Гидродинамика и теплообмен пленок расплава на внутренней поверхности вращающегося цилиндра тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

РГб од 1 5 ДЕК 1986

Шиляев Алексей Михайлович

ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН ПЛЕНОК РАСПЛАВА НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРА

(01.02.05 - механика жидкостей, газа и плазмы)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск - 1996

Работа выполнена в Томской государственной архитектурно-строительной академии

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Волокитив Г.Г., кандидат физико-математических наук, доцент Борзых В.Э.

Официальные оппоненты: д.т.н. профессор Абалтусов В.Е.,

к.ф.-.м.н., доцент Харламов С.Н.

Ведущая организация - Институт теплофизики СО РАН

~ ег

час оз

Защита состоится " в "с_1996 г.

на заседании специализированного совета К 063.53.10 при Томском

государственном университете но адресу:

634040, Томск, пл. Ленина, 36, ТГУ.

Сдиссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке ТГУ.

Автореферат разослан 6 » Л _1996 г

Ученый секретарь специализированного совета к.ф.-м.н ' /////'

"Немирович-Данченко М.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Развитие плазменной техники и опыт ее применения для пере-!аботки дисперсных неорганических материалов открыли перспекти->ы создания мобильных автоматически управляемых устройств, смеющих возможность работать с шихтой термически стойкого сы-)ья (золы, шлаки и т. п.). Использование плазменного нагрева позво-шет процесс производства минерального волокна перевести га двух -ит трех - стадийного по традиционной технологии в одностадийный. Оптимальное использование энергетических ресурсов за счет ввода гепловой энергии в ограниченный объем - пленку позволяет создаюсь менее энергоемкие плазменные технологии. Этого можно дос-гичь во вращающемся плазмохимическом реакторе (ВПХР), являю-лдмся одновременно плавильным агрегатом и распылочным устрой-ггвом.

Для определения условий прохождения процессов стекловарения минерального вещества и обстоятельств формирования волокна необходимо изучение гидродинамики и теплообмена пленок расплава, движущихся в поле массовых сил по внутренним стенкам ВПХР. А для установления основных теплотехнических параметров ВПХР как элемента технологической цепи необходимо решение задачи о внешнем теплообмене вращающегося цилиндра с внутренним разогревом. Переменность теплофизичесяих параметров расплавленного стекло-образующего материала при его пленочном течении в поле массовых сил предполагает решение задач с использованием экспериментальных и теоретических методов. Исследования пленочного течения жидкости в условиях действия массовых сил, направленных нормально к поверхности, по которой происходит течение, тлеют в настоящее время разрозненный, неагстемотизированный характер и, в основном, учитывают лишь действие силы тяжести.

Резюмируя вышеизложенное, можно утверждать, что в настоящее время исследования пленочного течения жидкости с переменной вязкостью в поле центробежных сил и сил тяжести в условиях неизотермической задачи являются актуальными.

Об актуальности исследований говорит также тот факт, что данная работа выполнена в рамках комплексной межвузовской научно

технической программы «Строительство» (гос. номер 01950000032), а результаты исследований использовались при выполнении хозяйственного договора № 414 с Гусиноозерской ГРЭС (1995 г.).

Целью работы являлось на основании экспериментальных и теоретических исследований установить взаимосвязи исходных ре-

жимных параметров с процессами формирования и движения пленок расплава, а также, с требуемыми технологическими характеристиками, что предполагает решения следующих задач:

1. Экспериментальное исследование поведения пленок жидкости на начальном и стабилизированном участках течения по внутренней поверхности вращающегося полого цилиндра, моделирующего ВПХР.

2. Численно - аналитическое исследование течения и теплообмена в ВПХР пленки расплава стеклообразующего материала с экспоненциальной зависимостью вязкости от обрашой температуры.

3. Экспериментальное исследование теплообмена на внешней поверхности вращающегося цилиндрического реактора в условиях свободно - вынужденной конвекции.

4. Определение оптимальных режимных параметров работы ВПХР для получения качественного минерального волокна.

Научная новизна работы представлена следующими основными результатами.

№ основе теории размерностей и физического моделирования получена экспериментальная зависимость для среднеинтегралыюй толщины пленки в критериальной форме. Проведен анализ структуры течения. Экспериментально исследован характер распределения толщины пленки жидкости на начальном участке течения по внутренней поверхности вращающегося цилиндра Обнаружена область гидравлического скачка на начальном участке течения жидкости. Дана физическая интерпретация обнаруженного эффекта

Разработана численно - аналитическая модель неизотермического течения пленки расплава с учетом сильной зависимости вязкости от температуры. Получены интегральные и локальные характеристики потока расплава минерального вещества в зависимости от управляющих параметров технологического процесса работы ВПХР.

Выявлены закономерности теплообмена на внешней поверхности вращающегося полого цилиндра конечных размеров в условиях вынужденной конвекции. Получена экспериментальная зависимость для конвективного теплообмена с внутренним разогревом. Обнаружено снижение интенсивности внешнего теплообмена с внутренним разогревом на поверхности вращающегося цилиндра при возрастании числа Рейнольдса (вращательного) аналогичное снижению, обнаруженное другими авторами на выпуклых поверхностях.

Достоверность основных положений, выводов, рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается необходимым количеством опытов, обеспечивающим заданную доверительную вероятность математического ожидания результатов измерений, использо-

занием современных методов математической обработки результатов измерений и надежных измерительных приборов, применением современной вычислительной техники и соблюдением законов сохранения.

Основные положения, выносимые на защиту: 1. Результаты экспериментального исследования поведения пленок жидкости на внутренней поверхности вращающихся цилиндров; установленные закономерности формирования профиля свободной поверхности вращающихся жидких пленок. Интерпретация механизма образования особенностей течения пленки жидкости на начальном участке.

I. Результаты численно - аналитического моделирования процессов течения и теплообмена пленки жидкости с переменной вязкостью в виде экспоненциальной зависимости от обратной температуры, движущейся в условиях интенсивного теплового воздействия иод действием массовых сил по внутренней поверхности вращающегося реактора.

Экспериментально установленные закономерности теплообмена вращающегося полого цилиндра конечных размеров на участке действия сметанной конвекции.

Практическая ценность.

Результаты экспериментального и теоретического исследования засходного пленочного течения жидкости в поле массовых сил на (нутренней цилиндрической поверхности, обработанные в критери-1лыюй форме, используются для определения технологических хшра-летров плазменного оборудования для производства минерального юлокна и мо1уг быть применены при расчете технологических ха->актеристик работы различных тепло - и массообменных и распыли-:ельных устройств.

Личный вклад автора в проведенное исследование состоит в юоеновании общей концепции работы, осуществлении: постановки адач, подборе методов и инструментов исследований, получении на-'чных результатов, разработке конструкции плазмохимического реак-ора и проведении экспериментальных и теоретических исследова-

[ИЙ.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссер-ации доложены на международной конференции по механике реагирующих сред (г. Томск, 1993 г.), на научно - технической конферен-[ии «Использование отходов промышленности в производстве строи-ельных материалов» (г. Новосибирск, 1993 г.), № международной

научной конференции «Сопряженные задачи физической механики i экология» (г. Томск, 1994 г.), на Международной конференции пс проблемам использования вторичного сырья в производстве строительных материалов (г. Новосибирск, 1994 г.), на международно! конференции «Сопряженные задачи механики и экологии» (г Томск 1996 г.).

Публикации основных результатов работы изложены в 12 печатных работах. Получено два положительных решения на выдачу патентов и выдан один патент России.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 123 страницы, рисунков 21, таблиц 5. Список литературы включает 121 наименование.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проанализировано современное состояние техники и технологий производства минерального волокна, рассмотрены конструкции устройств для переработки тугоплавких неорганических соединений плазменным нагревом.

В первой главе проведен анализ современного состояния исследований в области пленочных течений.

Разработка и создание технологических пленочный устройств в различных областях техники побудили интенсивное изучение пленочных течений. Хорошо исследованы гравитационные пленки. Поиск путей интенсификации тепло- и массообменных процессов, а также решение проблем создания эффективных распылительных устройств, обусловили интерес к изучению пленочных течений на вращающихся поверхностях Центробежные пленки на дисках характеризуются более сильным влиянием газового потока на течение, чем стекающие пленки, в то же время утоныпение слоя на периферии приводит к ла-минаризации возмущений. Течение на внешних вращающихся конических и цилиндрических поверхностях приводит к неустойчивости и срыву жидкости. Для внутренней вращающейся цилиндрической поверхности построена теория центробежных форсунок, основанная на потенциальном движении невязкой жидкости. Для течений вязких пленок внутри вращающихся цилиндров экспериментальных работ мало и они слабо согласуются с теоретическими исследованиями.

Большое внимание исследователей привлекает поведение пленок жидкости с переменными теплофизическими свойствами. Наибольшее влияние на течение и теплообмен оказывает зависимость вязкости, дня учета которой многими авторами рекомендуется введе-

Рнс. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки.

1 - экспериментальный цилиндр, 2 - электродвигатель постоянного тока, 3 - тахогенератор, 4 - лабораторный автотрансформатор, 5 - жесткая штанга с датчиком касания, б -патрубок подати жидкости, 7 - блок ротаметров, 8 - бак постоянного давления, 9 - жидкостный насос, 10 - сливной резервуар, 11 - светодиод, 12 - индикатор часового типа

кие поправок в расчетные формулы для толщины пленки и коэффициента теплоотдачи. Для вычисления толщины движущейся пленки расплава стекловидного материала обычно рекомендуется выбирать глубину прогрева, где вязкость изменяется в е раз. Поведение пленок стекловидных расплавов в поле центробежных, сил на внутренней цилиндрической поверхности при экспоненциальной зависимости вязкости от температуры, очевидно, не рассматривалось.

Интерес, обусловленный задзчами тепловой защиты элементов конструкций при различном характере воздействующего теплового потока побудили исследователей рассматривать теплообмен на выпуклых и вогнутых поверхностях, а также вращающихся объектах при * внешнем обогреве. При этом необходимо отметить, что, практически -те рассматривался вопрос о внешнем теплообмене вращающихся по-пых цилиндров со смешанным внутренним обогревом.

Сделаны выводы и сформулированы задачи исследований.

Во второй главе представлено описание экспериментальных ггендов, рассматриваются методики проведения и обработки результатов измерений.

ыы * *

Ю о|

4 □ 0

Рис. 2. Комплексный автоматизированный опытный стенд «Плазмовата».

1 - цилиндрический реактор, 2 - плазмотрон, 3 - графитовый анод, 4 - патрубок подачи шихты, 5 - дозатор дисперсного материала, 6 - блок зондов н датчиков, 7 - автомагическая система регистрации, 8 - ЭВМ, 9 - источник постоянного тока, 10 - пульт управления

Для определения основных характеристик пленочного тега пи на модели жидкости с постоянной вязкостью создан экспериментальный стенд (рис. 1), рабочим элементом которого является польн вращающийся цилиндр.

Измерение локальной по осевой координате толщины пленю осуществлялось методом касания, который был несколько модернизирован. Место положения свободной поверхности потока регистрировалось по замыканию контакта между серебряным диском и тонко! упругой проволокой, отклоняемой вращающимся слоем жидкости.

Внешний теплообмен вращающегося реактора во многом определяет тепловой баланс в движущейся по внутренней поверхности пленке расплава и является одним из управляющих параметров тех нологического процесса.

Создана экспериментальная установка моделирующая вра щающийся плазмохюушческий реактор. Разработан термоэлектриче ский датчик лучкового типа для измерения температуры вращающих ся объектов, описана автоматизированная система измерений, с по

мощью которой определяется коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности реактора при внутреннем обогреве.

Для исследования теплофизических процессов при плавлении порошкообразного стеклообразующего материала потоками низкотемпературной плазмы во вращающемся реакторе при движении пленки расплава и при волокнообразовагаш создан комплексный ав-томатизироваштыи опытный стенд «Плазмовата» (рис. 2), моделирующий промышленную пилотную станцию по производству минерального волокна

Приведено описание средств измерений и методик определения температур и тепловых потоков при работе плазменной установки.

Третья глава (раздел 3.1) посвящена экспериментальному исследованию течения пленки жидкости с постоянными теплофизиче-скими свойствами по внутренней поверхности вращающегося цилиндра.

Согласно анализу изотермической задачи, в данном процессе толщина пленки - это функция нескольких переменных:

где г0, Ь - внутренний радиус цилиндра и его высота соответственно; От •• массовый расход жидкости; ц,р - динамическая вязкость и плотность жидкости; £ - ускорение свободного падения; (О - угловая скорость вращения цилиндра.

Следуя теории размерностей, составлены следующие безразмерные. комплексы

Г0 Го V V %

Здесь <5"/г0 - безразмерная толщина пленки; Ь/г0 - относительная высота цилиндра; Ке - пленочное число Рейнольдса, построенное по гидравлическому диаметру сечения пленки; 1?ео - вращательное число Рейнольдса; В - перегрузсшое число; Г = От Д2яг0р) - плотность орошения.

Исходя из области варьирования режимных параметров реального технологического процесса определены пределы изменения безразмерных комплексов:

12 < Ие < 700, 112000< Ые. < 640000, 22 < В < 865.

Предполагая полную автомодельность по вращательному числу Рейнольдса вследствие больших числовых значений для каждой осевой координаты исследуемого цилиндра зависимости для безразмерной толщины пленки найдены в виде двухпараметрических функций

■ = сЯе* В1,

ще с, а, Ь - аппроксимационные коэффициенты.

ГЬ полученным зависимостям построены профили свободной поверхности движущегося слоя жидкости для фиксировано выбранных значений чисел Кеи В для каждого используемого цилиндра (рис. 3). При этом коэффициент корреляции с экспериментальными данными, рассчитанный по формуле

Х =

£(у

1-

1=1

2 (Уэ,1— У)2

1=1

ще у, уР и у - экспериментальное, расчетное и среднее значения величины у; т - количество экотериментальныхзнжений у,использованныхдая проверки адекватности, составил не менее 0,96. ГЬ этим экспериментальным профилям вычислена среднеинтегральная толщина пленки < 5 >. Зависимость для безразмерной толщины пленки в критериальной форме с погрешностью, не превышающей 10%, представлена ниже.

г

о

ДО 02 " 04 Об 08~ }о х/Ь

Рнс. 3. Характерные профили свободной поверхности жидкости, движущейся по внутренней поверхности вращающегося цилиндра при Не = 100, В = 500.

1 - Ь/го = 6,67, 2 - 4,75,3 - 4,64

г0 \г0)

В области максимума толщины слоя происходит гидравлический скачок, подобный возникающему при движении жидкости по горизонтальной поверхности в условиях растекания набегающей струи. Для коротких, широких цилиндров (две нижние кривые на рис. 3) за узкой областью гидравлического скачка наблюдается резкое падение глубины слоя, после чего дальнейшее изменение толщины пленки незначительны. Вязкие силы, являясь консервативными, стремятся подавить возмущения, вносимые в поток инерционностью и геометрией течения, в связи с чем, очевидно, при увеличении вязкости жидкости будет уменьшаться высота скачка и, как следствие, средняя толщина пленки.

Раздел 3.2 посвящен математическому моделированию процессов течения и теплообмена пленки расплава на внутренней поверхности вращающегося плазменного реактора.

Порошкообразное сырье, являясь по своей природе псевдожид-костъю, при вращении реактора прижимается в виде некоего слоя к стенкам цилиндрической емкости, где в стартовый момент работы ВПХР он спекается. Плавящееся в плазменном потоке исходное сырье растекается по дну и выбрасывается на стенки реактора. За счет низкой теплопроводности спекшегося порошкообразного сырья на стенках реактора тепловой защитой стальных стенок гомогенизатора служит сам исходный материал, являющийся промежуточным слоем между жидкой пленкой и стенкой емкости. Схема, течения представлена на рис. 4. На границе раздела жидкой и твердой фаз устанавливается температура, равная температуре плавления сырья. Количество тепла, вносимого в систему (без учета тепловых потерь), частично идет на плавление (размягчение) материала и уносится жидкой пленкой, а частично проходах через гарнисажный слой и стенку реактора, осуществляя внешний теплообмен устройства.

Срываясь пленкой с торцевой части емкости, под действием центробежных сил расплав вытягивается в тончайшие волокна и увлекается воздушным потоком в камеру осаждения. Длина, толщина и прочностные свойства получаемого минерального волокна будут зависеть как от химического состава стеклообразующего сырья, так и от физических характеристик процесса движения расправа. Поэтому для управления качеством производимого продукта необходимо определение тепловых и динамических характеристик пленки расплава.

Для матемапгческой постановки задачи приняты следующие приближения: течение считается установившимся и ламинарным; толщина жидкой пленки мала по сравнению с радиусом емкости; осевая скорость незначительно изменяется по высоте реактора; касзтель-

Рис. 4. Схема теплообмена н гидродинамики пленки расплава на стенке плазмохнынческого реактора

ное напряжение трения на границе раздела фаз "жидкость-газ" в связи с высокой вязкостью расплава мало; все теплофизические свойства вещества считаются постоянными за исключением коэффициента вязкости, который является экспоненциальной зависимостью от обратной температуры }1(Т)=ехр(С1/Т-С1), где Сх и С.2 эмпирические константы; термокапиллярный эффект не учитывается.

Согласно принятым допущениям, система уравнений, описывающая движение и теплообмен пленки расплавленного материала, запишется в виде

ар

дх

И.

г дг . дТ

ЭУ

дг

а2т

т _- — и--Г- .

1 дг2

Здесь Р=р+рдх.

В соответствии со сделанными допущениями приняты следующие граничные условия:

при при при

Г = г,

Г= г„ -5

Ух = 0; дг

О,

, ат аГ = Чп;

х = О Т=Т„

Для случая постоянной вязкости при условии сохранения расхода для толщины движущейся пленки получается зависимость

5 ПГке'^

г„ \1

где коэффициент £ характеризует наклон поверхности пленки и учитывает влияние входного участка и условий слива при движении жидкости по внутренней поверхности вращающегося цилиндра кон&ных размеров.

Сравнением этой зависимости с установленной экспериментально в разделе 3.1 для коэффициента Ь, получено соотношение

% = 6030-

Ие^В3

которое учитывает расходные, динамические и геометрические характеристики течения.

Для решения неизотермической задачи применена методика разложения экспоненты, входящей в закон вязкости, подобно тому как это делается в теории горения по методике предложенной Франк-Каменецким. В этом случае систему уравнений удалось свести к одному уравнению в полных дифференциалах

(13е „ к V _ , ( 0

—3- = 2 ---(Чп - Ч„ )(1 - "Л ) схр —

ат] к0 УР VI -+- ув>

где

тр 5 а

к|"кг) -относительный коэффициент трения; цг1- относительная плотность теплового потока, уносимого с внешней поверхности устройства; ур - кинематическая вязкость расплава при температуре размягчения;;' - средпеингегральная вязкость расплава

Граничные условия для уравнения принимают следующий вид:

А А О Л 1 Й0 -

при т] = 0 0 = 0, —г=0;прит| = 1 — ЙТ] с1т|

Толщина неподвижной теплозащитной прослойки найдена го условия линейного распределишя по осевой координате среднемас-ювой температуры

— ? V Тс1г = ——— х + Т0, Ого-« рСрО

где Т0 - начальная температура расплавленных частичек попадают* на дне реактора в движущуюся пленку, х - осевая координата

Задача решалась численно методом Гира, тестирование алг< ритма осуществлялось при решении уравнения Латта второго поря; ка^с малым параметром при старшей производной. Найдены опт] малыше работав параметры программы.

В ходе решения исследовалось поведение числа Нуссельта

4а § N11 = _ ■

- Т)

от относительного коэффициента трения

Ке

1--

. \з

го/

и отношения ц„1<\ш. (рис. 5). Получена агшроксимационная завис мость

№ = 12,37

Чп

-0,293

-0,188

ао Ц2 СИ (\б 018 ^

О

Рис. 5. Зависимость теплообмена на стабилизированном участке от коэффициента трения при различных чС1/я.

Значение величины

N4 = 4Ч"8

р мтж-тр)

при стремлении чС1/чп к 1 выходит на автомодельный закон по параметру к/к0 (рис. 6). Тогда зависимость для 1Чир принимает более простой вид

, -0,643

= 4,07| ^ Чп

Неизотершгшо стъ течения пленки расплава определяется влиянием на коэффициент трения характеристик тепловой нагрузки и теплофизичесхих свойств вещества. С учетом закона изменения вязкости для относительного коэффициента трения получена зависимость

— = 0,0011ехр

Рги

Рис. 6. Выход решения на автомодельный режим по безразмерному коэффициенту трения к/ко

где А =

яХ

ЯпГ0

На основе анализа полученного решения выявлены основные безразмерные параметры, управляющие характеристиками движения и теплообмена пленки расплава в поле массовых сил на внутренней поверхности вращающегося реактора, которые выражают следующий физический смысл

Ые/^Ке,,2) характеризует динамический режим движения пленки;

А характеризует тепловой режим вязкого течения пленки; Рг„ характеризует физические свойства расплава; Я„/Чп характеризует режим теплообмена системы.

Наиболее важными технологическими параметрами, необходимыми для определения условий формирования волокна, являются среднемйссовая температура и толщина пленки расплава Обработка численного решения привела к следующим зависимостям.

Безразмерная среднемассовая температура:

Проверка результатов анализа проводилась путем сравнения рассчитанных значений толщины пленки по предложенной методике с экспериментальными замерами, полученными методом скалывания застывшей пленки расплава при резком замораживании процесса. Получено удовлетворительное согласие с относительной погрешностью, не превышающей 20 %, что говорит о применимости полученных зависимостей с пределом указанной погрешности для расчета технологических параметров работы устройства

В разделе 3.3 приведены результаты экспериментального исследования теплообмена на внешней поверхности модели вращающегося цилиндрического реактора. Применена нестационарная методика определения коэффициента теплоотдачи, в основу которою положена теория регулярного режима нагрева тела простой формы

Аппроксимация экспериментальных данных позволила построить выражение

Безразмерная толщина пленки:

б 5

4

г

1

0

0,10 0,11 0,12 0,13 0,14

Рис. 7. Внешний теплообмен вращающегося цилиндра.

1 - экспериментальные точки, 2 - линейная аппроксимация

№ = 23,5 К.е~0'209 Сг0'015 для внешнего теплообмена вращающего ся цилиндра с внутренним разогревом. Характер аппроксимации экспериментальных данных представлен на рис. 7. Общая относительная погрешность составила 19%. Применимость формулы определяется пределами варьирования безразмерных комплексов

104<Ке<105, 105<Сг<10*.

Снижение интенсивности теплообмена при увеличении вращательного числа Рейнольдса объяснено возникновение пристенного слоя, затрудняющего процессы переноса тепла. Для интенсификации теплообмена необходимо разрушеште данного слоя. Этого было достигнуто применением струйного охлаждения.

Струйное охлаждение было апробировано на экспериментальном стенде «Плазмовата» (рис. 2) и показало высокую эффективность.

В соответствии с проведенными исследованиями и полученными результатами были рассчитаны оптимальные технологические параметры работы ВГ1ХР и проведены на нем эксперименты с получением минерального волокна. В качестве сырья использовалась зола ГРЭС -2 с добавлением известняка. Свойства волокна, полученного в экспериментах приведены в табл. 1 в сравнении с волокном, полученным по традиционной технологии.

Таблица 1

СВОЙСТВО Минеральное волокно, полученное плазменным методом Минеральное волокно, полученное ваграночным методом.

Средняя толщина волокон, мкм 9.0 10

Содержание корольков, % 22 20

Плотность, кг/м3 109 120

Средняя длина волокон, мм 62 25

Температуростойкосгь, К 1600 1500

Прочность на разрыв, мПа 12- 14 10- 12

Себестоимость, т. руб./м3 260 356

Волокно имеет хорошие эксплуатационные характеристики, а высокая температурная стойкость (1600 °К) и значительная длина волокон позволяет говорить о возможности применения данного материала не только в строительной индустрии, но и в производстве огне - и теплозащитных изделий.

Четвертая глава посвящена рассмотрению перспектив применения пленочных вращающихся течений в технологиях утилизации различных техногенных отходов и в производстве фильтрационных волокнистых материалов на основе полимерного сырья.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведено экспериментальное исследование пленочного течения на внутренней поверхности вращающегося цилиндра, построены профили свободной поверхности слоя жидкости, движущегося в поле совместного действия центробежных и гравитационных сил. Получена эмпирическая зависимость для средней толщины пленки, охватывающая начальный участок движения жидкости в условиях свободного перелива через острую кромку вращающегося цилиндра. В нижней части цилиндра обнаружен существенно влияющий на структуру потока гидравлический скачок, наличие которого объяснено проведенным анализом структуры течения.

2. Построена физико-математическая модель движения и теплообмена пленки расплава стекло обр азуб mero материала на внутренней поверхности вращающегося шхазмохимического реактора.

3. Система уравнений в частных производных сведена к обыкновенному дифференциальному уравнению третьего порядка, численное решение которого позволило получить инженерные зависимости

для расчета среднеинтегральной температуры и толщины пленки расплава, необходимых для определения условий формирования волокна.

. Получена экспериментальная зависимость для конвективного теплообмена на внешней поверхности вращающегося цилиндра с внутренним разогревом в критериальной форме. Обнаружено снижение интенсивности теплообмена с увеличением вращательного числа Рейнольдса. В связи с этим предложено струйное охлаждение стенок реактора

. Оптимизация режимных параметров работы ВПХР позволила получить минеральное волокно характеризующееся высокими эксплуатационными качествами.

Основные результаты диссертационной работы отражены в

ледующих публикациях;

. Волокитин Г.Г., Борзых В.Э., Унжаков С.О., Шиляев АМ. Плазменные технологии получения минерального волокна из золоотходов промышленности// Сибирский физико-технический журнал. - 1993.-ВыпЛ.-С. 74 -78.

. Волокитин Г.Г., Борзых В.Э., Шиляев АМ Вращающийся плазменный реактор для получения минерального волокна// Материалы региональной конференции «Использование отходов промышленности в производстве строительных материалов» (Новосибирск, ноябрь 1993). -Новосибирск: НИСИ- 1993,- С. 10-12.

. Шйляев АМ Одностадийный плазменный метод получения минерального волокна// Тезисы докл. научн. конф. «Материалы, технологии, организация и экономика строительства» (Новосибирск, апрель 1993). -Новосибирск: НИСИ- 1993,- С. 30.

. Волокитин Г.Г.,- Борзых В.Э., Шшяев АМ Гидродинамика и теплообмен в движущейся пленке расплава стеклообразного вещества на стабилгаированном участке// Материалы международной научной конференции «Сопряженные задачи физической механики и эколо-1ия» (Томск, февраль - март 1994). - Томск: ТГУ- 1994,- С. 18 -19.

. Шиляев АМ, Унжаков С.О., Никифоров АА Исследование теплового состояния поверхности изделия при плазмировании его сканирующей плазменной струей.// Материалы международной конференции «Прогрессивные материалы и технологии для строительства» (Новосибирск, апрель 1994). -Новосибирск: НИСИ- 1994,- С. 55-56.

. Унжаков С.О., Борзых В.Э., Шшяев АМ. Измерение теплового потока и коэффициента теплопроводности плазмируемого изделия;'/ Материалы международной конференции «Прогрессивные материалы и технологии для строительства» (Новосибирск, апрель 1994). -Новосибирск: НИСИ- 1994,- С. 58 - 60.

7. Разработка теории взаимодействия низкотемпературной плазмы со строительным материалом, исследование теплофизических процессов при получении расплава с помощью низкотемпературной плазмы в производстве минерального волокна: Отчет о НИР/ Р5аучно исследовательский институт строительных материалов при Томском инженерно-строительном институте (НИИ СМ): Научн. руководитель Г.Г. Волокитин. - №ГР. 01910029094. Томск, 1992.- 162 е.: ил. -Отв. исполн. НК Скрипникова.

8. Шиляев А.¡VI Толщина пленки жидкости, движущейся по внутренней поверхности вращающегося цилиндра// Материалы международной конференции «Сопряженные задачи механики и экологии» (Томск, сентябрь - октябрь 1996). - Томск: ТГУ- 1996.- С. 190-191.

9. Шиляев М.И., Борзых В.Э., ГЬстников С.Н, Шиляев АМ. Гидродинамика жидкой пленки на внутренней поверхности вращающегося цилиндра// Теплофизика и аэромеханика. - 1997. - № 2

10. Пат. 20600977 Россия. Способ получения минерального волокна плазменным нагревом/ Волокитин Г.Г., Борзых В.Э., Шиляев АМ (Россия).- БИ№ 15, 1996, с.211.

11. Устройство для получения минерального волокна Пол. решение на выдачу патента по заявке 94018759/033 от 24.05.94. Авторы Волокитин Г.Г., Борзых В.Э., Унжаков С.О., Шиляев А.М и др

12. Ото со б получения волокна из термопластичного материала. Пол. решение на выдачу патента по заявке 95104902 от 16.05.95. Авторы Волокитин Г.Г., Борзых В.Э., Унжаков С.О., Шиляев А.М и др