результати дисертації допові-дались і обговорювались на II Всесоюзній науково-технічній нараді "іііляхи вдосконалення, інтенсифікації і підвищення надійності апаратів в основній хімії” /Сума. 1933Г/■ на III Всесоюзній науковій конференції "Сучасні машини і апарати хімічних виробництв1’ /Ташкент. 1983/. на Всесоюзній нараді "Підвищення ефективності і надійності машин і апаратів в основній хімії" /Суми. 1986/. на III Бсесозній нараді "кб~ оорбція газів" /Таллінн. 4387/, на VII Республіканській .вау-. ково-технічній конференції "Підвищення ефективності, удоско-наная процесів і апаратів хімічних виробництв" /Львів. 1388/.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 15 •наукових праць, одержано 7 авторських свідоцтв і патентів України. ' ■ .

Структура та обсяг робота. Дисертація складається із вступу, чотирьох глав, заключення. містить 42 рисунків.

9 таблиць, додаток на 19.сторінках та список використаної літератури із 103 чайнеаувань. всього 203 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ1 роботи. '

У вступі обгрунтовано актуальність теми-дисертації, сформульовані мета та задачі 'досліджень. ’

У першій главі дається огляд теорій будови рідини і аналіз фізичних принципів руйнування рідини, проводиться порівняння' існуючих способів диспергування і обгрунтування вибору більш

гзрспеїстизяях папрямків оптамізації процесі з розпилювання і зменшення енергозатрат. ■

- 8 - .

Огляд фізичних теорій.виникнення нестаціонарних процесів у рідині, то приводять до її роздрібнення, виявляє особливу роль флуктуаційних ■ явяш. шо впливають на величину критичної механічної-напруги, при якій відбуваються розриви у рідині. При імпульсних механічних навантаженнях рідина, ях випливає о кінетичної теорії рідкого стану, проявляє властивості квазітвердого'тіла...~шо пов'язано о швидкістю релаксаційних процесів.. Де обгрунтовує можливість принципово відмінного способу дрібнодисперсного низькоенергетичного диспергування - ударно-вибухового дроблення рідини.

На основі згаданих фіоичних пєрєдуузв. огляду і порівняльного аналізу відомих способів диспергування зроблено висновок про доцільність дослідження умов низькоенергетичного роздріблення рідини шляхом взаємодії тонкої рідинної плівки з газовою фазою лри низькій і середній відносній швидкості і шляхом імпульсної взаємодії капель з твердою поверхнею. ■ "

.Друга глава присвячена розробці експериментальних методів, спеціального технічного обладнання і досліекєі.ею аа цій основі фізики процесів роздріблення окремої рідинної ПЛІВКИ при стіканні в газову фазу і роздріблення окремої каплі при ударі о тверде тіло.

По-перше, досліджуються-найбільш придатні для низькоеке-рготичного диспергування способи попереднього перетгоренвд струменя рідини на пліекоутворюючих елементах і -визначаються оптимальні умови' одержання тонкої- рівномірної'плівки, шо стікає в газову фазу. Проведено теоретичний аналіз руху в'язкої нествскуємої рідині' на поверхнях різної конфігурації (лопатях), шо обертаються в кутовою Швидкістю «■ 3 цією ме-тоа на основі рівнянь Нав'є - Стокса одєркано диференціала-

■ " 9 ■

ні рівняння з урахуванням всіх інерційних і в'язкістних члені В 'з .

СІХ ' сії

сИ ” и ’ ‘ сіі У '■

сій , 12 V Iі и3 5 V и 'сії

= и>2 Ь - " ‘

йі V ‘ а ] V сіх .

сіу , иг 5 и V 46 и 12м V и2

—- - «! Р + к.--------------------+------------------------------------------:------------

сіі 0 ‘ ■ 4 З 12х я V V V

Складена програма їх розв’язку на ЕОМ з використанням методу Рунге - Кутта. Це дає можливість, розрахувати чля радіальної і установленої під кутом до радіусу пластин, а також випуклої і вогнутої криволінійної лопаті швидкості руху рідини уСх), иСх), ширину 1(х) і товшину ЬСхЗ рідинної плівки, ио утворюється, проаналізувати залежності цих величин від початкової швидкості ио. витрати рідини V, її і’устини.р. в’язкості V і поверхневого .натягу б. а головне, від конфігурації плівкоутворюючих елементів (задається1 параметрами Ь. К,, Н2. у. Л. Умови оптимального. розтікання струменя рідини на лопаті перевірялися експериментально на розробленному дослідницькому стенді. Спеціальна система синхронізації стетоскопічних імпульсів освітлення і положення лопаті, що обертається з частотою до 6000 обІга, дозволила спостерігати процес плівкоутворення візуально і реєструвати його за допомогою синхронізованого коротко-імпульсного - .фотографування. Приведено деякі характерні-фотознімки при ріамх режимах розті кання. , г ■ - ■

Другий розділ глави. 2 приовячено експериментальним методам дослідження диспергування плівки рідини, но.стікає в газову фазу. Для дослідження роздріблення газовим потоком плівки."що утворюється при гідростатичному розтіканні стру-

меня по похилі & поверхні, розроблено і виготовлено експериментальний стенд, обладнання якого дозволяє вивчати процес розпалювання плівки, що стікає в плівкоутворюючої пластини зі змінним кутом нахилу . в газову фазу. Дослідження диспергування плівки рідини при стіканні з лопаті під дією відцентрових сил проводилося на розробленому універсальному експериментальному стенді; Розпилюючий диск в лопатями закріплюється на валу, який приводиться в обертання електродвигуном з тирісторням перетворювачем частоти., що дає можливість плавно змінювати частоту обертів від 0 гдо 6000 об/хв. Дисперсний склад факелу розпилювання визначався методом фотографування Гаво-капельного потоку разом з ^масштабним еталоном і методом улоЬлення капель з факелу розпилу в імерсійну рідину спеціально розробленим пристроєм. Відібрані пройи капель реєструвались мікрофотографуванням і розміри зображень капель вимірювалися на приладі 5П0-1. . У результаті обробки данних одераано значення середнього діаметру і криві розподілу капель по розмірам при середніх питомих витратах рідини від

0.2 до 0.4 (м3'год)/м і швидкостях газового потоку від 5 до 20 м/с для. нерухомої пластини і питомих витратах до 23 (м3/тод )/м і, частоті обертання до 6000 об/хв для обертової лопаті, .

Третій розділ другої глави присвячено розробці експериментального обладнання для дослідження швидко протікаючих процесів взаємодії окремої каплі рідини о твердою поверхнею при взаємному зіткненні і проведенню цих досліджень. На валу універсального експериментального стенду встановлювався диск

б ударною пластиною, яка при обертанні досягала швидкості 120 М/с. Для візуального спостереження і фотореєстрації ог,-ремих послідоБЕих фаз взаємодії"каплі з пластиною розроблена

- и -

система висохоточвої синхронізації імпульсного освітлення, принципова схема якої зображена на рис. 1. Система сияхроні-заці ї мі стить оптичний датчик 4 точного положення каплі. датчик 6 положення ударної пластини, схему 8 затримки моменту піДпалювання імпульсного джерела світла і забеспечує співпадання з точністю до 0.1 мхо трьох подій: знаходження рухомої ударної пластини у точці фокусування, появлення у цій точці падаючої каплі і спалах імпульсної лампи. Схема регульованої затримки моменту спалаху лампи дозволяє фіксувати стан каплі при різних фазах взаємодії каплі з ударною пластиною. Для фотореєстрації ввсок-зшвидкі сного процесу ударного руйнування каплі без зміщення'"зображення, час освітлення повинен бути менше 1 мкс при потужності у імпульсі не менше 1 £&. Застосування спеціальних імпульсних ламп, модифікованної системи підпалювання і схеми примусового згашевня імпульсу струму в лампі, дозволило зменшити ч&с освітлення до 10 не. На рис.2 представлено деякі фази взаємодії каплі, з пластиною при різних швидкостях. При відносній швидкості до 25 м/с (рис.2а) капля “розтікається по пластині. При збільшевні.відиоскої швидкості починає відбуватися відбиття плівки рідини від поверхні. капля менше деформується, зберігаючи сферичність (рис. 26). На рис. 2 в)-з) представлено послідовні фази взаємодії каплі води з пластиною при відносні а швидкості 7090 м/с: капля точно зберігає первісну сферичну форму, взаємодія каплі з пластиною відбувається в духе тонкому парі, прилеглому до поверхні, з якого йде вибухоподібний 'викид рідини у вигляді потоку дрібних капель. Гаку поведінку каплі, можно пояснити тим. шо при збільшенні відносної швидкості час взаємоді ї каплі з твердою поверхнею стає меншим за час необхідний для структурної перебудови рідини і прояву теку-

Рис.і

. . - 13 -

чості. Тему верхні шари каплі знаходяться у квазітвердому стані. Ударна'хвиля, то виникає у каплівідбивається від квазітвердих шарів рідини, утворюючи стоячу хвилю, довжина .якої дорівнює товщині прилеглого до поверхні, текучого шару рідини. В цьому прилеглому шарі рідини' відбувається резонансне поглинання енергії ударної хвилі. Резонансна частота пов’язана о часом пружної релаксації рідини г ,. мо дозволяє оцінити його порядок.

Для дослідження спектру вторинних капель використовувалося уловлення капель в імерсійну рідину. На основі теорії подібності і розмірностей виведено феноменологічне критері-.альне рівняння для середнього діаметру вторинних капель при ударному диспергуванні

де сіо - діаметр первинної каплі. V - відносна швидкість каплі і пластини в момент удару/ Е -• модуль пружності рідини. б, у.р - поверхневий натяг., в’язкість і густина, рідини. Відповідно позначаючи комплекси, одержуємо сі = К М Чр У’ Ьр' По результатам прямих експериментальних вимірювань діаметрів вторинних капель трьох реологічно різних рідин: дистильова-

ної води, водного розчину (1; 1). гліцерину і емульсіі (молока)- було складено до 50 рівнянь для кожної рідини. Обробкою на ЕОМ по методу найменших квадратів підраховані значення коефіциентів К і показників р, ч, 5. Критеріальні рівняння для середньо-поверхневого діаметру сіпри ударно-вибуховому диспергуванні окремих капель води, розчину гліцерину і молока мають відповідно вигляд: '

сіЗЇ = М, Ч°-<6< У1’02’ І.р0',9в ; •

сГ = 1.272 М Ч°-6вз У0'5" Ьр0'109 І

сізг = 2.09 М3 Ч°’5в У’'25 Ьр-0’14.

' - 14 -

де М,= 0,012 10‘6 м, Мг =0,713 10*6 м, М3= 0,0316 10'6 м .

У третій главі приведено дослідження експериментальних розпилюючих пристроїв, розроблених на основі вивчених закономірностей диспергування окремих плівок і капель. Розпилення гадовим потоком плівка рідини, іио утворюється при .гідростатичному розтіканні використано в так званому пневмо-плівковому розпилювачі (ППР). На експериментальній моделі ПЇЇР з натуральними розмірами перевірено осооливості дисперсного складу газо-капельного потоку, то утворюється при д..-пергу-ванні багатьох послідовних плівок і досліджено гідродинаміку цього потоку. На основі дифференціальних рівнянь руху каплі одержано рекурентні формули для розрахунку складових і уу швидкості і координат каплі у ламінарному газовому потоку розпилювальної камери для будь-якого моменту часу і-і-іі ( ЬІ -крок по часу, який вибирається в залежності

від необхідної точності}.

= ІЗівТЗй^р-р^сІ/1-^;

* Іа + СІ—аЗ в-''1-”4*]-0'533 и°'« и . * и .

. . і-1 х (| • 1) ,

V ; ~13’675 р* *

х [а+а-аЗ_в'г(‘*‘,4іЗ>-0’633 т?-* и (1.„ АІ .

яв «,=/«:, Ч. =у«.ї иг,"уу( ї

' '+А5СУ. + у.ГАІ:

УгУ,-, +0»5Чи.1) + У1) Аі

При цьому.враховується зміна маси каплі по експоненціальному закону за рахунок випаровування: т = т. [а + С1-аЗехрС-ги]. (а- касова, частка оухого компонента, ио залишається після випаровування.каплі) і залежність коефіцієнту опору $ від Йе

* = —і'»" = 18‘5-^°-'ь 6 • С 2 < Ие < 500 ).

Ие0'* Ссі-и-Р 3 •

г г

Отримані розрахункові значення добре співпадають з експериментальними результатами траєкторних досліджень, проведених

на ППР шляхом.одержання треків капель факелу розпилювання при фотографуванні в неперервному, імпульоному і імпульсно-стробоскопічному освітленні.

іїневмо-плівкове диспергування віддувається в основному за рахунок енергії газового потоку, і ці витрати енергії виявляються у вигляді гідравлічного опору переміщенню газової фази. Розробленно і експериментально перевірено методику розрахунку гідравлічного опору в залежності від густини зрошення і від швидкості газового потоку. Питомі енерговит-рати при пивмо-плівковому диспергуванні складають в середньому 100-200 Дж/кг. Для вивчення можливості зниження енер-витрат при відцентровому диспергуванні досліджувався експериментальний розпилюючий пристрій з криволінійними плів-коутворшючими лопатями. На стенді перевірялися характеристики факелу розпилу і енерговитрати. Запропонована методика теоретичної оці нки необхі дної потужності енерговитрат при відцентровому диспергуванні на розпилювачах з криволінійними лопатями. При цьому доведено можливість значного зменшення енерговитрат при незмінній дисперсності розпилювання за рахунок зниження частоти обертання розпилюючого диску, шляхом вибору оптимальної конфігурації плівкоутворюючих елементів. Питоме споживання електроенергії повільнообертовим відцентровим розпилювачем при продуктивності 50 т/год може бути зменшене до 6 кДж-М' '

У четвертій главі приведені конструктивні розробки промислових розпилювачів, результати їх стендових і промислових випробувань і впровадження у виробництво. Застосування пеєь-мо-плівкового розпилювання дозволило створити технологічні у виготовленні ефективні тепломасообмінні апарати, які впроваджено у виробництво для проведення процесів абсорбції і

- 16- ,

пилоуловлення. Наприклад, ефективність очистки повітрй вік содового пилу в пневмо-плівковому апараті досягає 99.8 процентів. Повільнообертові відцентрові розпилювачі (РВН) о різними варіантами конструкцій плівкоутвоюйчих елементів і розпилюючих дисків випробувались на стендах СумДУ (СФТ1) і СИНВО-їм. Фрувзе, а також пройшли промислові випробування на Норільсьхому горно-металургійному комбінаті. Випробування показали, шо застосування РВН для розпилення пульпи мідного і нікелевого концентратів у сушільному агрегаті дозволяє знизити потужність електродвигуна у 2.5 рази в порівнянні з потужністю 630 кВт.'ио споживає відцентровий розпилювач датської фірми "їїіро Атомайзер" при однаковій продуктивності, але при значно' простішій і надійнішій конструкції приводу розпилювача. Ударно-вибухове диспергування було використано в конструкції відцентрово-ударного розпилювача РВУ. Принцип відцентрово-ударного диспергування полягає в тому, шо попереднє, відносно грубе розпилення, здійснюється на відцентровому диску. а дрібнодисперсне - при співударянні капель, ио утворюються відцентровим розпиленням, з пластинами зовнішнього -ударного диску, який обертається у напрямі - протилежному обертанню ві дцентрового розпилюючого диска. Досяі дний зразок відценірово-ударного розпилювача пройшов промислові вМробуМнАл 8& -Світлоярському заводі білково-вітамінних концентратів. ' . ;

Основні результати і висновки .

1. Розроблено експериментальне обладнання і методики вимірювання. . ио розширюють технічні засоби фізичного експерименту і дозволяють проводити точні дослідження фізичних основ процесів диспергування рідин при взаємодії з твердою поверхнею і газовою фазою.

2. За допомогою розробленого експериментального обладнання

досліджено гідродинаміку руху рідини на нерухомій плівкоут-ворюючій пластині і лопаті, шо обертається. Визначено залежність ширини і товшини плівки при розтіканні струменя по нерухомій похилій пластині від кута нахилу, довжини пластини і інших'Факторів. визначено оптимальні параметри. Експериментально перевірено теоретичні дослідження перетворення струменя на обертових пліркоутворюючих лопатях різної конфігурації- . . • ,

3. На експериментальних стендах досліджено процеси диспергування газовим потоком рідинної плівки, шо утворюється при розтіканні струменя на нерухомій похилій пластині і плівки рідини, шо стікає в газову фазу з обертової лопаті. З застосуванням розроблених пристроїв забору проб роздрібненої рідкої фази а газового потоку і методики фотореєстрації капель вивчено дисперсний склад факелу розпилювання, його залежність від параметрів процесу, одержано рівняння для середніх діаметрів капель при цих способах диспергування. Доведено. шо попереднє перетворення струменя рідини в тонку рідинну плівку дозволяє значно зменшити енерговитрати на диспергування. а необхідна дисперсність розпилювання досягається зміною товшини плі вки-і відносної швидкості, з якою плівка стікає в газову фаг<у

4. Розроблена експериментальна установка о високоточною системою синхронізації і потужним короткоімпульсним освітленням дозволила візуально спостерігати і 'фотографічно реєструвати будь-які окремі фази швидкопроті каючого процесу ударно: взаємодії каплі з рухомою твердою поверхнею, загальна тривалість якого не перевищує 10 мкс. При цьому було виявлено вибуховий характер цієї взаємодії, отримано данні, які дово-

■ЇЗДЯТЬ, шо рідина проявляє властивості квазітвердого стану при значно довшому часі взаємодії, ніж Це вважалося раніше. Для рідяв по в'язкості близьких до води проявлення кваоітвердих властивостей каплі починається при швидкостях 27-30 м/с ' відносно твердої поверхні, а при відносних швидкостях більше ■ 70 м/с розпад каплі повністю аналогічний ударно-вибуховій взаємодії твердого тіла з твердою поверхнею при великих вія* носепх швидкостях. Ці результати вимагають уточнення уявлень про релаксаційні процеси в рідинах. Так, час релакса„.і ква-зікристалічної структури (близького порядку) а досліджених рідинах не менше часу руйнування каплі, тобто Д0'5с,

5. Одержано узагальнені критеріальні рівняння для середньопо-эерхвевого діаметру вторинних капель, шо утворюються при ударно-вибуховому диспергуванні.

6.На основі проведених досліджень диспергування плівки рідини і окремої каплі запропоновано експериментальні пристрої диспергатори: пневмо-плівковий розпилювач (ППР). повіль-..зобертовий відцентровий ровпилювач, відцентрово-ударний розпилювач, ііа експериментальних стендах досліджено дисперсні характеристики цих розпилюючих пристроїв і перевірено ре-

•ч

оультати теоретичних розрахунків деяких гідродинамічних і

енергйтичаих параметрів. ' .

і _

7. На базі досліджень експериментальних диспергуючих пристроїв запропоновано конструкції дослідно-иромислових і промислових розпилювачів рідин. Проведено промислові випробування відцентрово-ударного розпилювача і повільнообертового відцентрового розпилювача РБН. Тепломасообмінні апарати з ППР впроваджено у виробництво. Одержано значне рееншення питомих енерговитрат на процес диспергування ( у 2.5 рази для РВН і 5-8 разів для ПІТ?) у порівнянні з розпилювачами. подібними

за дисперсиями. характеристиками I продуктивн! сте. ио застосовуються у виробництвь

Основ!п результата Дйссертз1п У огубл1коваво«у роботах-

1. Черняк Л. М. , Зимак Ю. А. Гидродинамика движения дисперсной жидкой фазы при пвевхо-пленочном распылении. Согремен-

- ные проблемы прикладной физики: Сборник научных трудов - К. : НКИ ВО, 1882. ' •

2. Черняк Л.М., Зимак Ю.А. .Ворошилов Г. Н. . Ярошенко 5.Г. Мас-

сообменный аппарат. А.СССР. N01075485, 22,10.1984. ’

3. Зимак Ю.А., Вирченко В. М., Донат Е.В. , Безверхий В: И., Педосенко Ю.А. Аппарат для классификации сыпучих материалов А. с. СССР N0 1090461

4. Черняк Л.М., Зимак Ю.А. , Мербак Г. К. , Маэуленко Л. Т. Устройство для подготовки запыленного газа к очистке. А.с. СССР

N01266040, 193С.

5. Черняк Л.М., Зимак С. А., С'.ляроь Г. И. , Татаринов Б. П., Мербак Г. К. Способ получения хлорокиси двухвалентной меди. А. с. СССР Ко 1803335, 9.10.92.

Б. Черняк Л. М. .Зимак В. А., Мербак Г. К. Устройство для мокрой очистки газог Патент Украины с отлож. эксперт. Регистр. ^>0201 пкиьи .■ краиьы, 1 Г':1!..

7 ’-орнчч Л.М. .Зима* К'1-А- .' Гурба Б. А. Пылесчистной распыли-иаюиии аппарат. ПатЛ. Украины с отлож. эксперт. Регистр. !<<• 33030190; НИППЗ Украины. 1992. • > •

8. Чегич» X Ч , Гимак П А..Журба В. А. . Пневмо-пленочный мас-

сообы^нннР аппарат Патент Украиньг с отлож. эксперт. Регистр. Ко 93020181: ККцПЗ Украины, 1992 '

9. Черняк Л.М.. Зимак Ю.А. Пновмопленочный камерный аппарат.

Информ. лист. Но РТ-ЮЗ, Харьков,-УНТИ, 1937. ■

1 Г' Бохоиько А. И. , Кейк С. А. . Панзаенко В. А. . Черняк 1.Н. ,

ЗимакЮ.А. , Щербак Г. К. Научно-исследовательские и • опытно -конструкторские работы по изучение, созданию и внедрению в производство ударно-центробежных распылителей СРИУ). Отчет НИР,г.Сумы, СФХПИ, 10.12.1980 Г. No гос. per. 77026884. П.Бохонько А.И., Квак С.А., Панаше нко В. Д., Черняк Л.М., Зимак К). А., Мербак Г. К. ОКР по испытаниям и доводка конструкции распылителя центробежно-ударного типа (РЦУ-ЗООО). Отчет НИР, г. Сумы,СФХПИ, 13.01.1982г. Но гос. регистрации 81002373.

12. Квак С. А. , Черняк Л. М., ЗимакЮ.А., Щербак Г. К. “доработка опытно-промышленного массообменного аппарата для улавливания аспиранионной пыли окиси кальция в отделении известковых печей. Отчет НИР, г.Сумы, СФХПИ, 30.12.1982 г. Но гос. per. 80021949.

13. Зимак Ю. А., Щербак Г. К. Квак С. А. Разработка и исследование вращавшегося распылителя производительностью по жидкости 50 т/ч. Отчет НИР, г. Сумы, СФХПИ, 14.12.84 г. No гос.

. , О

per. 01824025203

14.Черняк Л.М. , Зимак В. А., Ыербак Г.К. , Квак С. А. . Исследование, разработка и внедрение ППКА для мокрой очистки аспи-рационного воздуха от содовой пыли и охлаждение оборотной воды. Отчет НИР, г.Сумы, СФХПИ, 12.27.1985г., No гос. per. 01823025204. .

15. Черняк Л. М., Зимак С. А., Гайсинский Ю.Ф. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по доводке и внедрению системы ППКА для улавливания пыли на КСЗ. Отчет по НИР, г. Сумы, СФХПИ, 04.14.1988г., No roc, per. 01860071895 1В. Черняк Л.М., ЗимакЮ.А., Сегаль Р. Б., Мербак Г. К., Гайсинский Ю. Ф. Исследование и разработка многотонажного распылителя для диспергирования пульпы обогащенных руд. Отчет по НИР, г.Сумы, СФлПИ, 03.15.1990г., На гос.per.Q184G064560.

17. Черняк Л.М., Зимак 0. А. , Куэяков Б. А Методика иссяеясьа-ния равновесных состояний в системе га&-жидкость с помо^ър маос-спектометра. Материалы 2-го Всесоюзного научно-технического совещания: "Пути совершенствования,' интенсификации и повышения надежности аппаратов в основной химии", ч. 1, Сумы, 1332.

18. Черняк Л. М. , Зимак Ю. А. Об улавливании содовой пыли распиливаемыми пленками жидкости. В сб. "Современные машины и аппарты химических производств". "Химтехннка-83",ч. 7, Ташкент, 1983.

19. Черняк 1. М. , Зимак Ю. А. О расчете гидродинамического сопротивления газовому потоку при пнев.лопленочном распылении жидкости. Материалы Всесоюзного совещания "Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии". Сумы, 1986.-

20.Черняк Л.М., Зимак Ю.А. , Мазуленко Л.Т. Применение массообменного аппарата с пневмопленочннм распылением жидкости для улавливания содовой пыли. Материалы Всесоюзного совещания "Повышение эффективности и надежное] и машин и аппаратов в основной химии". Сумы, 1986.

21. Черняк Л.М., Зимак С. А., Мазуленко Л. Т., Лукьянов К. В.

Абсорбция гаэо-пылевых компонентов в содовом произьсдстве аппаратами с пневмо-пленочным распылением жидкости. Те:<. докл. III Всесоюзного совещания "Абсорбция газоь", Тал-

линн, 19^7.

22. Черняк Л.М., Зимак Ю.А. Опыт промышленной эксплуатации массообменных аппаратов с пневмо-пленочным распылением жидкости в отделении кальцинации содового производства Тее докл. III республиканской научно-технической конференции "Повышение эффективности, совершенствование процессоз и аппаратов химических производств", Львов, 1983.

- 22 -

. . АННОТАЦИЯ

Зимак Ю.А. Экспериментальные исследования явлений низкоэнергетического диспергирования жидкостей, используемых в тепла-' массобменных системах.

Диссертация (рукопись) на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01,04.01 - техника физического эксперимента, физика приборов и автоматизация физических исследований. Сумский государственный университет, Сумы, 1934.

Зашивается 15 научных работ и 7 авторских свидетельств и патентов Украины, которые содержат разработки методики и техники экспериментального исследования процессов низкоэнергетического диспергирования жидкости, а также результаты этих экспериментальных исследований и их применение в разработках промышленных диспергаторов. Установлено, что предварительное создание с помощью пленкообразущих элементов определенной конфигурации тонкопленочного истечения жидкости в .асовус фазу позволяет снизить энергозатраты на диспергирование. Исследовано ниэкознергетическое взрывное диспергирование капель жидкости при ударе о движущуюся пластину. При этом установлено, что время структурной релаксации в жидкостях по реологическим свойствам близким воде более 10'ьс. Предложена физическая модель ударного взаимодействия. Приводятся результаты промышленных испытаний и внедрения в производство диспергирующих низкоэнергетических устройств: пнев-мо-пленочных, центробежных и центробежно-ударных.

Ключові слова: . •

тепломасообмі н. диспергування рідин, енерговитрати. плівко-утворення, удар хапкі. час структурної релаксаці ї

- 23 -

' ABSTRACT

Zimak J.A. Experimental researches of phenomenon lowenerae-tic dispersion of liquids used in heatmassexchange systems. The dissertation Cmanuscript) on scientific degree of candidate technical science on speciality 01.04.01 - technique of physical experiment, physics of devices and automation physical researches, Sumy State University, Sumy, 1994.

15 scientific works and 7 author.certificates and patents of Ukraine are deafended, which contain worked out methods and technique of experimental research processes of lowenerge-tic liquid dispersion and even their results of these experimental researches and application in worked out industrial dispergators. It was state that the preliminary created fUniforming elements with the help of determined configuration of thinfilm flowing liquids to gas phase phermits to low energetic expenses on dispersion. It was investigated lowenergetic blowing dispergation of liquid drops under the blowing of moving plate. For all that it was stated that the time of structural relation in liquids on reologic properties are nearly to water 10’5s. Have been proposed physical model of blowing interation. Results of research and application of dispergation lovenergetic arrangements to industry were preposed: pneumo-films, centrefuge and centrefugical-b:owing