Технология гидротермодинамической обработки природных и сточных вод с использованием эффектов кавитации

Дубровская, Ольга Геннадьевна

Технология гидротермодинамической обработки природных и сточных вод с использованием эффектов кавитации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Дубровская, Ольга Геннадьевна АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Красноярск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2007 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Технология гидротермодинамической обработки природных и сточных вод с использованием эффектов кавитации»

Автореферат диссертации на тему "Технология гидротермодинамической обработки природных и сточных вод с использованием эффектов кавитации"

На правах рукописи

ДУБРОВСКАЯ Ольга Геннадьевна

ТЕХНОЛОГИЯ ГИДРОТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭФФЕКТОВ КАВИТАЦИИ

01 04 14 - теплофизика и теоретическая теплотехника 05 23-04 - водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 2007

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Научный руководитель- .

доктор технических наук, профессор

Кулагин В. А.

Официальные оппоненты >

доктор технических наук, профессор

Турутин Б. Ф.

доктор технических наук, профессор Степанов С. Г.

Ведущая организация ООО «Красноярский жилищно-коммунальный

комплекс»

Защита состоится 8 ноября 2007 года в 16 часов в ауд Г-224 на заседании диссертационного совета Д 212.099 03 в ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» по адресу. 660074, г. Красноярск, ул Киренского, 26 Тел • (8-3912) 49-79-90, факс (8-3912) 91-21-98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Политехнического института ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» Автореферат диссертации размещен на сайте http.//www.síllJcrasn ги/8С1епсе/роз1§гас1иа1е/геро11

Автореферат разослан 8 октября 2007 г

Ученый секретарь

доктор технических наук, профессор

Сильченко П. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Перечисленные проблемы, можно решить используя тепломассообмен-ные, термодинамические и другие эффекты, проявляющиеся в двухфазных су-перкавитационных потоках Использование теплофизических и гидродинамических эффектов кавитации (кавитационной технологии) способствует механо-термолизу структур воды с появлением свободных водородных связей, диспер-гации и гомогенизации твердых и органических включений

Красноярский край является крупнейшим промышленным регионом Восточной Сибири и Российской Федерации в целом Здесь сконцентрированы предприятия различных отраслей промышленности металлургической, машиностроительной, химической, деревообрабатывающей и других видов производств Для ускоренного развития и наращивания производственных сил требуется надежное обеспечение сырьевыми ресурсами, важное место среди которых занимают ресурсы пресных вод

Помимо этой задачи, наиболее остро стоит проблема обеспечения населения качественной питьевой водой В последние десятилетия в результате интенсивного антропогенного воздействия заметно изменился химический состав природных (поверхностных и подземных) вод Проблема качества питьевой воды затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования В настоящее время питьевая вода - это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, а также инженерная и экономическая. В основе гигиенических требований к качеству воды для питьевых и бытовых нужд лежит принцип безопасности в эпидемиологическом отношении, безвредности по химическому составу и благоприятности по органолептическим свойствам

Особая проблема, с которой сталкиваются специалисты, и, в конечном счете, потребитель - это микробиологическая безопасность воды, ведь даже вода из подземных источников может содержать единичные клетки патогенных микроорганизмов, но основную угрозу представляет вода, вторично загрязняемая микробами при нарушении герметичности водопроводной сети

В воде источников водоснабжения обнаруживаются несколько тысяч органических веществ разных химических классов и групп Органические соединения природного происхождения, а именно жизнедеятельности фитопланктона, - гуминовые вещества, различные амины, др , которые способны изменять органолептические свойства воды, оказывать пагубное влияние на здоровье человека

планктона на здоровье человека, а имеющиеся методы и средства обработки вод в условиях открытых водозаборов не являются экологически безопасными

В связи с этим важнейшей задачей является разработка мероприятий и конструктивных решений, более полно учитывающих экологические последствия обработки природных и сточных вод, с учетом их эффективности и экономической целесообразности

Объект исследования — тепломассообменное оборудование для обработки и кондиционирования воды

Предмет исследования - теплофизические и гидродинамические эффекты кавитации в процессах обработки природных и сточных вод

Основная идея работы состоит в системном использовании термодинамических процессов кавитации при обработке и кондиционировании вод различного назначения и обеспечении наилучших экологических и экономических показателей новых технологических решений на стадии проектирования очистных систем

Целью работы является создание технологии кондиционирования природных и сточных вод с использованием термодинамических эффектов кавитации

Задачи исследования

1 На основе представлений физической и коллоидной химии, физикохи-мии дисперсных систем провести анализ современного состояния теории и практики технологий водоочистки,

2 Установить теплофизические и гидродинамические факторы, влияющие на степень очистки воды,

3 Оценить качество источников водоснабжения Красноярского края с учетом влияния сложных гидротермических условий,

4 Разработать методы расчета технологического оборудования, реализующего интенсивные тепломассообменные процессы обработки воды,

5 Провести экспериментальные исследования действия теплофизических эффектов кавитации на биообъекты с целью определения эффективности применения кавитационной технологии в процессе кондиционирования природных и сточных вод в условиях открытых водозаборов

Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту:

1 С учетом термических, гидрологических и других факторов установлены закономерности динамики источников водоснабжения Красноярска и края и дана их классификация по классам и типам водопользования, выявлены гидротермические особенности функционирования и экологического состояния природно-технической системы (ПТС) на примере открытого водозабора «Гре-мячий лог»,

3 Показано, что интенсивность теплоотдачи в суперкавитационном потоке - сложная функция чисел Фруда, Рейнольдса и др и конвективная состав-

ляющая коэффициента теплоотдачи в зависимости от параметров на входе в технологический аппарат составляет от 15 до 40% общего коэффициента теплоотдачи,

4 Разработан и реализован метод расчета двухфазного суперкавитацион-ного течения в проточных (суперкавитирующие испарители) аппаратах, основанный на учете критериального уравнения для числа Нуссельта, получены новые эмпирические формулы для вычисления параметров каверны,

5 Обосновано использование термодинамических эффектов кавитации для очистки вод от фитопланктона при водоподготовке с точки зрения экологической безопасности и экономической целесообразности,

Использование результатов работы:

Методы расчета оборудования и натурные данные по открытым водозаборам использованы в ООО «Красноярский жилищно-коммунальный комплекс» при проектировании нового оборудования обработки и кондиционирования воды водозаборных сооружений открытого типа

Экспериментальные результаты по изменению теплофизических характеристик воды в результате кавитационного воздействия использованы в учебном процессе при разработке курсов лекций и курсового проектирования в Политехническом институте и Институте архитектуры и строительства Сибирского федерального университета

Практическая значимость работы заключается в том, что предложен новый способ усовершенствования гидротермодинамического процесса очистки вод от биологических примесей, который позволяет снизить экологическую нагрузку на водоисточники, что согласуется с реализацией проектов по охране и рациональному использованию природных ресурсов,

Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций основана на применении общенаучных методов исследования, базирующихся на фундаментальных законах теплофизики, гидрогазодинамики и подтверждается метрологическими характеристиками использованного оборудования и приборов, а также на сравнении экспериментальных данных с результатами расчета и данными, опубликованными в научной литературе

Апробация работы Основные результаты диссертационных исследований докладывались на Международной научной конференции «ЕЪРТТ - 2003» «Экология и безопасность жизнедеятельности промыншенно-транспортных комплексов» (Тольятти, 2003), VI Всероссийской НГЖ «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города» (Красноярск, 2005), Всероссийской НГЖ «Социальные проблемы экологии, природопользования и ресурсосбережения» (Красноярск, 2001 - 2007гг)

Публикации По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, из которых 2 статьи в периодических изданиях из перечня ВАК РФ, 1 - в сборнике научных трудов, 4 работы в материалах Международных и Всероссийских научно-технических конференций

Объем и структура работы Материалы диссертации изложены на 134 страницах основного текста, включающего 41 рисунок и 7 таблиц Работа со-

стоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 135 наименований и приложений

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы работы, определены ее цель и задачи, отражены научные результаты, их научная новизна, теоретическая значимость и практическая ценность, а также приведено краткое содержание работы

Первый раздел посвящен анализу современного состояния теории и практики технологий водоочистки В разделе дана оценка тенденции и динамики химико-биологического загрязнения реки в сложных гидрогеотермических условиях близкого расположения города Выявлены термические, гидрологические и другие факторы, определяющие степень воздействия загрязненной воды на здоровье человека Рассмотрены термодинамические аспекты гидродинамической кавитации, а также роль гидродинамической кавитации в биологии, медицине, микробиологии

Причиной загрязнения водных объектов являются промышленные и хоз-бытовые стоки Так, во многих речных системах, в том числе, в системе рек города Красноярска, отмечена тенденция увеличения концентрации ионов натрия, калия, магния, хлора, сульфат-ионов, нитрат-ионов, фосфат-ионов и др , а также содержания тяжелых металлов, радионуклидов В настоящее время следствием антропогенного пресса является нарушение в гидроэкосистемах процесса трансформации энергии, вещества и информации, ведущее к сбою функционирования внутриэкосистемных структур и связей и накоплению вещества и энергии в виде загрязнителя

При этом следует учитывать тот факт, что при традиционных технологиях кондиционирования воды нельзя добиться полной стерилизации и в воде могут оставаться единичные, сохраняющие жизнеспособность микроорганизмы, вызывающие опасные заболевания человека В периоды цветения водоема количество клеток фитопланктона достигает 150-200 млн в одном миллилитре воды Попадая на сооружения, предназначенные для отстаивания и осветления воды, планктон нарушает их нормальную работу, резко снижает производительность и увеличивает расходы воды на собственные нужды очистных сооружений Особенности накопления вредных веществ, их химические трансформации и воздействия на организмы (прямое или опосредованное при движении по экологическим цепочкам) подробно рассмотрены в работах Ю А Кириенко, Л. А Сиренко, В М Орловского, А П Казанцева, О М Коковой, С С Тимофеевой и др

Реальными практическими методами, обладающими необходимым потенциалом обеззараживания воды и прошедшими проверку на действующих крупномасштабных сооружениях водоподготовки, являются хлорирование, озонирование, обработка диоксидом хлора и УФ-облучение. Однако в настоящее время сохраняется риск возникновения заболеваний, связанных с употреблением населением питьевой воды, содержащей вирусы и простейшие Попыт-

ки повышения надежности обеззараживания воды в отношении этих микроорганизмов посредством увеличения доз хлора приводит к образованию опасных для здоровья человека хлорорганических соединений

Однако все вышеперечисленные методы имеют ряд недостатков, которые не позволяют отнести данные технологии водоочистки к экологически безопасным Характеристики технологических процессов и схем, применяемых при очистке воды, а также обоснованность выбора конкретного метода в каждом случае рассмотрены в работах Л А. Кульского, П П. Строкача, Г И Николад-зе, Д М Минца, А А Кастальского и др

Такие проблемы как накопление в воде побочных продуктов реакции при реагентных методах очистки воды или УФ-излучении возможно решить, используя тепломассообменные, термодинамические и другие эффекты, проявляющиеся в двухфазных суперкавитационных потоках Использование кавита-ционной технологии (В М Ивченко, В А Кулагин, А Ф Немчин и др ) способствует механотермолизу структур воды с появлением свободных водородных связей, диспергации и гомогенезации твердых и органических включений без образования побочных продуктов реакции, опасных для жизнедеятельности человека и высших гидробионтов

Результаты анализа литературных источников подтвердили целесообразность поставленных в работе задач

Во втором разделе сделана попытка оценки влияния гидротермодинамических факторов на процессы кавитационного испарения В частности, решалась задача определения температурного поля у границ цилиндрической каверны с гладкими границами раздела фаз, позволяющая оценить вклад конвективного теплообмена в теплоотдачу на поверхности каверны Эта задача может быть сформулирована следующим образом

уравнение неразрывности

(1)

уравнение движения

|г[у + (/ - 1К Щ + г £ - *[(2 - /)р, - (-1)'"1 Р2 ] г = 0 (2)

уравнение энергии

д2Т | Га + (/-1)атЯа 1 дТ_

ду2 |_ Я —у бу J ду '

(3)

где г, х- радиальная и осевая цилиндрическая координаты, у = Я г, Я - радиус трубы

Начальными условиями к (2)-(3) будут условия в точке отрыва потока от поверхности кавитатора при (х = 0) Граничные условия по жидкостному потоку выбираются соответственно у стенки трубы при (у = 0) и у границы каверны при (у = 8)

ГЛ Л Л ду1 дГ2 я

Р] = 0 приу = 0, = при,у = о

ду ду

Совместное решение уравнений движения (1)-(2) приводит к выражениям вида

Яе,

1 —— V Р1/

{2-К)кг Ц Д

-к(2-к)1п(1-е) }+

М3 [1-0-в)2]. А(2-И)1 У

(4)

Щ ~~ежрМ0(к - е) -/М0 ехрМ0(1 - е) х

йг

г—

¿(1~8)ехрМ0(1-е)

(5)

где

М0 =

8у

Р1 к'^ , А(2-А)(Р1-2р2)

- +

р2(1-А) р(1-А)

Яе, =4Г1-б-ГГ1, Ые2 = 2Г2(Л-8)Г2~1, и,=й, и2=5-,

К,

К*1 V■

1-А

Я 6' -8) у Яе

8 = 1-

Д' Я

8 - толщина слоя жидкости между стенкой трубы и поверхностью каверны, зависящая от степени стеснения потока и гидравлических параметров потока, у2 -опытная постоянная, определяемая из условий движения паро-газовой среды у границы каверны, зависящая от отбора пара, Ъ, - коэффициент гидравлического сопротивления, индекс «8» здесь и далее означает значение соответствующей величины на границе раздела компонент, причем

Здесь У1 — средняя скорость жидкости в кольцевом сечении, направленная вдоль поверхности каверны

Задача вычисления конвективного теплообмена на границе каверны сводится к интегрированию уравнений (3) при следующих начальных и граничных условиях

Тх = Т1о (у), Т2 = Т2(у) при х = 0, Тл = Тс(х) при у = О, Т2 = Т2р (х) при у = К, (7) Т2 = Т2Ь (х), Т2 = Т25 (х) если у = 5 (8)

индексами с, 5, о, Я — обозначены значения величин соответственно на стенке трубы на границе раздела фаз, в точке отрыва жидкости от поверхности кавита-тора и на оси потока

Сопоставляя полученный результат вычислений относительно числа Нус-сельта со значением коэффициентов, полученных при решении модели , видим, что интенсивность теплоотдачи является сложной функцией следующих комплексов

Ш = Ш[Ь\Ь1 IIрг-,¥?и111 у^д^ Iду]

Расчет показал, что конвективная составляющая коэффициента теплоотдачи в зависимости от параметров на входе в рабочий модуль СК-аппарата составляет от 15 до 40 % общего коэффициента теплоотдачи

В настоящем исследовании была сформулирована также задача отыскания профиля скоростей внутри пограничного слоя на межфазной границе каверны, которая решалась как сопряженная - для жидкой и паровой компоненты Для профиля скорости жидкости на границе каверны получено выражение

•'г

КР-И) т/я | К*-1)

к-п 2 к-п

(9)

где 41££;Я-!к

п V0'3 V1>3 V

В указанном решении учитывались экспериментальные данные, в том числе и полученные нами, по определению степени увлечения парогаза жидкой фазой Сопоставление теоретических расчетов, выполненных по формуле (9), с экспериментальными результатами профиля скорости, например, по данным Оба Р., показывает их достаточно хорошее соответствие,

В третьем разделе приведена методика экспериментального исследования, техника натурных и лабораторных биохимических исследований Описаны

экспериментальные стенды и оборудование, С целью исследования физико-химического воздействия гидродинамической кавитации на водные системы были разработаны лабораторные стснды, включающие в себя реактор с сулер-кавитиругощим винтом и проточный рабочий участок, вспомогательное и измерительное оборудование. Технические возможности стенда обеспечили исследование влияния гидродинамической кавитации в атмосфере различных газов на следующие параметры состояния воды; кисдоро до со держание, рн, наличие П2О3. В качестве изучаемого объекта использовались; вода водопроводная (отстоявшаяся, не отстоявшаяся), бидистиллят. Оценка погрешности подтвердила удовлетвори те льную точность полученных результатов.

В четвертом разделе приведены результаты натурных и модельных исследований теплофизических особенностей воздействия кавитации (на водные системы, объекты живой природы) и природ но-технической системы открытого водозабора «Гремячий лог»,

Экспериментальные данные для относительной длины и ширины каверн за кавитаторами-конусами при различных значениях чисел Фруда и кавитации (Го = 20СС) показывают, что характер изменения основных размеров каверн В при больших стеснениях потока йШи остается таким же, как и при малых < 0,1 (рисунки 1 и 2).

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1.1 1.2 число капитдции ~у

Рисунок I — Зависимость относительной длины каверны ¿к от числа кеви-тации %: — расчет ао формуле (4.1); О -Fr - 41,9; • -Fr — 37,4; C—Fr = 25,1; Ж - Fr = 21,5

Однако увеличение степени стеснения потока и уменьшение чисел Фруда приводит к увеличению чисел кавитации при которых реализуется предельная форма суперкавитационного обтекания (когда площадь миделевого сечения каверны и ее длина при данном стеснении достигают максимальной величины SK гшк, ¿шах).

Установлено, что применение известных теоретических и экспериментальных соотношений I, В = <р(d/Dn, Fr) для малых стеснений (d/Da<l), в случае

оценки размерен каверн при стеснениях, превышающих с1Юй > 0.25, приводит к значительным погрешностям (рисунок 3). Численные расчеты К, Ьрсниена, Л,Г. Гузевского и А. Н. Иванова в диапазоне стеснений потока Й'Д, < 0,2 для относительной длины каверны дают более точное согласование с экспериментальными результатами (рисунок 4).

Рисунок 2 - Зависимость относительной длины каверны Ьщ от числа кавитации %\ — £#Д)= 0,50; — расчет по формуле (10)

1.5

э ш 1

0.5

. .. \ • - • Ж* I

,-,4 . : - ' - ^ .....- • -

К " . ... .

■_..■ ■ ... ■ ■ .!

1,05 1.1 1.15

число кавитации^

Рисунок 3 - Зависимость относительной ширины каверны В от числа кавитации %: 1 - йЮр = 0,5; 2 - расчет по формуле В. А. Ланина; 3 - расчет по формуле А. П. Кулака

Путем обработки экспериментальных результатов, а также используя положения теории подобия и метод л-теоремы, получили зависимость для диапазона стеснений потока 0,025< сИОа <;0,5:

4 о."

■2 ■3 4

■fi

A 7!

0,2

0.4

число кавитации/

Рисунок 4 - Относительная длина каверны /,к как функция числа кавитации ------расчет К. Беннета ; 1 - á/D0 = Ü; 2 - d/D0 = 0,095; 3 -- d/D0 = 0,13; 4 -

rf/Д, = 0,16; 5 - d/Dg = 0,2; 6 - d'D0 = 0,23; A d/Dn - 0,29 - эксперимент (конус, p = 45°).

Вывести аналогичную зависимость для более цгирокого интервала коэффициентов стеснения потока было невозможно, т. к. отсутствовали достаточно обоснованные экспериментальные результаты. Отклонение расчетных и экспериментальных данных не превышает 15 %.'Такое расхождение измеренных и вычисленных значений L -.Дх) из-за условности самого понятия длины каверны можно считать допустимым.

В приведенных экспериментальных результатах (см. рисунки 1 и 2) влияние фазовых превращений на границе раздела фаз при определении основных размеров каверн (L, В) не учитывали. Такое упрощение правомочно, потому что в качестве рабочей жидкости использовала холодную воду (Го = 20°С) с низким давлением насыщенных паров, следовательно, массой пара можно пренебречь.

С увеличением температуры влияние тепломассообменных процессов на геометрические параметры к агитационных полостей становится существенным, Поэтому проведен соответствующий комплекс экспериментальных исследований, конечная цель которого — получить аналогичные зависимости но относительным размерам каверн (в частности, ее длины) с учетом влияния фазовых переходов на границе каверн и принудительного пароотбора (рисунок 5). Экспериментальные данные по влиянию термодинамических эффектов на размеры и форму каверн, без пароотбора как и для холодной жидкости, обобщены в виде эмпирического уравнения, позволяющего определять относительную длину каверн в диапазоне стеснений потока 0,24 < d!D» < 0,5, чисел Фру-да 7,5 < Fr < 14,5 и степени недогрева Т^/Тц жидкости на входе в камеру испарения при температурах Та- 100-120 °С:

L = 0,06 ■ х"2-fl ■ {d/D0f* ■ Fra'- - Re0,25• (Л77Г0)'

,-0,23

(И)

-Ряд1

-Ряд2

— — РядЗ

... —. ряд4

.....Рпдь

-----Ридб

■ Рпд7 • Риде о ряде о Ряд 10

Рисунок 5 — Зависимость относительной длины каверны Ьц от числа кавитации р ¿Юц-0,36; Рг = 14,5;----без пароотбора;-—*—*—■ -с пароотбо-

ром; —......- расчет по формуле (11)

О влиянии величины пароотбора на характер кавитационного обтекания можно судить из результатов, приведенных на рисунке 5. С увеличением отбора пара из каверны ее относительная длина уменьшается, а число кавитации, вычисленное по давлению в каверне, увеличивается.

Установлено, что величина пароотбора существенно влияет на перепад температур в каверне, причем с увеличением отбора пара влияние температуры не возмущенного потока на перепад температур в каверне уменьшается.

Рассмотрим теперь некоторые тепломассообмсшше характеристики СКис! 1аригелей. На рисунке 7 приведены экспериментальные зависимости удельного паросъема от числа кавитации.

Из графика видно, что экспериментально полученные величины удельного паросъема достигают в среднем 800 кг/(м2-ч) и в отдельных случаях - 1200-1300 кг/(м2*ч). По сравнению с характеристиками лучших современных испарителей (пленочного типа, мгновенного вскипания) этот параметр в2 2,5 раза выше.Такой высокий удельный паросьем с 1 м1 поверхности каверны объясняется одновременным действием многих интенсифицирующих процесс тепло-массопереиоеа факторов, однако определяющими следует- считать два из них:

в жидкости на границе с каверной вследствие ускорения потока после отрыва от кавигатора возникают «обратные» пограничные гидродинамические и тепловые слои с высокими градиентами скоростей и температур;

разрыв жидкости происходит в основном за счет растягивающих напряжений, обусловленных силами инерции при обтекании навигаторов, а не за счет процессов испарения. Поэтому при достаточно высоком пароотборе давление в каверне может быть существенно ниже равновесного, что, обусловливает высокую скорость испарения.

° 0,8 1.2 1,8 2 2, число кавитации

60 70 30 00 100 110 120 130 температура не возмущен но го потока ТО

60 70 30 90 100 110 12В 130 температура невозмущенного потока ТО

Рисунок 6 - Снижение температуры в каверне АТ в Зависимости от температуры невозмущенного потока: эксперимент авторов с пароотбором, ¿Юц= 0,24; ¡1 = 45 (я); расчет (б) и эксперимент (в) Дж. Холла

Рисунок 7 — Зависимость удельного паросъема О от числа кавитации: О - 110'С; ш-Г0= Н5°С; - Т0= 1206С; 1 -ЙЩ,-0,36; 2-ÚT/D0= 0,50

? 1200 (Ч

¥ 1000 и

I 800

1 600

>х

i 400 л

5 200

число кавитации^

Анализ экспериментальных данных но теплоотдаче при испарении жидкости в каверну показывает, что этот процесс имеет общую с процессом испарения и кипения физическую сущность и природу.

Однако учет значений физических характеристик при соответствующей температуре жидкости исключает расслоение ло температурам среды, остается лишь небольшое расслоение по степени стеснения потока, которое также несколько уменьшается в связи с использованием в качестве характерного геометрического размера диаметра кавигатора.

В результате обработки опытных данных критериальное уравнение принимает вид

Mí = 0,11 • ■ Re~°'2í. (12)

Зависимости (10)-(12) и экспериментальные данные (см, рисунки 1-7) можно непосредственно использовать для расчета СК-иепарителей и дегазаторов. С помощью такого оборудования возможно кондиционировать природные и сточные воды (опреснять, дегазировать, удалять примсси и т. п.),

С целью определения устойчивых природных характеристик воды, а также определения ее класса качества проводилась обработка результатов гидрохимических и гидробиологических исследований. Рассмотрены данные за период 1999 - 2005 гг. Были выявлены доминирующие ipyimbi водорослей, их влияние на качество воды и последствия для жизнедеятельности животных и человека: Род. Asterionella: Aserionella Formos, A.gracillima; Род. ßiatonia: Dia-toma vulgare Bory,,L)iatoma elongatum, D. Ыеша1е;Род, Fragielaria: F.crotonemis

Kitt, F capucina Desm, F intermedia Gima.,Семейство Coscinodiscaceae: Род. Melozira Ag., Melozira varians Ag, Melozira undulata (Ehr) Kiltz, M distans (Ehr) kiitz v alpígena Crun, M granulata (Ehr) Ralfs, M granulata nar Angustissima

Наибольшее развитие фитопланктона ежегодно наблюдается в период с марта по август, что объясняется особо благоприятными физико-химическими условиями, создающимися для них в это время, главными из которых являются продолжительность и интенсивность освещенности (световой режим) В этот же период наблюдаются максимумы концентраций таких веществ как ионы аммония (N), нитраты (N03), нитриты (N02), сульфаты, хлориды, фториды, железо. Для установления зависимости между данными веществами и биомассой фитопланктона были рассчитаны коэффициенты корреляции, а также проведена оценка лимитации биогенами продуцирования органического вещества фитопланктоном Оценка лимитации биогенами первичной продукции проводилась на основе гидрохимических наблюдений за содержанием аммонийного, нитритного, нитратного азота, минерального фосфора и кремния

Удельная скорость (интенсивность) первичного продуцирования OB фитопланктоном Mf является функцией температуры воды f(t), освещенности f(I), концентраций биогенных элементов, главным образом фосфора f(P), азота f(N), кремния f(Si) а также зависит от других факторов, в т ч и от концентрации загрязняющих веществ Оценка проводится только f(P), f(N), f(Si) по формулам Михаэлиса - Ментен - Моно Данная методика дает ответ на вопрос, во сколько раз недостаток того или иного биогена уменьшает Mfmax? Из расчета видно, что наибольшей лимитирующей способностью обладает фосфор рисунок 8 При увеличении количества фитопланктона на 10% наблюдается закономерное увеличение концентраций выше перечисленного ряда веществ, что представлено на рисунке 9.

лимитация первичной продукции биогенами

35 i 3

I25

I 2 5 1.6 I 1

S о,s о

.• i;-. Л

/TS / S

/ 1 - N Г

~ ж ~ i .

К т1™

- i

2001 2002 2003 годы 2004 2005

Рисунок 8 - Лимитация первичной продукции биогенами

В рамках выполнения натурных наблюдений мониторингового типа на гидрообьекте водозабора «Гремячий лог» реки Енисей был произведен анализ экологической ситуации данной природно-технической системы (ПТС) по обобщенным классификациям и типизациям водных объектов, используемых для характеристики трофности, качества воды, сапробности вод

среднегодовое мпьышенне концентрации показателей качестин поды и концелт рации

П.' Я Нк" I <>КИ.

' I ■' ■ ;.. ■, ■

Рисунок 9 - Среднегодовое повышение концентрации показателей качества воды и концентрации планктона

1994 201)0 2001 2002 2003 20« 2М5

Рисунок 10 — Изменение среднегодового количества фитопланктона

Применяемые методы не дают полной очистки от фитопланктона, следовательно невозможно говорить о 100% качестве питьевой воды по биологическим показателям. Средний ежегодный показатель очистки составляет -65,В1 %. Анализ средне годичной степени очистки от фитопланктона представлен следующей па рисунках 10 и 11.

Несмотря на то, ч то среднегодовые значения данных показателей не превышают предельно допустимых Концентраций (за исключением остаточного хлора), отмечаются максимальные концентрации ряда веществ, совпадающие с пиками развития фитопланктона.

100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

годы

□ 1999 год ■2000 год

□ 2001 год

□ 2002 год ■ 2003 год а 2004 год »2005 год

Рисунок 11 - Анализ среднегодичной степени очистки от фитопланктона

40 г

АО

-АО

■80

.¡Г

20 АО 60 ВО и, С

3953 ГМэдоотрдяо-, год

Рисунок 12 - Зависимость относительного изменения концентрации Оэ: Д0 от длительности обработки водопроводной нсотстоявшсйся воды в атмосфере газов: *-Аг; Д - N,; + -Не. Исходная концентрация кислорода в воде Со = 40 %

Л0, %

Рисунок 13 - Зависимость А0 = .Д^бр) в атмосфере воздуха С0=ЮО % 1 - бидистиллят, рНо = 5,4,2 - неотстоявшаяся водопроводная вода, рНо = 7,0

Возможности кавитационной технологии по преобразованию характеристик воды иллюстрируются рисунками 12 и 13 Под действием кавитации в водном растворе, содержащим различные инертные и активные газы, возможно осуществление разнообразных химических реакций Кавитационное инициирование этих реакций сводится к ионизации и возбуждению молекул воды, благородных и активных газов, а также к диссоциации молекул Н20 Каждый из этих процессов осуществляется за время порядка 10 14 с В связи с тем, что продолжительность конечной стадии схлопывания кавитационного пузырька составляет 10~9-10 8 с, становятся возможными процессы передачи энергии и перезарядки с участием молекул инертных газов, идущие в газовой фазе Наряду с указанными в кавитационной полости протекают реакции трансформирования радикалов с участием химически активных газов и рекомбинации радикалов за время 1(Г7—10"^ с В результате этих процессов после схлопывания кавитационного пузырька в раствор переходят продукты радикального разложения молекул Н20, обнаруженные с помощью метода спиновых ловушек, и рекомбинации радикалов, что приводит к накоплению в воде молекулярного кислорода, перекиси водорода и других соединений

Изменение рН воды в р езультате обработки в кавитационном поле происходит за счет образования различных химических соединений, выход которых зависит от режима обработки, наличия в воде примесей, ее газосодержания Разложение молекул во на радикалы Н и ОН приводит в дальнейшем к синтезу перекиси водорода, наличие которой способствует понижению рН воды На пример, кавитационное воздействие на воду в среде азота со возбуждается образованием НЬТОг и НЖ)з, повышающих кислотность системы. Существенное влияние на кислотно-щелочные свойства водного раствора оказывает

концентрация в нем С02, величина которой может изменяться в результате обработки воды в ГДК-реакторе.

Полученные экспериментальные результаты позволяют сделать следующие основные выводы

1 Обработка воды в ГДК-реакторе приводит к росту концентрации молекулярного кислорода, одним из механизмов образования которого являются химические процессы, инициируемые кавитацией и связан с разложением молекулы Н20 на радикалы в кавитационной полости,

2 При кавитационной обработке воды в условиях контакта с воздухом основным механизмом повышения ее кислородосодержания является растворение 02 в процессе кавитационного аэрирования,

3 С увеличением концентрации 02 в необработанной воде роль химического действия кавитации в процессе повышения кислородосодержания возрастает,

4. Качественное сходство в зависимости процессов образования 02 и Н202 от присутствующих газов указывает на параллельность их протекания,

5 Изменение рН водного раствора в результате его обработки в ГДК-реакторе при прочих равных условиях зависит от концентрации в растворе С02 и от газовой среды, в которой производится кавитационная обработка

а б

Рисунок 14 — Зависимость безразмерной концентрации с/с0 от числа кавитации а ~ кишечная палочка, б - золотистый стафилококк,

1-х = 30 с - 1 мин, 3-3 мин, С0- исходная концентрация

В работе также изучалось влияние кавитационной обработки на содержание кишечной палочки и золотистого стафилококка в питьевой воде Опыты проводились с клиновидным кавитатором (угол при вершине клина составлял а =20°) при температуре 20-22 °С Варьировалось число оборотов ротора в диапазоне от 2 до 10 тыс об/мин соответственно Число кавитации, подсчитанное для диаметра крыльчатке, составило 0,56-0,02, время обработки - т

Измерения проводились с помощью метода светорассеяния и электронного микроскопа Результаты эксперимента представлены на рисунке 14

Как видно из рисунка 14, характер изменения концентрации для кишечной палочки стафилококка одинаков, близки и количественные характеристики, что, видимо, объясняется примерно одинаковыми характеристиками клеток Модуль Юнга равен соответственно ~5 109 и 4 108 дин/см2, а предел прочности клеточных оболочек составляет ~106-10п дин/см2 Учтя эти данные и уровень расчетных значений при кавитационном воздействии (Р ~ 10000 атм, Т ~ 10й к/с, Т~ 2000°К, Рт ~ 108 Па), можно сделать заключение о достаточности силового воздействия для разрушения клеточного материала

В данном случае, не вдаваясь в детали процесса разрушения клеток, достаточно хорошо описанных в литературе, можно констатировать обеззараживающее действие кавитации на питьевую воду Одновременно наблюдается гомогенизация по размерам дисперсной и, в общем случае, гетерогенной фазы Полученные данные хорошо согласуются с результатом эксперимента с клетками стрептококка и дрожжевой клетки КЬул'егошусез й-а^Ьв

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проведенные в данной работе исследования позволили сделать следующие выводы и рекомендации

1 Установлены закономерности динамики источников водоснабжения Красноярска и края и дана их классификация по классам и типам водопользования с учетом термических, гидрологических и других факторов Выявлены гидротермические особенности функционирования и экологического состояния природно-технической системы (ПТС) на примере открытого водозабора «Гре-мячий лог»,

2 Найдены теплофизические и гидродинамические зависимости изменения поверхностного натяжения, электропроводности, рН среды, кислородосо-держания воды и времени их релаксации от температуры, давления, числа кавитации и времени процесса кавитационной обработки На основе обобщения экспериментальных результатов предложены новые эмпирические уравнения для расчета размеров каверн на холодной жидкости, а также с учетом тепло-массопереноса на границе каверны в условиях естественного пароотбора Предложены соотношения для оценки величины коэффициента теплоотдачи с учетом фазовых переходов Экспериментальные результаты по теплоотдаче аппроксимированы с точностью до 10% эмпирическими зависимостями,

3 Сформулированы и решены задачи определения температурного поля и профиля скоростей у границ цилиндрической каверны, позволяющие вычислять конвективную составляющую коэффициента теплоотдачи Показано, что интенсивность теплоотдачи в суперкавитационном потоке - сложная функция чисел Фруда, Рейнольдса и др и конвективная составляющая коэффициента теплоотдачи в зависимости от параметров на входе в технологический аппарат составляет от 15 до 40% общего коэффициента теплоотдачи,

4 Разработан и реализован метод расчета двухфазного суперкавитацион-ного течения в проточных (суперкавитирующие испарители) аппаратах, основанный на учете критериального уравнения для числа Нуссельта и позволяющие на стадии проектирования определять рациональные режимы работы и конструктивные параметры,

Основное содержание работы изложено в публикациях:

1 Дубровская, О. Г. Оценка экологического состояния природно-технической системы - открытого водозабора «Гремячий лог» на реке Енисей / О Г Дубровская, Г П Крючков // Экология урбанизированных территорий, 2007 -№4 -С 45-51

2. Дубровская, О. Г. Проблемы евтрофирования природно-технических гидроэкосистем / О Г Дубровская, В А Кулагин // Вестник КрасГАУ, 2007 -№2(17) -С 146-153

3. Дубровская, О. Г. Экологическая характеристика гидроэкосистем и методы экологического инжиниринга / О Г Дубровская, В М Журавлев, В А Кулагин // Вестник КГТУ Вып 28. Достижения теплоэнергетического факультета в истории развития энергетики региона - Красноярск КГТУ, 2002 -С 139—150

4 Дубровская, О. Г. Устойчивое развитие ноосферной ориентации / О Г Дубровская // Экология и безопасность жизнедеятельности промышлен-но-транспортных комплексов (ELPIT) Материалы международной научной конференции ELPIT- 2003 - Тольятти, 2003 -С 141-143

5 Дубровская, О. Г. Влияние биологаческих показателей качества воды на характеристики водозабора / О. Г. Дубровская, В. А. Кулагин // Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города1 материалы VI Всеросс НПК / Ред. В М Журавлев,В А.Кулагин -Красноярск ИПЦКГТУ, 2005 -С232-241

6 Дубровская, О. Г. Обеззараживание и кондиционирование питьевой и сточных вод /О Г Дубровская-У/ Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения Материалы Всеросс НПК / ред Б Ф Турутин -Красноярск ООО «Издательскийцентр «Платина», 2006 -Вып ХП -С 50-59

7 Дубровская, О. Г. Основные загрязнители водоисточников и их влияние на здоровье человека / О Г Дубровская // Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения Материалы Всеросс НПК / ред Б Ф Турутин - Красноярск ООО «Издательский центр «Платина», 2006 -Вып XII - С 59-67

Дубровская Ольга Геннадьевна Технология гидротермодинамической обработки природных и сточных вод с использованием эффектов кавитации

Автореф дисс на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 01 10 2007 Заказ Формат 60x90/16 Уел печ л 1,0 Тираж 100 экз Отпечатано в ИПЦ Политехнического института СФУ 660074, Красноярск, ул Киренского, 28

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Дубровская, Ольга Геннадьевна

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ПРОЦЕССАХ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОДЫ

1.1. Оценка тенденций и динамики гидрогеотермического и химико-биологического загрязнения реки в условиях близкого расположения города.

1.2. Факторы, определяющие степень воздействия загрязненной воды на здоровье человека.

1.3. Методы и средства обеззараживания воды

1.3.1. Выбор методов очистки воды на основе классификации примесей по фазово-дисперсному состоянию

1.3.2. Методы обработки воды и очистные сооружения, рекомендуемые на основе классификации

1.4. Теплофизические и технологические аспекты гидродинамической кавитации

1.4.1. Изменение физико-механических свойств жидкости при гидротермодинамическом кавитационном воздействии.

1.4.2. Роль кавитационной технологии в биологии, медицине, микробиологии.

1.5. Цели и задачи исследования.

2. РАЗВИТИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ 43 2.1. Математическая модель теплообменных процессов в проточных суперкавитирующих аппаратах на базе СК-испарителей.

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Техника натурных и лабораторных биохимических исследований

3.2. Экспериментальные стенды и оборудование.

3.2.1. Суперкавитационный миксер (эмульгатор)

3.2.2. Экспериментальный стенд для гидродинамических исследований

3.2.3. Лабораторный суперкавитационный стенд.

3.3. Методика проведения измерений.

3.4. Оценка достоверности результатов.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Влияние термодинамических параметров, стеснения потока и пароотбора на гидродинамические характеристики процесса кондиционирования воды.

4.2. Влияние гидротермических условий на ПТС на примере водозабора «Гремячий лог».

4.3. Гидротермодинамическое воздействие кавитации на водные системы

4.4. Влияние кавитационной обработки на объекты живой природы

Введение диссертация по физике, на тему "Технология гидротермодинамической обработки природных и сточных вод с использованием эффектов кавитации"

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки и внедрения в производство новых более совершенных теплофизических процессов обработки природных и сточных вод. Задачи, решаемые настоящим исследованием, являются также частью проблемы энергоресурсосбережения, или энергоэффективности производств. Их можно решить используя тепломассообмен-ные, термодинамические и другие эффекты, проявляющиеся в двухфазных су-перкавитационных потоках. Использование теплофизических и гидродинамических эффектов кавитации (кавитационной технологии) способствует механо-термолизу структур воды с появлением свободных водородных связей, диспер-гации и гомогенизации твердых и органических включений.

Красноярский край является крупнейшим промышленным регионом Восточной Сибири и Российской Федерации в целом. Здесь сконцентрированы предприятия различных отраслей промышленности: металлургической, машиностроительной, химической, деревообрабатывающей и других видов производств. Для ускоренного развития и наращивания производственных сил требуется надежное обеспечение сырьевыми ресурсами, важное место среди которых занимают ресурсы пресных вод.

Помимо этой задачи, наиболее остро стоит проблема обеспечения населения качественной питьевой водой. В последние десятилетия в результате интенсивного антропогенного воздействия заметно изменился химический состав природных (поверхностных и подземных) вод. Проблема качества питьевой воды затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования. В настоящее время питьевая вода - это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, а также инженерная и экономическая. В основе гигиенических требований к качеству воды для питьевых и бытовых нужд лежит принцип безопасности в эпидемиологическом отношении, безвредности по химическому составу и благоприятности по органолептическим свойствам.

В воде источников водоснабжения обнаруживаются несколько тысяч органических веществ разных химических классов и групп. Органические соединения природного происхождения, а именно жизнедеятельности фитопланктона, - гуминовые вещества, различные амины, др., которые способны изменять органолептические свойства воды, оказывать пагубное влияние на здоровье человека.

Анализ результатов исследований отечественных и зарубежных ученых свидетельствует о том, что до настоящего времени недостаточно полно изучены вопросы кондиционирования природных и сточных вод, влияния фитопланктона на здоровье человека, а имеющиеся методы и средства обработки вод в условиях открытых водозаборов не являются экологически безопасными.

Объект исследования - тепломассообменное оборудование для обработки и кондиционирования воды.

Предмет исследования - теплофизические и гидродинамические эффекты кавитации в процессах обработки природных и сточных вод.

Целью работы является создание технологии кондиционирования природных и сточных вод с использованием термодинамических эффектов кавитации.

Задачи исследования:

1. На основе представлений физической и коллоидной химии, физикохи-мии дисперсных систем провести анализ современного состояния теории и практики технологий водоочистки;

2. Установить теплофизические и гидродинамические факторы, влияющие на степень очистки воды;

3. Оценить качество источников водоснабжения Красноярского края с учетом влияния сложных гидротермических условий;

4. Разработать методы расчета технологического оборудования, реализующего интенсивные тепломассообменные процессы обработки воды;

5. Провести экспериментальные исследования действия теплофизических эффектов кавитации на биообъекты с целью определения эффективности применения кавитационной технологии в процессе кондиционирования природных и сточных вод в условиях открытых водозаборов.

Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту:

1. С учетом термических, гидрологических и других факторов: установлены закономерности динамики источников водоснабжения Красноярска и края и дана их классификация по классам и типам водопользования; выявлены гидротермические особенности функционирования и экологического состояния природно-технической системы (ПТС) на примере открытого водозабора «Гре-мячий лог»;

3. Показано, что интенсивность теплоотдачи в суперкавитационном потоке - сложная функция чисел Фруда, Рейнольдса и др. и конвективная составляющая коэффициента теплоотдачи в зависимости от параметров на входе в технологический аппарат составляет от 15 до 40% общего коэффициента теплоотдачи;

4. Разработан и реализован метод расчета двухфазного суперкавитацион-ного течения в проточных (суперкавитирующие испарители) аппаратах, основанный на учете критериального уравнения для числа Нуссельта; получены новые эмпирические формулы для вычисления параметров каверны;

5. Обосновано использование термодинамических эффектов кавитации для очистки вод от фитопланктона при водоподготовке с точки зрения экологической безопасности и экономической целесообразности;

Использование результатов работы:

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований докладывались на: Международной научной конференции «ELPIT - 2003» «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» (Тольятти, 2003), VI Всероссийской НПК «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города» (Красноярск, 2005), Всероссийской НПК «Социальные проблемы экологии, природопользования и ресурсосбережения» (Красноярск, 2001 - 2007гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, из которых 2 статьи в периодических изданиях из перечня ВАК РФ, 1 - в сборнике научных трудов, 4 работы в материалах Международных и Всероссийских научно-технических конференций.

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проведенные в данной работе исследования позволили сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Установлены закономерности динамики источников водоснабжения Красноярска и края и дана их классификация по классам и типам водопользования с учетом термических, гидрологических и других факторов. Выявлены гидротермические особенности функционирования и экологического состояния природно-технической системы (ПТС) на примере открытого водозабора «Гре-мячий лог»;

2. Найдены теплофизические и гидродинамические зависимости изменения поверхностного натяжения, электропроводности, рН среды, кислородосо-держания воды и времени их релаксации от температуры, давления, числа кавитации и времени процесса кавитационной обработки. На основе обобщения экспериментальных результатов предложены новые эмпирические уравнения для расчета размеров каверн на холодной жидкости, а также с учетом тепло-массопереноса на границе каверны в условиях естественного пароотбора. Предложены соотношения для оценки величины коэффициента теплоотдачи с учетом фазовых переходов. Экспериментальные результаты по теплоотдаче аппроксимированы с точностью до 10% эмпирическими зависимостями;

3. Сформулированы и решены задачи определения температурного поля и профиля скоростей у границ цилиндрической каверны, позволяющие вычислять конвективную составляющую коэффициента теплоотдачи. Показано, что интенсивность теплоотдачи в суперкавитационном потоке - сложная функция чисел Фруда, Рейнольдса и др. и конвективная составляющая коэффициента теплоотдачи в зависимости от параметров на входе в технологический аппарат составляет от 15 до 40% общего коэффициента теплоотдачи;

4. Разработан и реализован метод расчета двухфазного суперкавитационного течения в проточных (суперкавитирующие испарители) аппаратах, основанный на учете критериального уравнения для числа Нуссельта и позволяющие на стадии проектирования определять рациональные режимы работы и конструктивные параметры;

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Дубровская, Ольга Геннадьевна, Красноярск

1. А. с. № 1755906 СССР, МКИ В 01 F 5/00. Кавитационный смеситель / Кулагин В.А., Кулагина Т.А., Грищенко Е.П. (СССР). № 4760709; Заявл. 07.08.89; Опубл. 23.08.92. Бюл. № 31. 4 с.

2. Агранат Б.А. Основы физики и техники ультразвука / Б.А. Агранат, М.Н. Дубровин, Н.Н. Хавский, Г.И. Эскин. М.: Высшая школа, 1987. 352 с.

3. Айвени Р., Хэммит Ф. Численный анализ явления схлопываниякавита-ционного пузырька в вязкой сжимаемой жидкости // Теоретические основы инженерных расчетов. Сер. Д. М., 1965. Т.87. № 4. С. 140-150.

4. Алексеев Г.Н. Энергоэнтропика. М.: Знание, 1983. 192 с.

5. Аэродинамика в технологических процессах. Сектор механики неоднородных сред / Отв. ред. акад. В.В. Струминский; АН СССР. М.: Наука, 1981.247 с.

6. Батуев С.П. Снижение вредных выбросов при сжигании газа и мазута в производственно-отопительных котлах типа ДКВР // Автореф дисс. . канд. техн. наук. Л.: ЛИСИ, 1987. 20 с.

7. Биллет М., Холл Дж., Вейр Д. Корреляция термодинамических эффектов при развитой кавитации // Теорет. основы инженерных расчетов. 1981. Т. 103. №4. с. 119-156.

8. Буторин Н. В., Поддубный А. Г. Биология внутренних вод. М.: Знание, 1979.-64 с.

9. Вендров С. Л. Жизнь наших рек. Д.-. Гидрометеоиздат, 1986.112 с.

10. Воинов О. В., Воинов В. В. О схеме захлопывания кавитационного пузырька около стенки и образования кумулятивной струйки // ДАН СССР. 1976. Т. 227. № 1.С. 63-66.

11. Вронский В. А. Прикладная экология: учебное пособие. Ростов н/Д.: Изд-во «Феникс», 1996. 512 с.

12. Георгиевская Е.П. Кавитационная эрозия гребных винтов. Л.: Судостроение, 1976. 180 с.

13. Гидродинамика больших скоростей // Тр. III Всесоюзной школы-семинара по гидродинамике больших скоростей / Отв. редактор. В.А. Кулагин. Красноярск: КрПИ, 1987. 250 с.

14. Григорян С.С. Методы механики сплошных сред в исследовании дыхания и кровообращения // Современные проблемы теоретической и прикладной механики. Киев: Наукова думка, 1978. С. 258-288.

15. Губрий В. И. Исследование гидродинамических характеристик СК-решеток: Автореф. дис. канд. техн. наук. Киев, 1970. 22 с.

16. Есиков С.А., Картушинский А. В., Марченкова Т. В. Кавитационное воздействие на микроорганизмы // Вестник КГТУ. Вып. 3. Гидродинамика больших скоростей. Красноярск: КГТУ, 1996. С. 22-35.

17. Есиков С.А., Блянкинштейн И.М. Получение тонкодисперсных водо-топливных эмульсий в режиме кавитации // Вестник КГТУ. Вып. 3. Гидродинамика больших скоростей (теплоэнергетика). Красноярск: КГТУ, 1996. С. 16-22.

18. Зажигаев JI.C., Кишьян А.А., Романников Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.: Атомиздат, 1978. С. 66-68.

19. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. Л.: Наука, 1974.108 с.

20. Захаров А.А., Королев В.Л. Определение размеров частиц ультрадисперсного алмаза методами светорассеяния // Вестник КГТУ. Вып.З. Гидродинамика больших скоростей. Красноярск: КГТУ, 1996. С. 202-204.

21. Зеленухин И.Д., Зеленухин В.Д. Ключ к живой воде. Алма-Ата: Кай-нар, 1980. 103 с.

22. Зубрилов С.П. и др. Повышение эффективности использования топлива путем его кавитационной обработки // Тр. Ленингр. ин-та водн. тр-та. Вып. 175. 1982. С. 115-122.

23. Зеленухин И.Д., Зеленухин В.Д. Стимуляции продуктивности растений биологически-активной водой // Экспресс информация (Сер. 21.04. Вып. 091). Алма-Ата: ЦНТИ, 1975.20 с.

24. Зубрилов С. П. Ультразвуковая обработка воды и водных систем. Л.: Транспорт, 1973. 98 с.

25. Зубрилов С.П. Роль кислорода при ультразвуковой обработке водных дисперсий // Коллоидный журнал. Т. 36. Вып. 2.1972. С. 349-350.

26. Иванов В.М., Канторович Б.В., Ромадин В.В. и др. К вопросу об эффективном использовании высоковязких обводненных мазутов // Химия и технология топлива, 1957. № 1. С. 47-51.

27. Ивченко В. М. Гидродинамика многофазных жидкостей. Кавитация / КрПИ. Красноярск, 1980. 81 с.

28. Ивченко В. М. Элементы кавитационной технологии // Гидродинамика больших скоростей. Красноярск: КрПИ, 1982. Вып. 3. С. 3-19.

29. Ивченко В. М., Кулагин В. А., Есиков С. А., Лаврик Н. Л. Кинетика кавитационного воздействия на элементы гидротехнических сооружений и гидроэнергетического оборудования // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. Л.: Энергоатомиздат. 1987. Т. 200. С. 43-48.

30. Ивченко В.М. Кавитация и некоторые задачи гидродинамики // Исследование по прикладной гидродинамике. Киев: Наукова думка, 1965. С. 70-78.

31. Ивченко В.М., Есиков С.А. Биологические эффекты гидродинамической кавитации // Гидродинамика больших скоростей. Красноярск: КрПИ, 1989. С. 23-35.

32. Ивченко В.М., Кулагин В.А., Немчин А.Ф. Кавитационная технология / Под ред. акад. Г.В. Логвиновича. Красноярск: Изд-во КГУ, 1990. 200 с.

33. Ивченко В.М., Малимон Е.Д. Кинетика кавитационно-пузырьковых суспензий // Прикладная гидромеханика и теплофизика. Красноярск: КрПИ, 1975. С. 50-60.

34. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.

35. Исследование и разработка установки для кавитационной активации поливной воды // Отчет о НИР (заключ.) / КрПИ. Руководитель В. А. Кулагин, х/д № 245; № ГР 01860007256; Инв. № 02880029193. Красноярск, 1987. 56 с.

36. Казанцев А. П., Матковский В. С. Справочник по инфекционным болезням. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1985. - 320 с.

37. Кириенко Ю. А., Сиренко Л. А., Орловский В. М. и др. Токсины сине-зеленых водорослей и организм животного. Киев: Наукова думка. 1977.251 с.

38. Классен В.И. Омагничивание водных систем. М.: Химия, 1978. 240 с.

39. Козлов Л.Ф. Гидробионика и технические системы. Киев, 1986. 48 с. (Сер. 8. Новое в науке, технике и производстве; № 23).

40. Кожова О. М. Введение в гидробиологию: Учебное пособие. Красноярск: Изд-во КГУ, 1987. - 244 с.

41. Козлов Л.Ф. Теоретическая биогидродинамика. Киев: Вища шк., 1983.240 с.

42. Крайко А.Н., Нигматулин Р.И., Старков В.К., Стернин Л.Е. Механика многофазных потоков // Итоги науки гидромеханика. Т. 6. М.: ВНИИТИ, 1972. С. 93-174.

43. Кузнецов В.Р., Сабельников В.А. Тубулентность и горение. М.: Наука, 1986. 288 с.

44. Кузьменко М. И. Миксотрофизм синезеленых водорослей и его экологическое значение. Киев: Наукова думка, 1981. 211 с.

45. Кулагин В. А., Вильченко А. П., Кулагина Т. А. Краевая задача обтекания решетки профилей в пузырьковом потоке жидкости // Компрессорная техника и пневматика, 1999. № 3-4 (22-23). С. 42-65.

46. Кулагин В. А., Кулагина Т. А., Грищенко Е. П. Кавитационный смеситель со специальным исполнением турбулизирующих элементов // Информ. листок № 250-95. Красноярск: ЦНТИ, 1995. 4 с.

47. Кулагин В. А., Кулагина Т. А., Трошкин О. А. Гидродинамический кавитационный смеситель для биохимических исследований // Гидродинамика больших скоростей. Красноярск: КрПИ, 1992. С. 144-147.

48. Кулагин В.А. Биологические аспекты гидродинамической кавитации // Гидродинамика больших скоростей: Материалы IV Всесоюзной научной школы. Чебоксары: ЧТУ, 1989. С. 39-40.

49. Кулагин В.А. Биотехнологические процессы и роль гидродинамики в их моделировании // Вестник Ассоциации выпускников КГТУ. Красноярск: КГТУ, 1998. С. 32-40.

50. Кулагин В.А. Гидродинамические воздействия на жидкости, золи, смеси и твердые границы потоков // Вестник КГТУ. Вып.8. Красноярск: КГТУ, 1997. С. 26-43.

51. Кулагин В.А. Задачи кавитационной биомеханики // Гидродинамика больших скоростей. Красноярск: КрПИ, 1989. С. 3-12.

52. Кулагин В.А. Краевая задача сопряжения кавитационного пузырька в жидкости // Численные методы механики сплошной среды: Тез. докл. II Школы молодых ученых: Ч. 1. Красноярск: ВЦ СО АН СССР, 1989. С. 77-79.

53. Кулагин В.А. Лабораторный суперкавитационный стенд // Гидродинамика больших скоростей. Красноярск: КрПИ, 1992. С. 140-143.

54. Кулагин В.А. О «ядерной» теории возникновения кавитации и кавитационной прочности воды // Гидродинамика больших скоростей. Красноярск: КрПИ, 1985. С. 3-23.

55. Кулагин В.А. Суперкавитация в энергетике и гидротехнике: Монография. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2000. 107 с.

56. Кулагин В.А. Экспериментальная база при Красноярской ГЭС // Оптимальные гидрореактивные системы: Монография. Красноярск: Изд-во КГУ, 1985. Гл. 5. С. 166-218.

57. Кулагин В.А. Эффективный способ получения эмульсий на базе нефтепродуктов и воды // Физические проблемы экологии, природопользования и ресурсосбережения: Тезисы докл. III Международн. симпоз. Ижевск, 1997. С. 44-45.

58. Кулагин В.А., Вильченко А.П., Кулагина Т.А. Краевая задача обтекания решетки профилей в пузырьковом потоке жидкости // Компрессорная техника и пневматика. 1999. № 3-4 (22-23). С. 57-81.

59. Кулагин В.А., Вильченко А.П., Кулагина Т.А. Моделирование двухфазных суперкавитационных потоков: Монография / Под ред. В.И. Быкова. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. 187 с.

60. Кулагин В.А., Вильченко А.П., Кулагина Т.А. Моделирование двухфазных суперкавитационных потоков: Монография / Под ред. В.И. Быкова. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. 187 с.

61. Кулагин В.А., Витер В.К. Применение пузырьковых кавитационных труб для моделирования трансзвуковых течений с большими числами Рей-нольдса // Вестник Ассоциации выпускников КГТУ. Вып. 6. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2001. С. 119-123.

62. Кулагин В.А., Закревский М.П. Гидротермодинамика пузырька в жидкости II Вестник Ассоциации выпускников КГТУ. Вып. 2. Красноярск: КГТУ, 1999. С. 145-155.

63. Кулагин В.А., Захаров А.А., Королев B.JI. Гидродинамическое диспергирование ультрадисперсных материалов // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: Тезисы II Всероссийск. конф. с международн. участием. Красноярск: КГТУ, 1999. С. 145-155.

64. Кулагин В.А., Иванов В.Г. Механика капельных жидкостей: Учебное пособие. Красноярск: КПИ, 1982. 84 с.

65. Кулагин В.А., Каскевич Ю.А. Крупномасштабный стенд для кавита-ционых исследований бетонов реальной структуры // Гидродинамика больших скоростей. Красноярск: КрПИ, 1981. С. 140-147.

66. Кулагин В.А., Королев B.JI. Изучение кинетики получения ультрадисперсных алмазов с помощью вибрационной (ультразвуковой) и гидродинамической кавитации // Вестник КГТУ. Вып. 8. Красноярск: КГТУ, 1997. С. 61-66.

67. Кулагин В.А., Кулагина Т.А. Кавитационный гидродинамический эмульгатор // Гидродинамика больших скоростей: Материалы IV Всесоюзной научной школы. Чебоксары: ЧТУ, 1989. С. 40-41.

68. Кулагин В.А., Радзюк А.Ю. Гидродинамический способ и оборудование для получения высококонцентрированных водоугольных суспензий // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2002. № 1. С. 9-11.

69. Кулагин В.А., Сидоренко С.И., Шевченко Н.М. Интенсификация биотехнологических процессов при использовании водоугольных суспензий // Биотехнология и биофизика микробных популяций: Тезисы докл. Всесоюзн. НТК. Алма-Ата: ИБФ СО АН СССР, 1991. С. 43-45.

70. Кулагин В.А., Турутин Б.Ф. Матюшенко А.И. Гидрофизика: Учебное пособие. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2000.243 с.

71. Кулагин В.А., Тюкавкин В.В. Влияние кавитационной обработки питательной среды 199 на репродукцию некоторых культур клеток // Гидродинамика больших скоростей. Красноярск: КрПИ, 1989. С. 12-14.

72. Кулагин В. А. Методы и средства технологической обработки многокомпонентных сред с использованием эффектов кавитации: автореф. дисс. . д-ра техн. наук. Красноярск, ИПЦ КГТУ, 2004. 47 с.

73. Кулак А. П., Гидравлические исследования развитой кавитации в ограниченных потоках: Автореф. дис. канд. техн. наук. JL, 1979. 23 с.

74. Кульский JL А., Сиренко JI. А., Шкавро 3. Н. Фитопланктон и вода. Киев: Наукова думка, 1986. 133 с.

75. Кульский JI. А., Строкач П. П. Технология очистки природных вод. -2-е изд., перераб. и доп. Киев: Вища шк. 1986. 352 с.

76. Кульский Л. А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. 4-е изд. Перераб. и доп. - Киев: Наукова думка, 1983. 528 с.

77. Лапин В. А. Экспериментальное исследование влияние стенок на основные размеры каверн за дисками, расположенными по оси круглой трубы // Проектирование и мореходные качества промысловых судов / Тр. КТИИПиХ МРХ СССР. Калининград, 1975. Вып.59. С. 53-57.

78. Левковский Ю.Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1978. 324 с.

79. Логвинович Г.В. Гидродинамика течений со свободными границами. Киев: Наукова Думка, 1969. 209 с.

80. Маргулис М. А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция. М.: Химия, 1986. 288 с.

81. Маргулис М.А. Основы звукохимии (Химические реакции в акустических полях). М.: Высшая школа, 1984.272 с.

82. Маргулис М.Л., Диленко Ю.Т. // ЖФХ, 1980. Вып. 54. С. 1587.

83. Мачинский А. С. Термодинамический стенд для экспериментального изучения кавитационных испарителей // Хим. машиностроение: Республ. меж. вед. сб. Киев, 1981. Вып. 33. С. 18-20.

84. Меркулов В.И. Управление движением жидкости. Новосибирск: Наука, 1981. 174 с.

85. Механика многокомпонентных сред в технологических процессах. Отделение механики и процессов управления / Отв. ред. акад. В.В. Струмин-ский; АН СССР. М.: Наука, 1978. 148 с.

86. Мишуков Б. Г., Соловьева Е. А. Удаление азота и фосфора на очисных сооружениях городской канализации // Приложение к журналу «Вода и экология проблемы и решения». 2004. -12 с.

87. Научно-информационный сборник СКТБ "Дезинтегратор" // Республ. объединение "Эстколхозстрой". Таллин: Валгус. 1980. 138 с.

88. Немчин А.Ф. и др. Гидродинамические методы интенсификации процессов очистки диффузионного сока // М-во пищ. пром. СССР. ЦНИИТЭИпи-щепром. М.: 1984. 28 с. (Пищ. пром. Сер. 23. Сахарн. пром.: Обзор, информ.; Вып. 8).

89. Немчин А.Ф. Исследование характеристик суперкавитационных насосов // Дисс . канд. техн. наук. Красноярск, 1979. 300 с

90. Немчин А. Ф. Об оптимальном суперкавитирующем насосе // Гидродинамика больших скоростей / КПИ. Красноярск, 1978. Вып. 1. С. 114-115.

91. Немчин А. Ф., Мачинский А. С. И др. К расчету кавитационного опреснителя // Хим. машиностроение: Республ. меж. вед. сб. Киев, 1980. Вып 31. С. 44-48.

92. Никитин А.С. Опыт эксплуатации кавитаторов Синайского // Теплоэнергетика, 2002. № 8. С. 73-77.

93. Пикаев А.К. Импульсный радиолиз воды и водных растворов. М.: Наука, 1965.158 с.

94. Николадзе Г. И., Минц Д. М., Кастальский А. А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. М.: Высш. шк., 1984. 368 с.

95. О состоянии окружающей природной среды Красноярского края в (1996 2004) году. Ежегодный доклад / Государственный комитет по охране окружающей среды Красноярского края. - Красноярск, 2004. 222 с.

96. Отчет ИВМ СО РАН за 2004 год.

97. Первов А. Г., Телитченко JI. А. Мембранные технологии очистки воды // Экология производства. 2005. № 11. С. 70-76.

98. Петрова Н. А., Чернаенко В. М. сине-зеленые водоросли в пресных водоемах // Природа. 1993. № 8. С. 3-9.

99. Пирсол И. Кавитация. М.: Мир, 1975. 95 с.

100. Полоцкий И.Г. Химическое действие кавитации // ЖОХ, 1947. Т. 17. Вып. 6. С. 1048-1054.

101. Проблемы исследования и освоения Мирового Океана / Под ред. А.И. Вознесенского. JL: Судостроение, 1979. 408 с.

102. Родимов В.Н. Снеговая вода стимулятор роста и продуктивности животных и растений // Сельское хозяйство Сибири, 1961. № 7. С. 66.

103. Руденко М.Г, Ермолаев Г.И., Новицкий С.Г. Приготовление смазоч-но-охлаждающих жидкостей генератором кавитации // Отчет о НИР / ИЗТМ. ГР01850031432. Инв. 02840047188. Иркутск, 1985. 7 с.

104. Руденко М.Г. Кавитационное эмульгирование // Рук. депонир. в ВИНИТИ 18.01.84. № 7929. 10 с.

105. Рябов А.К., Сиренко JI.A. Искусственная аэрация природных вод. Киев: Накова думка, 1982.204 с.

106. Современная гидромеханика. Успехи и проблемы / Под ред. Дж. Бэтчелора и Г. Моффата. М.: Мир, 1984. 501 с.

107. Строкач П. П., Кульский JI. А. Практикум по технологии очистки природных вод. Минск: Вышейш. шк., 1980. 320 с.

108. Струминский В.В. Состояние механики дисперсных сред и ее приложение к технологическим процессам // Современные проблемы теоретической и прикладной мкханики. Киев: Наукова Думка, 1978. С. 245-258.

109. Тебенихин Е.Ф., Горяинов JI.A. Обработка воды для теплоэнергетических установок железнодорожного транспорта. М.: Транспорт, 1986.160 с.

110. Тимофеева С. С. Санитарно-техническая гидробиология и водная токсикология. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1986. - 128 с.

111. Уда-технология // Тезисы докладов III семинара / СКТБ "Дезинтегратор". Тамбов: РО "Эстколхозстрой", 1984. 124 с.

112. Универсальная дезинтеграторная активация // Сборник статей СКТБ "Дезинтегратор". Таллин: Валгус, 1980. 112 с.

113. Федоров М. П., Шилин М. Б., Ивашинцов Д. А. Экологический инжиниринг в гидротехнике. Санкт-Пт. 1995. 87 с.

114. Фихте Б.А., Гуревич Г.А. Дезинтеграторы клеток. М.: Наука, 1988.224 с.

115. Холл Дж., Биллет М., Вейр Д. Термодинамические эффекты при развитой кавитации // Теорет. основы инженерных расчетов. 1981. Т. 97. № 4. С. 226-234.

116. Хромов В. М., Витвицкая Т. В. И др. Структурно-функциональные характеристики фитопланктона показатели качества р. Москва // Водные ресурсы. 1991. №2. С 117-122.

117. Чжен П. Отрывные течения. М.: Мир, 1973. Т.2. 280 с.

118. Чурбанова И. Н. Микробиология: Учеб. Для вузов по спец. «Рациональное использование водных ресурсов и обезвреживание пром. стоков». М.: Высш. шк., 1987. 239 с.

119. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972. 170 с.

120. Щербатенко JI. Е., Шапиро А. С. Влияние термодинамического эффекта на кавитацию в шнековых и центробежных насосах // Хим. и нефтяное машиностроение. 1981. № 8. С. 17-20.

121. Экологический кризис города Красноярска. Цифры и факты. Проект Владимира Беседина.

122. Эрхард Ж., Сежен Ж. Планктон (состав, экология, загрязнение) / Пер. с франц. JL: Гидрометеоиздат, 1984. 255 с.

123. Esikov S. A., Ivchenko V. М., Kulagin V. A. Cavitational biomechanics and technology // Pr. Fifth National Congress on Theoretical and Applied Mechanics Varna: BIHS, 1985. V. 1. P. 20.1-20.8.

124. Kulagin V. Cavitational Biomechanic // Journal of Soviet Science and Technology. Harbin, 1991. № 4 (145). P. 832-850.

125. Prudhomme R.O., Grabar P. // Bull. Soc. Chim. biol., 1947. V. 29. P.

126. Prudhomme R.O., Guilmart Th. // J. Chim. Phys., 1957. V. 54. P. 336.

127. Отрасль промышленности Преобладающие виды загрязнителей

128. Целлюлозно-бумажный комплекс, деревообработка Органические вещества (лигнины, смолистые и жирные вещества, фенол, метилмеркаптан), аммонийный азот, сульфаты, взвешенные вещества.

129. Нефтегазодобыча Нефтепродукты, СПАВ, фенолы, аммонийный азот, сульфиды

130. Машиностроение Металлообработка Металлургия Тяжелые металлы (Pb, Cd, Hg, Ni), взвешенные вещества, цианиды, фенолы, аммонийный азот, нефтепродукты, смолы фотореагенты

131. Химическая Нефтехимическая Нефтепродукты, СПАВ, фенолы, полициклические ароматические углеводороды, бензапирен, взвесь

132. Горнодобывающая Угольная Флотореагенты, минеральные взвеси, фенолы

133. Легкая Текстильная Пищевая СПАВ, нефтепродукты, органические красители, минеральные красители, NH3 и др.

134. Водоисточники Количество водозаборных сооружений Численность населения, использующегокоммуналь- ведомствен-ных ных

135. Открытые и подрусловые водозаборы на поверхностных водоемах

136. Бассейн р. Енисей 10 17 1097630

137. Бассейн р. Чулым 2 1 1939201. Бассейн р. Кан 2 8 135340

138. Бассейн р. Подкаменная Тунгуска 2 3420

139. Бассейн р. Пясина 2 185900

140. Бассейн р. Ангара 1 2 7600

141. Непроточные водоемы (озера, пруды) нет нет нет1. Подземные водоисточники

142. Напорные и безнапорные подземные горизонты 149 801 939190

143. Грунтовые воды (шахтные и трубчатые колодцы, каптажи родников) 3177 465920

144. Поверхностные неорганизованные водоисточники

145. Поверхностные водоемы 20 21310

146. Примечание: 1. К ЗВ культурно-бытовое водопользование; 2. ! 1В - питьевое водопользование.

147. Показатели гигиенических исследований Удельный вес проб, не отвечающих санитарным требованиям по годам, %1996 1997 1998 1999 2000

148. Санитарно-химические 25,8 10,9 7,6 7,8 5,5

149. Бактериологические 23,7 14,5 14,3 24,1 33,0