Моделирование движения частицы в вихревом слое при сушке

Разработка и исследование на базе математической модели движения частицы в вихревом слое теплоносителя. Математическое описание процессов, которые происходят в вихревой камере при сушке. Моделирование закономерностей распространения закрученной струи.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 29.09.2018
Размер файла 74,9 K

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/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование движения частицы в вихревом слое при сушке

Павленко А.М., Соколовская И.Е.

Днепродзержинский государственный технический университет

Черниченко В.Е.

Кременчугский государственный политехнический университет

Введение

На современном уровне развития вихревых аппаратов возросла актуальность исследований, направленных на углубленное изучение процессов, совершенствование конструкций и технологии изготовления отдельных узлов. Отсутствие строгой теории ощущается наиболее остро при проектировании систем и установок, в которых вихревой аппарат является одним из главных агрегатов. В связи с этим первостепенной задачей остается разработка теории, позволяющей получить достаточно надежное математическое описание процессов, которые происходят в вихревой камере.

Цель работы - разработка и исследование на базе математической модели движения частицы в вихревом слое теплоносителя.

Материалы и результаты исследований

Движение дозвуковых потоков различных газов разной температуры в работе [1] представлено следующей системой уравнений движения, энергии, диффузии, неразрывности и состояния:

, (1)

где - функция характеризующая турбулентное трение; - функция турбулентной диффузии тепла; - функция турбулентной диффузии вещества; - координаты частицы.

Закономерности распространения закрученной струи зависят от большого числа различных условий (конструктивных особенностей форсунки, интенсивности закрутки) и параметров потоков (их плотности и скорости).

Течение в струе имеет сложный неавтомодельный характер, в связи с чем в [1] считалось целесообразным использовать для расчета численные методы интегрирования уравнений движения, аналогичные тем, которые использованы в работах [2, 3] для описания неавтомодельного течения в обычных струях.

Пренебрегая влиянием пульсаций скорости на изменение давления, уравнения движения для осесимметричного несжимаемого турбулентного течения в приближении пограничного слоя и с учетом соотношения можно записать в таком виде:

(2)

В работе [4] на основании гипотезы о постоянстве аналога коэффициента турбулентной вязкости для стационарного закрученного потока сжимаемого газа и, считая и постоянными для закрученного потока, предлагается следующая модель вихревого течения однокомпонентного потока:

(3)

моделирование вихревой сушка теплоноситель

Недостатком данных моделей является то, что при решении модели вихревых течений переходят в модели ламинарных течений. При этом многие величины невозможно определить аналитически или экспериментально.

При разделении потока на зоны: зону вихрестока и зону основного вихря, ошибка в расчетах гидродинамики потока, а тем более частиц, существенно увеличивается. Причиной этого является использование разных уравнений коэффициента турбулентной вязкости, который принимают для каждой зоны постоянным.

Данные модели написаны для сплошной среды и поэтому не подходят для многофазного потока.

Нами были сопоставлены данные, приведенные в [1] и [4] по распределению некоторых параметров вихревого потока, с данными, полученными путем эксперимента.

Эксперимент осуществлялся на разработанном авторами аппарате, который состоит из вихревой камеры 1 (рис. 1), содержащей тангенциально подведенный патрубок 5, который посредством трубопровода соединен с нагревателем 9 и нагнетателем газа 15. К торцевой поверхности аппарата для подачи связующей жидкости присоединен патрубок 4 с теплообменником 3 и насосом 2, с помощью которого распылителем 13 жидкость распределяется по объему. Материал через трубопровод 8 подается в вихревую камеру 1, с помощью завихрителя распространяется по всему объему камеры и вращается в вихревом слое газа. Просушенный материал попадает в форму 7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

На основании данных, полученных в ходе эксперимента, проведенного на выше описанном аппарате, были получены графические зависимости (рис. 2, 3), анализ которых позволил сделать вывод о том, что параметры, полученные на разработанной нами установке наиболее выгодно характеризуют вихревое движение в аппарате. Окружная скорость и давление не превышают данных, приведенных в [1], [3] и [4].

В работах [5], [6] была предпринята попытка учесть закономерности движения частицы в многофазной среде, но не предложены модели вихревого движения. Объединив модели вихревого течения Коваля и Абрамовича с учетом многофазности по Нигматулину, можно получить физическую и математическую модель движения частицы в разработанном нами аппарате.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ниже приведена математическая постановка задачи гидродинамики частицы в центробежном поле вихревой камеры. В результате ее решения следует определить основные параметры потока, необходимые для эффективного эмульгирования.

Уравнение равновесия сил в потоке:

(4)

где Vп - скорость движения дисперсной фазы; V - скорость движения среды; Сп - плотность дисперсной фазы; Fс - сила сопротивления:

, (5)

где Fа.с - аэродинамическая сила сопротивления; Fs - структурная сила устойчивости, характеризующая свободную энергию системы (частицы).

Теоретически движение капли воздуха в центробежном поле можно представить системой уравнений:

, (6)

где Vп, Wп, Uп - радиальная, окружная и осевая составляющие скорости движения капли воздуха; V,W,U - то же для потока; - центробежное ускорение; - кориолисово ускорение; h - высота вихревой камеры.

Используем систему безразмерных составляющих:

(7)

Тогда уравнения (6) примут вид:

. (8)

Начальные условия для решения задачи (8): .

Рисунок 4 - Распределение окружной скорости по радиусу:

1 - скорость потока; 2 - скорость частицы

Рисунок 5 - Распределение радиальной скорости по радиусу:

1 - скорость потока; 2 - скорость частицы

Выводы

При решении системы (8) были получены следующие зависимости скоростей потока и пузырька от радиуса камеры (рис. 4, 5), а анализ которых позволяет сделать вывод о том, что окружная и радиальная скорости имеют максимум при r=0,2. Расчеты, выполненные по уравнениям предложенной модели, показывают лучшую согласованность с экспериментальными данными, чем в работе [1]. Очевидно, что использование уравнений для оценки относительных скоростей движения частицы ламинарного течения, которые традиционно используются в расчетах, приводит к существенным погрешностям.

Литература

1. Турбулентное смешение газовых струй. Под редакцией Г.Н. Абрамовича. - М.: Изд-во «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1974. - 272с.

2. Крашенников С.Ю. К расчету осесимметричных закрученных и незакрученных турбулентных струй. Изв. АН СССР, МЖГ №3, 1972.

3. Абрамович Г.Н., Кузьмич В.Б., Секундов А.Н., Смирнова И.П. Экспериментальное и расчетное исследование сверхзвуковой пристеночной струи в спутном сверхзвуковом потоке, Изв. АН СССР, МЖГ №4, 1972.

4. Коваль В.П, Михайлов С. Л., «Теплоэнергетика», №2, 1972.

5. Коваль В.П., Михайлов С. Л., «Теплоэнергетика», №5, 1972.

6. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. [В 2ч.]. - М.: «Наука», 1987. - 1ч. -464с,

7. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. [В 2ч.]. - М.: «Наука», 1987. - 2ч. - 359с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Исследование особенностей движения заряженной частицы в однородном магнитном поле. Установление функциональной зависимости радиуса траектории от свойств частицы и поля. Определение угловой скорости движения заряженной частицы по круговой траектории.

    лабораторная работа [1,5 M], добавлен 26.10.2014

  • Неизотропность и блуждание частицы в ячейках. Событийное моделирование двумерного одноатомного газа. Имитационное моделирование вихревого движения в газе. Событийное моделирование самоорганизации графена. Фрагмент участка фильтра с областями прилипания.

    статья [337,9 K], добавлен 23.07.2012

  • Математическая модель и решение задачи очистки технических жидкостей от твердых частиц в роторной круговой центрифуге. Система дифференциальных уравнений, описывающих моделирование процесса движения твердой частицы. Физические характеристики жидкости.

    презентация [139,6 K], добавлен 18.10.2015

  • Электрический пробой газов и диэлектриков. Вольт-секундные характеристики изоляции. Разработка импульсного генератора высоких напряжений. Моделирование и построение математической модели, позволяющей проводить расчет электрического разряда в жидкости.

    дипломная работа [3,4 M], добавлен 26.11.2011

  • Сравнение процессов излучения и движения под действием гравитационного поля. Построение физической и математической модели окружающего нас мира. Различные положения частицы потока относительно центра потока. Увеличение длин волн линий в спектре источника.

    статья [581,6 K], добавлен 15.06.2014

  • Понятие случайного процесса. Описания случайных процессов. Состояние системы с хаотической динамикой. Метод ансамблей Гиббса. Описание движения шаровидной частицы. Метод решения задач броуновского движения. Стохастическое дифференциальное уравнение.

    презентация [194,5 K], добавлен 22.10.2013

  • Определение начальной энергии частицы фосфора, длины стороны квадратной пластины, заряда пластины и энергии электрического поля конденсатора. Построение зависимости координаты частицы от ее положения, энергии частицы от времени полета в конденсаторе.

    задача [224,6 K], добавлен 10.10.2015

  • Теоретические основы фрактального броуновского движения, вопросы его статистического моделирования на компьютере. Применение теории при статистическом моделировании процессов стохастической системы, описываемых линейным дифференциальным уравнением.

    дипломная работа [1,6 M], добавлен 14.03.2012

  • Построение стационарной модели тепло-массопереноса для различных условий теплоотвода через стенку реактора, а также разработка программы для исследования теплообмена в псевдоожиженном слое. Математические модели теплообмена в псевдоожиженном слое.

    курсовая работа [116,5 K], добавлен 10.12.2013

  • Изучение движения свободной частицы. Частица в одномерной прямоугольной яме с бесконечными внешними стенками. Гармонический осциллятор. Прохождение частиц сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект. Качественный анализ решений уравнения Шредингера.

    презентация [376,0 K], добавлен 07.03.2016

  • Исследование устойчивости вращения твердого тела при сферическом движении с неподвижным центром вращения. Сферическое движение сегментных оболочек с мгновенным центром вращения. Исследование устойчивости сферического движения эллипсоидной оболочки.

    учебное пособие [5,1 M], добавлен 03.03.2015

  • Численное решение уравнений движения планет и их спутников по орбите. Влияние возмущений на характер орбиты. Возмущения в пространстве скоростей. Радиальные, тангенциальные возмущения. Законы движения Кеплера и Ньютона. Влияние "солнечного ветра".

    курсовая работа [486,0 K], добавлен 22.07.2011

  • Анализ теорий РВУ. Построение релятивистского волнового уравнения отличающегося от даффин-кеммеровского для частицы со спином 1, содержащее кратные представления. Расчет сечений рассеяния на кулоновском центре и Комптон-эффекта для векторной частицы.

    дипломная работа [172,2 K], добавлен 17.02.2012

  • Основные подходы к классификации элементарных частиц, которые по видам взаимодействий делятся на: составные, фундаментальные (бесструктурные) частицы. Особенности микрочастиц с полуцелым и целым спином. Условно истинно и истинно элементарные частицы.

    реферат [94,8 K], добавлен 09.08.2010

  • Область горения частицы топлива в топке котельного агрегата при заданной температуре. Расчет времени выгорания частиц топлива. Условия выгорания коксовой частицы в конечной части прямоточного факела. Расчет константы равновесия реакции, метод Владимирова.

    курсовая работа [759,2 K], добавлен 26.12.2012

  • Определение концентрации молекул разряженного газа в произвольном объеме. Моделирование набегающего потока, движения молекулы внутри объема. Генерация вектора скорости молекулы и координат точки влета. Моделирование потока собственных газовыделений.

    дипломная работа [1,8 M], добавлен 06.07.2011

  • Классификация квантоворазмерных гетероструктур на основе твердого раствора. Компьютерное моделирование физических процессов в кристаллах и квантоворазмерных структурах. Разработка программной модели энергетического спектра электрона в твердом теле.

    дипломная работа [2,2 M], добавлен 21.01.2016

  • Топочное устройство как часть котельного агрегата, предназначенного для сжигания топлива, химическая энергия которого переходит в тепловую энергию дымовых газов. Характеристика способа сжигания горючего: слоевое, факельное, вихревое и в кипящем слое.

    реферат [22,4 K], добавлен 06.06.2011

  • Технологическая схема процесса сушки твердого материала в псевдоожиженном (кипящем) слое. Оценка лимитирующей стадии. Сопротивление газораспределительной решетки и выбор живого сечения. Расчёт шнекового питателя. Гидравлическое сопротивление циклона.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 23.03.2013

  • Построение рациональных эксплуатационных режимов асинхронного двигателя, выбор системы управления. Исследование двухмассового динамического стенда на базе математической модели. Техническая разработка лабораторного стенда на базе асинхронного двигателя.

    магистерская работа [2,0 M], добавлен 20.10.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.