Кавитационные процессы при вращательном движении лопастных устройств в жидких средах
Методы расчета аппаратов для процессов перемешивания в технике, технологиях и быту. Применение экспериментальной установки для изучения технологических кавитационных процессов в различных типах мешалок. Определение гидродинамических режимов в установках.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.04.2018 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.ru/
Политехнический институт СФУ
Кавитационные процессы при вращательном движении лопастных устройств в жидких средах
Жигалова О.А,
Шерешкова Н.В.
Радзюк А.Ю., к.т.н.
Истягина Е.Б., к.ф.-м.н.
Тепло-массообменные процессы, протекающие в тепловых установках или реакционных устройствах, часто интенсифицируются путем перемешивания материалов для достижения заданного технологического результата.
Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение либо непосредственно от электродвигателя, либо через редуктор или клиноременную передачу. Виды мешалок, используемые в промышленном производстве весьма разнообразны.
Задача внешнего обтекания тел в условиях перемешивания может быть решена с помощью уравнений Навье-Стокса и неразрывности потока. Для решения этой задачи используют теорию подобия. Для вынужденного стационарного движения жидкости обобщённое уравнение гидродинамики имеет вид
где Eu - критерий Эйлера,
Frм - критерий Фруда,
Reм - критерий Рейнольдса,
Г1, Г2, - симплексы геометрического подобия.
Окружная скорость определяется
где n - число оборотов мешалки в единицу времени (частота вращения),
d - диаметр мешалки.
Будем использовать d как определяющий линейный размер, тогда:
Мощность на валу мешалки N пропорциональна силе Р, приложенной к валу мешалкии окружной скорости , т.е.
где S пропорциональна d2.
Подставив в выражение для Euм, получим
.
Критерий Euм, выраженный в таком виде, называют критерием мощности и обозначают через KN.
Критериальное уравнение для мешалки принимает вид:
или
Численные значения коэффициентов A, n, m, p, qдля подобных мешалок устанавливают экспериментально. В специальной литературе приведены значения этих коэффициентов для наиболее распространённых типов мешалок. Для упрощения расчётов приводят графики зависимости критерия мощности KN от модифицированного критерия Reм с фиксированными (в качестве параметров) геометрическими симплексами Г1 и Г2 и критерием Фруда Frм.
График зависимости KN от критерия Reм для перемешивающего устройства приведён на рисунке 1.
Рис. 1. Зависимость коэффициента мощности от критерия Re
Полученные результаты качественно согласуются с приводимыми литературными кривыми для аппаратов с перегородками [1]. Дальнейшие эксперименты проводились на крыльчатках с различным углами раствора 14,4° и 26° с целью выявления закономерностей развития режимов перемешивания.
Несмотря на широкую распространенность процессов перемешивания в технике, технологиях и быту, к настоящему времени еще не до конца разработаны корректные аналитические методы расчета аппаратов и отдельных их элементов. Для решения практических задач широко применяются экспериментальные методы, основанные на проведении необходимых измерений в лабораторных условиях на моделях.
Особенно это актуально прииспользования перемешивающих устройств, неописанных в литературе, когдаприходится изучать эффекты перемешивания, опираясь на экспериментальныеисследования.
Чтобы передать жидкости большую энергию по сравнению с гладкостенными устройствами, аппарат снабжался перегородками. Схема течения в смесителе с внутренними перегородками представляет собой два циркуляционных контура (рис. 2).
Рис. 2. Схема течения в смесителе
технологический гидродинамический кавитационный мешалка
Нами был проведен ряд опытов, позволяющих лучше понять характер процессов перемешивания и выявить направление совершенствования указанных процессов.
Исследования проводились на экспериментальном стенде динамического типа, где в качестве рабочего тела использовалась отстоянная вода. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема экспериментальной установки: 1 - вакуумный шкаф; 2 - насос; 3 - быстроходное перемешивающее устройство; 4 - амперметр; 5 - термометр; 6 - вакуумметр
Эксперименты проводили посредством ступенчатого увеличения частоты вращения мешалки при различных давлениях. Полученные зависимости приведены на рис. 4.
а б
Рис. 4. Зависимости затрачиваемой мощности от числа оборотов: а - крыльчатка с малым углом раствора, б - с большим углом
Физические условия, созданные в экспериментальной установке, гарантируют наличие режимов течения, характеризующихся нарушением сплошности потока, т.е. кавитацией. Об этом говорит близость минимального давления (0,01 МПа) в рабочей камере к давлению насыщения водяных паров. Анализируя полученные зависимости (рис. 4) можно сделать предположение, что в качестве отличительной особенности кавитационного режима можно принять близкий к горизонтальному угол наклона участка кривой. Отсутствие изменение потребляемой мощности с ростом скорости свидетельствует о постоянном сопротивлении движению мешалки, что возможно только при движении в парогазовой смеси. Исходя из этого на приведенных графиках кавитационные режимы течения были зафиксированы для крыльчатки с малым углом раствора в диапазоне скоростей 6500-8500 об./мин. при давлении 0,01 МПа, для крыльчатки с большим углом - 3500-9000 об./мин. при давлении 0,01 МПа.
Проведенные опыты показали возможность применения созданной экспериментальной установки для изучения кавитационных процессов в широком диапазоне рабочих давлений и для анализа режимов работы разнообразных различных типов мешалок с целью их технологического совершенствования.
Полученные результаты могут быть использованы для определения гидродинамических режимов в установках подобного рода с целью их технологического совершенствования.
Литература
1. Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред. Л.: Машиностроение, 1979. - 271 с.
2. Лунин М.В. Метод и средство контроля объёмного расхода газа в процессах с малым газовыделением. Автореф. дисс. … канд. техн. наук. Орел, 2010. - 16 с.
3. Радзюк А.Ю., Кулагин В.А., Криволуцкий А.С. Экспериментальный стенд для получения высокодисперсных эмульсий (суспензий). Вестник Ассоциации выпускников КГТУ. Вып. 4. Красноярск: КГТУ, 2000. С. 77-79.
4. Рождественский В.В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. - 247 с.
5. Исаков А.Я., Исаков А.А. И85. Кавитация в перемешивающих устройствах: Монография. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2006. - 206 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Процесс перемешивания, его цели, способы, выбор аппаратуры для его проведения. Наиболее распространенный способ перемешивания в жидких средах - механическое перемешивание. Основные достоинства лопастных мешалок. Устройство дисков вибрационных мешалок.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 08.11.2014Обзор механических процессов химической технологии: сортирования, измельчения, прессования, дозирования. Особенности процесса и способов перемешивания. Виды смеси. Строение и использование лопастных, листовых, пропеллерных, турбинных, специальных мешалок.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 09.01.2013Промышленное применение и способы перемешивания жидких сред, показатели интенсивности и эффективности процесса. Движение жидкости в аппарате с мешалкой, конструктивная схема аппарата. Формулы расчёта энергии, затрачиваемой на процесс перемешивания.
презентация [95,9 K], добавлен 29.09.2013Общие понятия о технологических размерных цепях, их виды. Условия осуществления размерного анализа технологических процессов. Основные методы и этапы расчета технологических размерных цепей. Назначение допусков на размеры исходной заготовки детали.
презентация [774,8 K], добавлен 26.10.2013Анализ точности и стабильности и стабильности технологических процессов производства продукции и применение понятий воспроизводимости процесса и воспроизводимости оборудования. Индекс воспроизводимости и методы его расчета. Характеристика результатов.
реферат [204,2 K], добавлен 17.12.2008Проект установки для изучения течения и процессов теплоотдачи в сложных пространственных каналах. Определение расчётных параметров течения в экспериментальной установке на четырёх участках. Разработка методики определения расхода воздуха по его нагреву.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 06.06.2013Три вида исходной информации при разработке технологических процессов: базовая, руководящая и справочная. Выполнение рабочего чертежа детали. Тип производства и методы изготовления изделий при разработке технологических процессов с применением ЭВМ.
реферат [1,1 M], добавлен 07.03.2009Основы теории и сущность процессов выпаривания. Особенности процессов многократного выпаривания и применение термокомпрессоров в выпарных установках. Технологическая схема производства сгущенного молока. Расчет двухкорпусной вакуум-выпарной установки.
курсовая работа [130,9 K], добавлен 24.12.2009Применение повышенного и пониженного давления в химических технологиях как метод воздействия на структуру, свойства и форму материалов. Давление как фактор интенсификации газообразных процессов. Его воздействие на жидкофазные процессы, твердую фазу.
контрольная работа [13,3 K], добавлен 10.05.2009Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов. Распределение концентраций раствора по корпусам установки и соотношение нагрузок по выпариваемой воде. Применение конденсатора смешения с барометрической трубой для создания вакуума в установках.
курсовая работа [101,7 K], добавлен 13.01.2015Обоснование технологических процессов проектируемого предприятия по переработке молока. Операции технохимического и микробиологического контроля сырья. Технологические процессы первичной переработки зерна в крупу и муку. Расчет выхода готовой продукции.
курсовая работа [786,9 K], добавлен 24.03.2013Разработка и анализ схем автоматизации технологических процессов в хлебопекарном производстве. Схема системы управления смешивания. Регулирование расходов жидких и сыпучих компонентов (ингредиентов) при их дозировании. Выпечка хлебобулочных изделий.
курсовая работа [231,8 K], добавлен 10.04.2014Изучение и анализ существующих конструкций автоматических загрузочных устройств, механизмов автоматического контроля деталей и технологических процессов. Обоснование созданных конструкций. Вариантность при разработке робота технологических процессов.
контрольная работа [500,7 K], добавлен 21.04.2013Взаимосвязь технологических и организационно-управленческих структур. Понятие о химико-технологических процессах, принципы классификации. Перспективы развития и особенности экономической оценки химико-технологических процессов. Специальные методы литья.
контрольная работа [50,0 K], добавлен 10.07.2010Ректификация как один из наиболее важных методов разделения жидких смесей, сфера ее применения. Основные типы и конструкции, схемы ректификационных аппаратов. Установки для разделения многокомпонентных смесей. Технология работы ректификационной колонны.
презентация [1,5 M], добавлен 18.03.2014Разработка технологических процессов изготовления деталей с помощью систем автоматизированного проектирования технологических процессов. Описание конструкции, назначения и условий работы детали в узле. Материал детали и его химико-механические свойства.
курсовая работа [978,3 K], добавлен 20.09.2014Классификация машин для перемешивания материалов. Определение производительности пропеллерного смесителя, шага винта лопасти, скорости восходящего потока в зоне пропеллера и мощности электродвигателя смесителя. Особенности перемешивания жидких масс.
курсовая работа [234,9 K], добавлен 02.02.2011Схемы технологических процессов, обеспечивающих контроль и регулирование температуры жидкости и газа. Определение поведения объекта регулирования. Зависимость технологического параметра автоматизации от времени при действии на объект заданного возмущения.
контрольная работа [391,0 K], добавлен 18.11.2015Совместное применение измерительной техники и методов информационных технологий в одних и тех же областях. Автоматизированные средства измерения как техническая база процессов диагностики. Сбор, хранение и обработка больших массивов исследуемых данных.
реферат [26,9 K], добавлен 15.02.2011Основные понятия о технологических процессах прокатного и кузнечнопрессового производства. Структура и элементы технологических процессов прокатного и кузнечнопрессового. Классификация технологических процессов. Оборудование. Оснастка. Изделия.
контрольная работа [60,4 K], добавлен 10.11.2008
