Наукові основи і апаратурне оформлення перехідних процесів харчових і мікробіологічних виробництв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет харчових технологій

УДК 621.798

Спеціальність 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

НАУКОВІ ОСНОВИ І АПАРАТУРНЕ ОФОРМЛЕННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ ХАРЧОВИХ І МІКРОБІОЛОГІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ

ПІДДУБНИЙ

ВОЛОДИМИР АНТОНОВИЧ

Київ

2008

ДИСЕРТАЦІЄЮ Є РУКОПИС

Робота виконана в Національному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант доктор технічних наук, професор

Українець Анатолій Іванович,

Національний університет харчових технологій, ректор

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Буляндра Олексій Федорович, Національний університет харчових технологій, професор кафедри теплотехніки

доктор технічних наук, професор Сукманов Валерій Олександрович, Донецький національний університет економіки і торгівлі ім. Михайла Туган-Барановського, завідувач кафедри "Загальноінженерні дисципліни", директор інституту харчових виробництв

доктор технічних наук, професор

Бурдо Олег Григорович,

Одеська національна академія харчових технологій, завідувач кафедри процесів і апаратів

Захист відбудеться "_18_" __червня__ 2008 р. о 14^оо годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.02 Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68, аудиторія А-311. З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий "_12_"__травня__ 2008 р.

Вчений секретар спеціалізо- ваної вченої ради, к.т.н., доц. Кривопляс-Володіна Л.О.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Створення нових методів і обладнання для інтенсифікації процесів масообміну в двофазних і багатофазних середовищах харчових виробництв - це шлях до підвищення виходу цільових продуктів, рівня утилізації матеріальних потоків, зниження питомих енергетичних і економічних витрат, підвищення якісних показників продукції.

Актуальність проблеми зростає в умовах обмежень у використанні первинних енергоносіїв, підвищення конкуренції на ринку продукції, погіршення показників сировинних потоків, пов'язаних з загальною ситуацією і культурою землеробства та станом екології.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов'язана з Програмою Кабінету Міністрів "Україна 2010" (проект 4 "Технологічне та технічне оновлення виробництва"); держбюджетною темою Національного університету харчових технологій "Розроблення наукових основ тепломасообмінних та інших процесів харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв з метою створення високоефективних технологій та обладнання, засобів механізації і автоматизації"; договором № ДЗ/368-2007 "Розроблення технології глибокої екстракції речовин підвищеної біологічної цінності на основі вакуумних технологій для харчової промисловості" (Міністерство освіти і науки України, 2007 р., державний реєстраційний № 0107U006803); держбюджетною темою НУХТ "Розроблення новітніх способів інтенсифікації масообмінних процесів харчових технологій" (Міністерство освіти і науки України, 2008 р., державний реєстраційний № 0107U010362); господарчим договором № 44/04/58 "Розробка технології для підвищення виходу виноградного сусла (ЗАТ КЗШВ "Столичний", 2004 р.); договорами про творчу технічну співпрацю з ТОВ "Агрокомплекс Узин" (на обладнанні ВАТ Узинський цукровий завод (договір № 1/05 від 04.04.05 р.); ТОВ "Цибулівський цукровий завод" (договір № 5/05 від 01.02.05 р.); ВАТ Смілянський цукровий комбінат (договір № 3/05 від 01.03.05 р.); ВАТ "Стиролбіотех" (м. Обухів, Київської області, договір № 9/05 від 02.06.05 р.).

Автор приймав особисту участь у плануванні і проведенні лабораторних і промислових досліджень, обробці та аналізі отриманих результатів.

Мета і завдання досліджень. Метою і завданням дослідження є створення методів інтенсифікації масообмінних процесів харчових, мікробіологічних і ферментних виробництв на основі перехідних процесів.

Об'єктом дослідження є процеси масообміну, пов'язані зі створенням перехідних процесів на основі гідродинаміки газорідинних систем та флуктуацій зовнішніх тисків над ними, зниженням тисків в газонасичених СО₂ системах, динамікою транспортування рідинних і газорідинних середовищ в умовах змінних фізичних параметрів.

Предметом дослідження є взаємозв'язки між вхідними енергетичними потоками, гідродинамікою і масообміном в рідинних і газорідинних потоках.

Методи дослідження включають феноменологічні міркування, аналітичне моделювання, обчислювальні і лабораторні багатофакторні експерименти, дослідження промислового рівня. В їх основі лежать закономірності гідродинаміки, фазових переходів, теорія коливальних процесів, теорія розчинності газів, закони збереження енергії, кількості руху, спосіб Релея, принцип Ле-Шатель'є тощо.

Наукова новизна одержаних результатів. Набули подальшого розвитку уявлення, що стосуються явищ, які супроводжують масовий барботаж газової фази в рідинну, створення вертикальних циркуляційних контурів, перерозподілу енергетичних потоків, створення міжфазної поверхні.

Вперше на основі енергетичних підходів сформульовано кількісні співвідношення сорбції і десорбції газових потоків у взаємодії газової і рідинної фаз в умовах барботажних систем.

Одержано опис особливостей формування міжфазної поверхні в умовах використання диспергаційних аераційних систем з оцінкою перспектив досягнення заданих рівнів дисперсії газової фази в рідинній.

Вперше запропоновано на основі принципу "отвердіння" і з використанням способу Релея розглядати динамічне газорідинне середовище як пружне тіло, що навантажується зовнішніми силовими факторами, запропоновано розрахункові формули по визначенню приведених мас і приведених жорсткостей систем.

Розроблено модель динаміки флуктуацій зовнішніх тисків з різними законами їх впливів на рівні багатофакторних обчислювальних експериментів.

Вперше одержано математичні моделі щодо визначення енергій розсіювання взаємодіючих однонаправлених та різнонаправлених рідинних та газорідинних потоків.

Розширено уявлення і розроблено математичну модель перебігу гідродинамічного удару в газорідинних системах для випадку обмеження потоків зовнішньою оболонкою та гідравлічного удару в газорідинних реакторах.

Одержано математичні моделі динаміки транспортування рідинних і газорідинних потоків в трубопроводах змінної кривини в умовах синтезу м'яких ударів за рахунок масових сил, як факторів інтенсифікації масообміну.

Вперше одержано теоретичне підґрунтя в технологіях, що стосуються екстрактивних процесів на основі активної десатурації газонасичених середовищ в умовах різкого зниження тисків.

Практичне значення одержаних результатів. Підтверджено прогнози на можливість інтенсифікації масообміну в апаратах з масовим барботажем рідинної фази за рахунок переведення гідродинаміки в режими перехідних процесів (зміни напрямків циркуляційних контурів).

Вперше показано можливість підвищення рівня дисперсності газової фази в рідинній за рахунок кінетичної енергії газового потоку і забезпечення таким чином локалізації енергетичної зони утворення поверхні поділу фаз.

Показано перспективи використання самозасмоктувальних пристроїв з диспергаторами у вигляді подвоєного аеродинамічного профілю, в яких додатковим фактором інтенсифікації виступають дестабілізовані циркуляційні контури газорідинних середовищ.

Одержано практичні рекомендації щодо можливостей інтенсифікації масообмінних процесів у газорідинних середовищах за рахунок флуктуацій зовнішніх тисків.

Показано можливості інтенсифікації масообміну в системах транспортування рідинних і газорідинних потоків за рахунок створення режимів гідравлічних ударів та використання масових (інерційних) впливів на ділянках змінної кривини з досягненням м'яких ударів.

Одержано можливість визначати частоти власних коливань газорідинних систем і оцінювати перспективи досягнення резонансних режимів.

Запропоновано технологічні схеми до реалізації інтенсивного масообміну за рахунок десорбції розчиненого діоксиду вуглецю в умовах різкого зниження тиску.

Особистий внесок здобувача полягає у критичному аналізі матеріалів, що стосуються методів інтенсифікації масообмінних процесів на основі перехідних режимів у технологіях, що супроводжують двофазні та багатофазні середовища, гідродинаміки та її взаємозв'язків з масообміном, використання внутрішнього енергетичного потенціалу систем на прискорення технологічних процесів тощо, формулюванні задач досліджень, напрямків і методів їх розв'язання, розробці теоретичних моделей, створенні лабораторних стендів, методик апробації теоретичних розробок, розробці нових технологій промислового рівня та їх впровадження.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися на ІІІ Міжнародній конференції "Зернова індустрія-2004" в рамках Національної виставки "Хлібпром-2004", Всеукраїнській науково-методичній конференції "Нові технології навчання у вищій технічній освіті: досвід, проблеми, перспективи" (НУХТ, 2004 р.), науково-практичній конференції "Новітні технології пакування" в рамках Міжнародної виставки "ПакЕкспо-2005", ІХ Міжнародній науково-технічній конференції "Нові технології та технічні рішення в харчовій та переробній промисловості: сьогодення і перспективи" (17-19 жовтня 2005 р., НУХТ, м. Київ), науково-практичній конференції "Новітні технології пакування" в рамках Міжнародної виставки "ПакЕкспо-2006", семінарі "Новітні технології виробництва холодильного обладнання" в рамках виставки "Світ морозива та холоду-2006" (15 березня 2006 р., м. Київ), семінарі головних спеціалістів цукрових заводів "Сучасні технології цукрових виробництв" (м. Сміла, Смілянський цукрокомбінат, вересень 2006 р.), 72-й науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів (17-18 квітня 2006 р., НУХТ, м. Київ), 73-й науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів (23-24 квітня 2007 р., НУХТ, м. Київ), міжнародній виставці "Хліб, кондитерські вироби 2007" (м. Київ, вересень 2007 р.), науково-практичній конференції молодих вчених "Новітні технології пакування" (20 лютого 2008 р., м. Київ, Експоплаза), 74-й науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів (21-22 квітня 2008 р., НУХТ, м. Київ).

Продукція, розроблена на основі положень дисертації демонструвалася на виставці навчальних закладів Міністерства освіти і науки України (27-29 лютого 2008 р.), науково-технічній конференції спеціалістів цукрової промисловості України (25-27 березня 2008 р.), міжнародній виставці "Світ морозива і холоду" Міністерства аграрної політики України і асоціації "Українське морозиво і заморожені продукти" (18-21 березня 2008 р.), міжнародній виставці "Освіта та кар'єра" (11-13 квітня 2008 р.) товариства "Знання України".

Робота виконувалась в проблемній науково-дослідній лабораторії Національного університету харчових технологій.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 79 друкованих праць, у тому числі 4 монографії, 1 довідник, 1 підручник, 1 стаття у збірнику, 32 статті у фахових журналах, 9 статей у нефахових журналах, 24 патенти України, 7 тез на науково-технічних та науково-практичних конференціях.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, 7 розділів, висновків, списку використаних джерел, який містить 222 найменування.

Робота виконана на 303 сторінках машинописного тексту, містить 89 рисунків, 36 таблиць та додатки А, Б, В і Д.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначено мету досліджень, показано перспективність і наукову новизну та практичну цінність роботи.

У розділі 1 виконано огляд і критичний аналіз літературних джерел, що стосуються фізичного та термодинамічного підґрунтя процесів масообміну в двофазних та багатофазних середовищах та методів їх інтенсифікації.

Визначено основні напрямки та сформульовано сукупність завдань досліджень.

Результати огляду та аналізу літературних джерел дозволили сформулювати наступні висновки.

1. Масообмін в двофазних або багатофазних середовищах відбувається на межі поділу фаз і з цієї точки зору величина міжфазної поверхні відіграє вирішальну роль. Ступінь дисперсності газової фази в рідинній залежить від фізико-хімічних властивостей середовищ, гідродинамічного стану системи, її дисипативних властивостей, рівня і ступеня локалізації зони введення енергії, кінематичних параметрів входження в контакт газової і рідинної фаз.

2. Опір масопередаванню в газорідинних системах створюється на границі поділу фаз і складається з опору газової і рідинної прикордонних плівок. У зв'язку з цим швидкість оновлення поверхні поділу фаз має важливе значення і стосується як швидкості відносного руху бульбашок стосовно газової фази, так і загального рівня гідродинамічного стану середовища.

3. Утворення вертикальних циркуляційних контурів в газорідинних системах в умовах масового барботажу сприяє зростанню абсолютної швидкості диспергованої газової фази і приводить до зменшення утримувальної здатності середовища і міжфазної поверхні. Обмеження впливів циркуляційних контурів в умовах перехідних процесів вказує на перспективний напрямок збільшення утримувальної здатності і поверхні контактування фаз.

4. Результатом активного вертикального перемішування культуральних середовищ в апаратах мікробіологічного синтезу є дисипативне розсіювання енергії вхідного газового потоку і відповідне додаткове до мікробного синтезу нагрівання середовища. Підтримання температури середовища на оптимальному рівні потребує додаткових навантажень на систему охолодження.

5. Позитивна роль циркуляційних контурів в реакторах з масовим барботажем газової фази полягає у підвищенні рівня гомогенізації культуральних середовищ і стабілізації показників у повному об'ємі. Глибинні об'єми середовища характеризуються підвищеним рівнем масообміну по розчиненню кисню за рахунок збільшеного парціального тиску О₂ по показнику загального тиску, а також за рахунок збільшеної концентрації його в газовій фазі. Відмічене означає можливість зворотного перенесення кисню в умовах ефективних аераційних систем і активних вертикальних циркуляційних контурів.

6. В літературних джерелах відсутня інформація щодо взаємних впливів масообмінних потоків кисню і діоксиду вуглецю. Між тим останній синтезується в процесі життєдіяльності мікроорганізмів і потрапляє в рідинне середовище на молекулярному рівні. Це означає, що СО₂ є обов'язковою складовою масообмінних процесів.

7. За показником розчинності у воді і середовищах кисень переважає азот, але це стосується однакових значень парціальних тисків названих газів. За аерації середовищ повітрям (21 % кисню і 78 % азоту) перевага кисню у розчинності нівелюється і азот за цим показником переважає. В умовах відсутності споживача азоту в культуральному середовищі відбувається насичення останнього на N₂ і можливими залишаються лише флуктуації матеріальних потоків на рівні динамічної рівноваги та у зв'язку з вертикальним перемішуванням.

8. Аераційні барботажні системи мають відносно низьку ефективність у 3-5 % по вмісту кисню від загальної кількості останнього.

Підвищення цього показника шукають на шляху використання рівнооб'ємних апаратів збільшеної висоти. Такий перехід потребує збільшення рівня стискання повітря, що приводить одночасно і до зростання парціального тиску кисню. Зменшення температури культуральних середовищ також збільшує розчинність газів і рушійний фактор масоперенесення.

9. До числа перспективних засобів інтенсифікації масообміну в газорідинних системах слід віднести переведення їх в режими перехідних процесів з метою перерозподілу енергетичних потоків на користь зони утворення міжфазної поверхні, генерації пульсаційних впливів, флуктуацій зовнішніх тисків тощо.

10. Теоретичні положення в описі динаміки газорідинних систем масового барботажу потребують подальшого розвитку, в тому числі і з точки зору інтересів визначення амплітудно-частотних характеристик, як відгуку на флуктуації зовнішніх тисків. Одержання таких даних можливе на основі уявлення про газорідинне середовище як пружну систему з розподіленою масою.

11. Головною перевагою дискретно-імпульсних технологій (ДІТ) є можливість переведення оброблюваних середовищ до метастабільних станів з наступним адіабатним кипінням, явищами кавітації, гомогенізації тощо, в яких спрацьовує певний енергетичний потенціал.

Логічним продовженням дискретно-імпульсної технології у впливі на перегріте рідинне середовище є утворення паро-рідинної суміші.

Стосовно газорідинних середовищ використання пульсацій тисків здійснюється з обмеженням амплітуд, тому адіабатне кипіння не досягається. Однак наявність дискретної газової фази дозволяє оцінювати флуктуації зовнішніх тисків як перспективний фактор інтенсифікації масообміну.

12. Дискретно-імпульсні, вакуумні і екструдерні технології мають за підґрунтя можливість накопичення енергетичного потенціалу. Однак якщо в перших двох реалізація останнього здійснюється в дискретних режимах, то екструдерні технології будуються як безперервний процес. Важливо, що саме в екструдерних технологіях досягається руйнування структур оброблюваного матеріального потоку аж на клітинному рівні. Це означає можливість перенесення екструдерних технологій на ті процеси харчових галузей, в яких здійснюється підготовка сировини рослинного походження до вилучення з неї екстракційних речовин або соку.

13. Аналогом екструдерного безперервного процесу з відносно обмеженим тепловим впливом на сировину слід вважати розроблену за участю автора технологію різкого зниження тиску (ТРЗТ), енергетичне підґрунтя в якій створюється за рахунок розчинення в рідинній фазі діоксиду вуглецю за підвищеного тиску. Різке зниження останнього приводить до порушення рівноваги в системі "рідина - газова фаза", активної десорбції останньої, руйнування міжклітинних і клітинних структур.

14. Поєднання ТРЗТ, вакуумних технологій та процесів осмомолекулярної дифузії дають підстави на одержання нових за характеристиками соків, сиропів, напоїв, овочевих похідних у вигляді салатів тощо як продуктів подовжених термінів зберігання.

15. Технології різкого зниження тисків на основі використання діоксиду вуглецю як енергоносія мають перспективи впровадження у соковидобувну галузь, цукрову промисловість, виноробну, пивоварну, олієжирову галузі тощо.

У розділі 2 наведено методики теоретичних і експериментальних досліджень, сформульовано припущення і гіпотези, покладені в основу аналітичних моделей.

Коло питань, що стосувалися теоретичних і експериментальних досліджень, визначено наступним переліком:

- гідродинаміка барботажного газорідинного шару на прикладі культуральних середовищ для вирощування мікроорганізмів;

- матеріальні потоки масообмінних процесів в технологіях вирощування (біосинтезу) мікроорганізмів;

- енергетичні аспекти утворення міжфазної поверхні в умовах барботажу та примусового диспергування газової фази в рідинне середовище;

- гідродинаміка перехідних процесів в барботажних та диспергувальних пристроях апаратів для вирощування мікроорганізмів;

- гіпотеза про ізотропність газорідинного середовища і відповідність його поняттю пружного тіла;

- гідродинаміка газорідинних середовищ в умовах флуктуацій зовнішніх тисків як чинників дискретно-імпульсних технологій;

- гідродинаміка рідинних і газорідинних потоків та інтенсифікація масообміну за рахунок масових сил (сил інерції), що утворюються в умовах траєкторій потоків змінної кривини;

- десорбція діоксиду вуглецю з газонасичених біологічних середовищ в умовах різкого падіння тиску з переведенням їх до метастабільного стану;

- деструкційні впливи на структуру сировини рослинного походження за рахунок активної десорбції з неї розчиненого діоксиду вуглецю;

- інтенсифікація масообміну в середовищах, що підлягають обробці технологіями різкої зміни тисків і десорбції розчиненого діоксиду вуглецю.

Дослідження в частині, що стосується взаємозв'язків між гідродинамікою, енергетичними потенціалами і масообміном в двофазних середовищах ґрунтувалися на наступних припущеннях:

- вважається, що загальна швидкість газової фази в умовах масового барботажу визначається у відповідності з принципом суперпозиції;

- вважається, що розчинність у культуральних середовищах таких газів, як азот і кисень витримується в рамках закону Генрі;

- прийнято, що парціальні тиски азоту і кисню у складі повітря співвідносяться як їх масові долі, тобто 78 та 21 %;

- прийнято, що параметри газового диспергованого середовища підлягають дії законів термодинаміки;

- вважається, що середня розчинність газів у рідинному середовищі визначається як середньоарифметична величина від максимального і мінімального значень, пов'язаних з рівнем гідростатичного тиску;

- вважається, що енергія вхідного газового потоку розподіляється на створення міжфазної поверхні, кінетичної енергії перемішування середовища, потенціальної енергії газорідинного шару в потенціальному полі сил тяжіння, потенціальної енергії розчинених газів.

Визначення параметрів масообміну пов'язане з інформацією щодо рушійних факторів. Константи насичення водних розчинів на кисень і азот, як відомо, визначаються через константи Генрі. Оскільки стосовно неідеальних газів закон Генрі має відступ від лінійного характеру, то запланована і виконана перевірка на лінійний характер в межах тисків, передбачуваних у своїй дії на газорідинні середовища.

Кількісне співвідношення перерозподілу вхідного енергетичного потоку газової фази вказує на явну перевагу витрат, пов'язаних зі створенням вертикальних циркуляційних контурів. На основі принципу суперпозиції зроблено висновок про рівність рушійних Архимедових сил і сил опору середовищ. Рушійний фактор прикладається до газової фази, а її стабілізована в газорідинному середовищі швидкість вказує на рівність фактора рушійних сил і фактора сил опору середовища. З врахуванням положення про рівність дії і протидії приходимо до висновку про можливість визначення потужності рідинних циркуляційних контурів.

Перехідний процес створення газорідинної суміші починається від моменту початку барботажу і до моменту виходу газової фази на поверхню. При цьому має місце нерівномірний розподіл утримуваної газової фази по висоті, пов'язаний з гідростатичним тиском. Оскільки динаміка прирощення об'єму газорідинної суміші визначається співвідношенням рушійних сил, сил опору та сил інерції системи, то це означає, що саме в режимі перехідного процесу можливе досягнення максимальної утримувальної здатності.

У зв'язку з цим для створення математичної моделі у вигляді рівняння руху маси рідинної фази, що залишається без газової фази, здійснено визначення утримувальної здатності, як функції термодинамічних параметрів, відносної швидкості газової фази та координати точки поділу газованої та негазованої частин загального об'єму середовища.

Моменту завершення перехідного процесу відповідає найбільший рівень потенціальної енергії набухлого середовища і найбільший рівень стискання газової фази за рахунок інерційної складової навантаження. Оскільки збільшення тиску супроводжується зростанням парціальних тисків газів, то перехідні гідродинамічні процеси супроводжуються збільшенням рушійного фактора масопередачі.

В роботі прийнято рівень енергетичного потенціалу розчинених азоту і діоксиду вуглецю визначати добутком їх об'ємів (у перерахунку на нормальні умови) на тиск рідинної фази на відмітці координати її центру тяжіння.

Визначення енергії створення міжфазної поверхні ґрунтується на фізичній суті такого поняття, як поверхневий натяг. Процес утворення вказаної поверхні відбувається в умовах, близьких до ізотермічних, а перехід до швидкості утворення міжфазної поверхні визначає його потужність.

За відомих даних щодо секундних витрат газового потоку і бажаного рівня дисперсності газової фази визначається швидкість генерації поверхні поділу фаз, а з врахуванням поверхневого натягу - потрібна потужність енергетичного потоку для її реалізації.

Оскільки важливими чинниками системи є утримувальна здатність по газовій фазі і рівень дисперсності останньої, то додаткове енерговведення на рівні флуктуацій зовнішніх тисків означає точні локалізовані впливи, рівень яких визначається на основі процесів ізотермічного або адіабатного стискання (розширення). Наявність таких даних дає можливість визначення часу перехідних процесів. Флуктуація тисків у газорідинних середовищах має своїм наслідком змінні за напрямком потоки масообміну по азоту на межі поділу фаз. Оцінка динаміки перебігу таких процесів здійснюється на основі лінійних диференціальних рівнянь процесу, які доповнюються закономірностями зміни парціальних тисків (і сталих насичення). Кінцевим результатом розв'язання таких рівнянь є визначення швидкості сорбції (десорбції) азоту та оцінка енергетичного потенціалу цього процесу. В математичних моделях напрямок масообмінного потоку по кисню програмується як односпрямований від газової фази до рідинної, потік по азоту може з ним збігатися або бути протилежним, тоді як потік по діоксиду вуглецю має обов'язково зворотний напрямок. Кількісна оцінка величини матеріального потоку СО₂ і його енергетичний потенціал здійснювалися за методикою, аналогічною щодо масообмінних потоків по азоту.

Енергетичні впливи явищ коалісценсії знайшли визначення на основі порівнянь питомої енергії утворення поверхні, віднесеної до об'єму бульбашок і з врахуванням Лапласівської складової тиску. На основі встановлення співвідношень енергетичних параметрів, пов'язаних з явищами коалісценсії, здійснюється перехід до визначення впливу швидкості контактування фаз на рівень дисперсності газової фази.

Подальший розвиток моделювання перехідних процесів пов'язувався з фізичним уявленням про динамічний газорідинний шар, як про пружне тіло, що складається з нестискуваної рідинної і стискуваної газової фаз.

Таким чином, в умовах швидкоплинних флуктуацій зовнішніх тисків саме газова фаза відіграє роль пружної складової, завдяки якій газорідинне середовище може вважатися метапружним. Газова фаза розподілена по об'єму рідинної і її масою у порівнянні з масою рідинної можливо знехтувати. У зв'язку з цим маса рідинної розподіленої фази за способом Релея в еквівалентній схемі визначається як приведена. Термодинамічні співвідношення стосовно газової фази дозволяють визначити її об'ємну деформацію, що є підґрунтям до визначення жорсткості системи. Наявність стабілізованих гідродинамічних параметрів газорідинних систем дає підстави вважати їх метастабільними, а з врахуванням таких характеристик, як приведена маса і жорсткість здійснюється перехід до одномасової еквівалентної коливальної системи - моделі реального об'єкта. Рушійний фактор в ній визначається добутком зовнішнього тиску на площу поперечного перерізу реактора, а протидіючою силою в деформації газорідинного середовища виступають пружні сили і сили внутрішнього тертя. Одержана модель дозволяє відслідковувати впливи різних законів зміни зовнішніх тисків на динаміку внутрішніх тисків системи за використання в якості аналітичних моделей диференціальних рівнянь руху другого порядку. для уточнення ролі окремих факторів системи здійснено планування і постановку обчислювальних експериментів з одержанням відповідних рівнянь регресій.

Моделювання гідродинаміки в герметизованих потоках стосувалося використання масових сил для інтенсифікації масообміну. Для досягнення позитивних впливів запропоновано використання ділянок трас з радіусами змінної кривини, що генерує відцентрові сили різної величини або різної величини і напрямку, у тому числі і режими м'яких динамічних ударів. При цьому комбінації миттєвих змін сил інерції і їх абсолютних значень можуть бути різними і такими, що на порядок і більше перевищують сили тяжіння.

Ударні явища також супроводжують взаємодію потоків при їх змішуванні. В основу цієї частини досліджень покладено принцип Даламбера, закон збереження кількості руху, закон збереження енергії, теорема Ейлера про зміну головного вектора кількостей руху системи матеріальних точок, теорема Жуковського щодо визначення тисків в системах у режимах гідравлічних ударів, спосіб Релея. Результати теоретичних досліджень цієї частини перенесено також на реактори з організованими циркуляційними контурами газорідинних систем.

Методика експериментальних досліджень, опис лабораторних стендів та результати обробки досліджень стосувалися оцінки впливів масових сил на інтенсивність розчинення діоксиду вуглецю у воді для випадку синусоїдальної форми траси масообмінної ділянки (рис. 1).

Довжина гнучкої масообмінної ділянки складала 2,5 м, а надання їй різної форми здійснювалася за рахунок фіксації її на жорсткій основі.

Порівняльні дослідження виконувалися в умовах організованих безперервних і синхронізованих потоків. Кінцевий результат фіксувався в залежності досягнутої концентрації діоксиду вуглецю с_ф від швидкості газорідинної суміші за стабілізованого тиску і часу процесу.

Графічне узагальнення результатів наведено на рис. 2 та 3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема експериментального стенду до оцінки впливів ма-сових сил на інтенсивність масообміну: 1 - ділянка підве-дення води; 2 - ділянка підведення газової фази; 3 - рота-метр РС-5 для виміру потоку води; 4 - ротаметр РС-3А для виміру потоку СО2; 5 - балон з діоксидом вуглецю; 6 - жорстка основа гнучкої ділянки масообмінного трубопро-воду; 7 - гнучкий масообмінний трубопровід; 8 - фіксатори трубопроводу; 9 - приймальний резервуар газонасиченої води; 10 - манометр; 11 - клапан-регулятор тиску; 12 - кран для відбору проби; 13 - запірна арматура

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Графік залежності плинної кон-центрації сф від швидкості тран-спортування потоку газорідин-ної суміші для: 1 - прямоліній-ної ділянки; 2 - масообмінної ді-лянки з формою траси у вигляді півкола; 3 - масообмінної ділян-ки з трасою у формі синусоїди для випадку вертикальної орієн-тації криволінійних трас

Рис. 3. Графік залежності плинної кон-центрації сф від швидкості тран-спортування потоку газорідин-ної суміші в умовах горизон-тальної орієнтації криволінійних трас для: 1 - прямолінійної ді-лянки; 2 - масообмінної ділян-ки з формою траси у вигляді півкола; 3 - синусоїдальної тра-си масообмінної ділянки

Цією ж групою досліджень визначено вплив різниці Дw швидкостей входження в контакт рідинної і газової фаз (табл. 1 та рис. 4).

Спадаючий характер залежностей вказує на те, що зі зростанням швидкості w фактор інтенсифікації масообміну, пов'язаний з нею переважає аналогічний показник від перепаду швидкостей Дw.

На рівні лабораторних досліджень виконана оцінка впливів швидкості контактування фаз на масообмінні процеси по розчиненню діоксиду вуглецю у воді (рис. 5).

Розділ 3 присвячено вивченню перехідних процесів і масообміну в газорідинних середовищах. До числа задач цього розділу віднесено наступне:

- поглиблений аналіз процесів масопередавання в системі "газ - рідина" з метою уточнення можливостей факторів впливу в напрямку їх інтенсифікації;

- визначення констант Генрі в одиницях об'ємної і масової розчинності азоту і кисню стосовно рідинних середовищ;

- встановлення універсального критерію оцінки рівня гідродинамічного стану культуральних середовищ і його зв'язків з оцінкою ефективності аераційних систем;

- встановлення енергетичного балансу газорідинних систем;

Таблиця 1

Характеристики масообміну у випадках вертикальної орієнтації трас масообмінних ділянок

w, м/с	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5
Синусоїдальна форма траси
, г/л	2,8	2,95	3,1	3,35	3,6	3,85	4	4	4
	2,75	1,91	1,52	1,32	1,17	1,08	0,978	0,857	0,782
Форма траси у вигляді півкіл
, г/л	2,5	2,6	2,7	2,9	3,1	3,4	3,6	3,9	4
	2,45	1,68	1,32	1,14	1	0,96	0,88	0,835	0,782
Прямолінійна форма траси
, г/л	1,2	1,25	1,3	1,32	1,35	1,4	1,45	1,5	1,52
	1,15	0,81	0,66	0,52	0,44	0,39	0,35	0,32	0,3
, м/c	1,02	1,545	2,045	2,54	3,07	3,56	4,09	4,67	5,11

- розробка методів цільового використання кінетичної і потенціальної енергії газорідинних систем на інтенсифікацію процесів обміну.

Визначення параметрів і оцінка можливостей аераційних систем має у своїй основі матеріальний баланс по кисню. Щодо останнього має місце безперервна доставка О₂ за рахунок аерації і безперервне споживання кисню мікроорганізмами. Таким чином у своїй сукупності слід було б розглядати трифазну систему "газ - рідинне середовище - мікроорганізми", яка має комбінований опір масопередаванню на границях поділу фаз. Однак за рахунок того, що розміри мікроорганізмів на три порядки відрізняються від характерних параметрів газорідинної системи, це забезпечує їм безперечну перевагу за показником поверхні масопередавання у тому ж співвідношенні.

У зв'язку з цим лімітуючим є процес масопередавання на границі поділу газової і рідинної фаз, де має місце як дифузійне, так і конвективне масопередавання.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ситуація суттєво ускладнюється тим, що кисень є малорозчинним газом.

З відомого рівняння, що характеризує масообмін,

, (1)

де - швидкість розчинення кисню; k - коефіцієнт масопередавання; с_н - стала насичення середовища киснем; с_ф - плинна концентрація кисню, можливо вказати такі шляхи інтенсифікації:

- зростання рівня гідродинаміки газорідинної суміші за рахунок введення енергії перемішування, накладання пульсацій, використання дискретно-імпульсних впливів, цілеспрямованих комбінацій фізико-хімічних параметрів рідинного середовища тощо;

- збільшення поверхні масопередавання, що досягається збільшенням рівня аерації, розподілом газових потоків по перерізу реакторів, використанням диспергаторів газової фази, обмеженням вертикальних циркуляційних контурів;

- збільшення сталої насичення середовища с_н розчиненим киснем за рахунок збільшення тиску в системі або зниження температури.

Культуральні середовища в процесах мікробного синтезу суттєво відрізняються за своїм хімічним складом, фізико-хімічними, теплофізичними характеристиками, рівнем накопиченої біомаси як в загальних підходах до різних технологій, так і стосовно плинних характеристик в одному процесі. Тому мають певні варіації і константи насичення середовищ киснем с_н, однак вони достатньо близькі до відповідних показників їх для води. У зв'язку з цим та відсутністю інших даних скористаємося значеннями с_н для води, як у першому наближенні.

Виконані розрахунки по значенням констант Генрі для азоту і кисню узагальнені даними табл. 2, а значення масових розчинностей відповідних газів - у табл. 3.



Таблиця 2

Значення констант Генрі k_н з розмірністю кг/(м³·МПа)

Газ	Температура, °С
	0	5	10	15	20	25	30	40
Азот	0,294	0,261	0,233	0,21	0,193	0,179	0,168	0,148
Кисень	0,699	0,613	0,543	0,487	0,443	0,404	0,373	0,298

Таблиця 3

Значення масових розчинностей газів у воді (кг/м³) при парціальних тисках азоту Р = 0,078 і кисню Р = 0,021 МПа

Газ	Температура, °С
	0	5	10	15	20	25	30	40
Азот	0,0229	0,0204	0,0182	0,0164	0,0151	0,014	0,0131	0,0115
Кисень	0,0147	0,0129	0,0114	0,0102	0,0093	0,00848	0,00783	0,00626

Виконані у цій частині дисертації дослідження дозволили сформулювати наступні узагальнення:

- за однакових парціальних тисків кисень має помітно більшу розчинність ніж азот, однак за рахунок переваги азоту за показником парціального тиску в повітрі у 3,7 рази розчинність кисню суттєво поступається;

- збільшення висоти шару рідинної фази і відповідно тиску в системі приводить до зростання середньої сталої насичення с_н і рушійного фактору масопередавання в цілому;

- зниження температури культуральних середовищ підвищує розчинність газів і одночасно обмежує приріст біомаси за одиницю часу. Поєднати різнопланові інтереси можна за рахунок збільшення концентрації біомаси;

- за значень тисків, з якими працюють апарати мікробного синтезу лінійний характер закону Генрі зберігається;

- вертикальна циркуляція газорідинної суміші за показником сталої насичення має подвійний вплив, оскільки дестабілізація параметрів в системі

Размещено на http://www.allbest.ru/

просторових координат приводить до поновлюваних перехідних процесів. Одночасно висока швидкість споживання кисню практично обмежує наближення плинної концентрації с_ф до с_н, що нівелює впливи вертикального перемішування.

З точки зору інтересів масопередавання вирішальне значення мають енергетичні показники газорідинної системи. Енергетичне забезпечення систем досягається за рахунок подавання стиснутого повітря в умовах барботажних систем аерації або за рахунок додаткового перемішування, диспергаторів, самозасмоктуючих пристроїв тощо.

Схему до структури енергетичних потоків наведено на рис. 6.

У відповідності з нею вхідний енергетичний потік витрачається на енергію створення міжфазної поверхні, потенціальну енергію газорідинного шару, кінетичну енергію перемішування середовища та енергетичний потенціал розчинених газів.

В перехідному процесі від початку аерації вертикальні циркуляційні контури відсутні (рис. 7), а величина газоутримувальної здатності визначається за формулою

, (2)

де М - масові витрати газу, кг/с; R - універсальна газова стала, для повітря R = 287 Дж/(кг·К); Т - абсолютна температура газової фази; Р₀ - тиск над об'ємом газорідинного середовища; Н_заг - загальна висота газорідинного шару, х - плинна координата перерізу; w - відносна швидкість газової фази.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Потенціальна енергія рідинного шару до аерації складає

, (3)

а для газорідинної суміші маємо

, (4)

де m_рід і m_сум -

відповідно маси рідинної фази і газорідинної суміші; g - прискорення вільного падіння; Н_рід та Н_заг - відповідно висоти рідинного і газорідинного шару.

Зміна рівня потенціальної енергії за час перехідного процесу складає

. (5)

Визначення потужності деформації газорідинного шару потребує інформації про час перебігу цього процесу. Підґрунтям у визначенні силових і кінематичних параметрів набухання шару у перехідному процесі є рівняння руху

. (6)

Його початкові умови: .

Енергетичний потенціал розчиненого азоту

, (7)

де V_рід - об'єм рідинної фази; с_н(с) - середня стала насичення по азоту; Р_с - середній для системи тиск.

Оцінка рівня кінетичної енергії досягалася на основі наступних міркувань. Оскільки відносна швидкість газових бульбашок є стабілізованою, то це означає рівність рушійних Архимедових сил і сил опору середовища. Сумарна Архимедова сила визначається через утримувальну здатність

. (8)

У відповідності з принципом суперпозиції середня швидкість переміщення рідинної фази у циркуляційних контурах визначається різницею абсолютної швидкості газової фази і відносної швидкості

.

При цьому абсолютна швидкість газової фази визначається методами гідродинаміки двофазних середовищ. За вказаних співвідношень потужність циркуляційних контурів складає

. (9)

Енергія ізотермічного утворення одиниці поверхні на границі з іншою фазою визначається через величину поверхневого натягу у. Тоді стосовно поверхні S маємо:

, (10)

а перехід до швидкості утворення поверхні поділу фаз ds/dt дозволяє оцінити потужність цього процесу

. (11)

Зазначені співвідношення дають можливість перейти до визначення рівня дисперсності газової фази у зв'язку з енергетичним забезпеченням цього процесу.

Одержано залежності, що характеризують особливості гідродинаміки і масообміну в апаратах-диспергаторах, інтенсивність аерації, питому потужність енергетичних потоків перемішування. Розроблено теоретичні моделі стосовно впливів флуктуацій зовнішніх тисків на газоутримувальну

Размещено на http://www.allbest.ru/

здатність з оцінкою роботи зміни цього параметру за ізотермічних і адіабатних умов.

Встановлено співвідношення між сорбцією (десорбцією) азоту і діоксиду вуглецю та енергетичними потенціалами цих процесів:

, (12)

де k - коефіцієнт масопередачі; k_н - константа Генрі; - початкова кількість розчиненої газової фази; t_(к) - кінцевий час процесу.

Остання формула відображує потужність енергетичного впливу в умовах програмованих флуктуацій по тиску від початкового Р_(п) до кінцевого значення Р_(к). Зі змінами тиску ДР напрямок масопередавання може змінюватися. Крім потоків масопередачі кисню і азоту мають місце потоки діоксиду вуглецю і водяної пари (Н₂О). Схема спряжених потоків в системі "бульбашка - рідинна фаза" наведена на рис. 8.

Потужність енергетичного впливу десорбції СО₂ визначається залежністю

, (13)

де k_v - об'ємний коефіцієнт масопередачі.

Розрахунки показують, що енергетичні впливи по сорбції кисню і десорбції діоксиду вуглецю мають однакові порядки.

Оцінка енергетичних впливів явищ коалісценсії бульбашок газової фази здійснювалася на порівнянні питомих енергетичних характеристик. Так енергія E утворення міжфазної поверхні бульбашки діаметром d віднесена до об'єму дає наступне співвідношення:

, (14)

а складова Лапласівського тиску -

Р_л = 4у/d.

Звідси видно, що енергія формозміни бульбашок наростає швидше, ніж Лапласівський тиск зі зменшенням діаметра. За коалісценсії бульбашок n співвідношення енергій до і після має вид:

. (15)

Таким чином, явище коалісценсії пов'язано з переходом потенціальної енергії поверхні поділу фаз у кінетичну енергію середовища. Ця додаткова турбулізація середовища збільшує коефіцієнт масопередачі, але одночасно зменшується поверхня поділу фаз.

Порівняння сукупності енергетичних впливів з енергією утворення міжфазної поверхні вказує на доцільність локалізації енерговведення в зону такого утворення за рахунок підвищення швидкості контактування газового потоку з рідинною фазою.

Розділ 4 присвячений моделюванню гідродинаміки барботажних газорідинних систем в умовах флуктуацій зовнішніх тисків. Завданням цього розділу було поглиблене вивчення ефектів інтенсифікації масообміну в режимах перехідних процесів.

Газорідинний динамічний шар за усталеного режиму аерації має стабілізованою таку характеристику, як газоутримувальна здатність. Це дає підстави вважати його метапружним і таким, до якого можна застосувати методи опору матеріалів і динаміки матеріальних систем. Оскільки флуктуації зовнішніх тисків приводять до деформації газової фази, то через співвідношення силової дії і деформації визначається жорсткість системи

, (16)

Размещено на http://www.allbest.ru/

де Р₁ і Р₂ - відповідно початковий і кінцевий тиски; F - площа поперечного перерізу апарата; u₁ - початкова газоутримувальна здатність.

На основі способу Релея визначено приведену масу рідинної фази

. (17)

В результаті модель реального об'єкту у вигляді газорідинної системи представляємо у формі, наведеній на рис. 9.

Аналітична модель системи без врахування її дисипативних властивостей у загальному випадку представлена у формі

. (18)

Якщо Р = const діє на якомусь проміжку часу, то за початкових умов

t_(п) = 0, х_(п) = m_прg/c, ,

одержуємо розв'язання

. (19)

Відгуком системи на деформацію газорідинного шару х є зміна тиску в ньому. При цьому на рівні обраної моделі застосуємо таке поняття, як пружна реакція системи Р_пр

, (20)

а перехід до внутрішнього тиску має вид\

. (21)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одержана модель дозволяє встановити частоту власних кругових коливань системи

. (22)

Фазі розширення середовища може відповідати рівняння другого етапу:

. (23)

з початковими умовами:

.

Врахування сил внутрішнього тертя приводить до форми

, (24)

де в - узагальнений коефіцієнт тертя.

Вид розв'язання останньої умови залежить від коренів характеристичного рівняння

. (25)

Розроблені моделі дають можливість визначати амплітудно-частотні характеристики і орієнтуватися у виборі параметрів зовнішніх впливів. Досягнення законів Р₂ = Р₂(t) в значній мірі залежить від об'єму газової фази і технічного забезпечення процесу. Так реалізація пульсуючого закону з миттєвою зміною тиску потребує обмежених значень газових об'ємів, тоді як лінійні закони , де - коефіцієнт пропорційності, реалізуються суттєво простіше (рис. 10).

На першому етапі зміни тиску:

Р₂ = k_рt; , (26)

а на другому -

, (27)

де t - плинний час.

На першому етапі рівняння руху приведеної маси

дозволяє за початкових умов

одержати

; (28)

.

Внутрішній тиск на першому етапі

. (29)

Для другого етапу одержуємо

; (30)

(31)

Кінцеве значення тиску на момент завершення другого етапу

За довільного часу перебігу першого і другого етапів можливим є виникнення коливальних процесів як по кінематичним, так і динамічним параметрам. При цьому інтерес щодо екстремумів є подвійним. По-перше, зміни тисків означають зміни гідродинамічного стану середовища, а, по-друге, важливе значення можуть мати і нижні значення тисків у зв'язку з можливістю переходу рідинної фази у метастабільний стан.

За синусоїдального зовнішнього впливу одержуємо рівняння руху

, (34)

де щ - частота зовнішніх впливів.

Остання умова має розв'язання у явному вигляді, що дає можливість аналізу процесу.

Для поглибленої оцінки впливів окремих факторів здійснено планування і постановку обчислювальних експериментів. Стосовно апаратів промислового рівня до числа параметрів впливу відносяться закони зміни тиску, геометричні параметри, газоутримувальна здатність середовищ, маса рідинної фази, дисипативні параметри. З цього переліку визначено групу параметрів, які вважаються стабілізованими. З точки зору інтересів масообміну принципове значення має швидкість оновлення поверхні поділу фаз, однією з складових якої виступає швидкість коливальних процесів газорідинної системи. Проте, уточнюючи фізичну суть, слід говорити про швидкість зміни силового впливу на систему. За лінійних законів така швидкість є сталою і залежить від максимального значення і часу перебігу. Саме тому час перехідного процесу може розглядатися, як параметр впливу на систему. До числа важливих параметрів слід також віднести газоутримувальну здатність. Інші параметри вважаємо стабілізованими. На цій основі здійснено постановку трифакторного обчислювального експерименту, дані щодо якого наведено у табл. 4 та 5.

Таблиця 4

Характеристика параметрів трифакторного експерименту

Величина	Фактори
	Максимальний тиск, Па	Час перебігу, с	Газоутримуваль- на здатність, м3
Кодове позначення фактора	z1	z2	z3
Основний рівень	0,125 · 106	3,0	30
Інтервал варіювання	0,015 · 106	2,0	10
Нижній рівень zi н	0,11 · 106	1,0	20
Верхній рівень zi в	0,14 · 106	5,0	40

Таблиця 5

Матриця планування трифакторного експерименту і

значення функцій відгуку

№ досліду	Фактори	Максимальні значення функцій відгуку
	z0	z1	z2	z3	хmax, м		Р, Па
1	+	-	-	-	0,09372	0,00323	1,134·105
2	+	+	-	-	0,1	0,00322	1,21·105
3	+	-	+	-	0,31	0,16	1,5·105
4	+	+	+	-	0,31	0,0314	1,51·105
5	+	-	-	+	0,201	0,032	1,22·105
6	+	+	-	+	0,201	0,0064	1,21·105
7	+	-	+	+	0,61	0,31	1,5·105
8	+	+	+	+	0,62	0,062	1,51·105

Повний факторний експеримент відповідав постановці 8 дослідів з відповідним перебором максимумів та мінімумів факторів. Інші стабілізовані фактори мали наступні значення:

Р₁ = 0,1 · 10⁶ Па; F = 20 м²; m_пр = 23300 кг; g = 9,81 м/с².

Рівняння руху записувалося у формі

, (35)

Де

;

t_(к) - час перехідного процесу.

Размещено на http://www.allbest.ru/

У групі з 8 дослідів кожен з факторів приймав верхні і нижні значення. Так максимальним тискам Р2 відповідали досліди № 3, 4, 7 та 8. Саме у цих випадках досягалася максимальна деформація газорідинного шару. При цьому у дослідах № 3 і № 4 вона приблизно вдвічі менша за деформацію у дослідах № 7 та № 8 за відповідних співвідношень газоутримувальної здатності. Оскільки деформації безпосередньо пов'язані з тисками, то вказаним дослідам відповідають і максимальні тиски. На показники максимальних тисків відносно мало впливав час перебігу перехідного процесу. Однак останній мав суттєвий вплив на показник . Подальший аналіз результатів табл. 5 пов'язаний зі статистичною обробкою і одержанням рівнянь регресій.

Графічна ілюстрація одного з випадків наведена на рис. 11.

У розділі 5 наведено результати досліджень гідродинамічних методів інтенсифікації масообмінних процесів і гомогенізації середовищ. Першопричиною силової взаємодії між твердими тілами, твердим тілом та газом або рідиною, газом та рідиною є наявність потенціального гравітаційного поля або поля сил інерції. Технологічні процеси харчових виробництв, основою яких є тепло- та масообмін, здійснюються в потенціальних полях, завдяки яким варіюються тиски. Стосовно твердих тіл такі варіації можливі за рахунок дії зовнішніх сил і перерозподілу тисків між іншими тілами за сталих або змінних показників силового потенціального поля. Стосовно рідин і газів зміни тисків потребують виконання однієї з двох умов.

За першою умовою у рідині, газі або газорідинному середовищі, що перебувають у потенціальному полі, створюються локальні потоки, у яких відповідно до рівнянь Бернуллі та Нав'є-Стокса відбувається перерозподіл між потенціальною і кінетичною енергією і відповідно тисками. Це ж стосується і випадків обтікання рідинними та газовими потоками твердих тіл.

У відповідності до другої умови створюється герметизація локального об'єму рідини або газу і має прояв збільшення в ньому масової кількості середовища за рахунок зовнішніх силових факторів через тверді тіла з відповідними енергетичними витратами або відбувається зміна локалізованого герметичного об'єму, або у статичний об'єм здійснюється передавання (відведення) теплової енергії.

Стосовно першої умови зазначимо, що вирішальне значення у змінах тисків мають характеристики потенціального поля.

Переміщення рідинних (газорідинних) потоків по криволінійних траєкторіях супроводжується створенням полів відцентрових сил, а сукупність відцентрової сили і реакції оболонки приводять до виникнення локальної зони тиску. Оскільки дія і протидія між собою рівні і взаємокомпенсовані, то це означає, що підвищення поля тиску виникає тільки у зоні поля відцентрових сил.

...