Останнім часом у світі гостро позначається обмеженість енергетичних і
сировинних ресурсів. Їх висока ціна значно обумовлює вартість продукції
хімічної промисловості.
Відповідно, пріоритетними завданнями для фахівців хіміко-технологічного профілю є зниження енергетичної витратності промислових апаратів і установок при збільшенні або збереженні їх виробничих потужностей.
Здійснення цього можливо за рахунок впровадження нових конструктивних рішень, більш інтенсивних процесів та використання вторинних енергетичних ресурсів. Очевидно, комплексне застосування всіх цих прийомів дозволить вирішити проблеми, що склалися.
Принцип дії будь-якого промислового апарату базується на одному або декількох фізичному / хімічному або фізико-хімічному процесі. Як правило, це добре вивчені процеси закони та закономірності яких відомі і широко використовуються.
Однак, в даний момент науці відомо понад 10 000 різних ефектів і процесів, зовсім невелика частина яких використовується для прикладних потреб. В основному це пов'язано з необхідність великого обсягу дослідницької роботи.
Використання коштів робіт з даними, моделювання та проектування дозволяє істотно скоротити витрати часу на етапах збору даних, їх класифікації, систематизації, обробки та аналізу, розробки і проведення експерименту, аналізу та інтерпретації даних експерименту, формування технічного завдання та пропозиції, складання ескізного і конструкторського проекту , впровадження та доопрацювання.
Як вже зазначалося, на даний момент відома величезна кількість ефектів мають самий різний характер. І вивчити і впровадити їх всі, навіть використовую сучасні досягнення обчислювальної техніки вкрай важко. Однак якщо попередньо задатися метою: знайти процеси дозволяють перетворювати енергію з одного виду в інший та умови виникнення яких лежать у реалізованих інтервалах, то можна виділити порівняно невелику кількість перспективних, але ще недостатньо вивчених процесів. Один з таких процесів - вихровий ефект був обраний нами в якості об'єкта дослідження.
Відповідно, пріоритетними завданнями для фахівців хіміко-технологічного профілю є зниження енергетичної витратності промислових апаратів і установок при збільшенні або збереженні їх виробничих потужностей.
Здійснення цього можливо за рахунок впровадження нових конструктивних рішень, більш інтенсивних процесів та використання вторинних енергетичних ресурсів. Очевидно, комплексне застосування всіх цих прийомів дозволить вирішити проблеми, що склалися.
Принцип дії будь-якого промислового апарату базується на одному або декількох фізичному / хімічному або фізико-хімічному процесі. Як правило, це добре вивчені процеси закони та закономірності яких відомі і широко використовуються.
Однак, в даний момент науці відомо понад 10 000 різних ефектів і процесів, зовсім невелика частина яких використовується для прикладних потреб. В основному це пов'язано з необхідність великого обсягу дослідницької роботи.
Використання коштів робіт з даними, моделювання та проектування дозволяє істотно скоротити витрати часу на етапах збору даних, їх класифікації, систематизації, обробки та аналізу, розробки і проведення експерименту, аналізу та інтерпретації даних експерименту, формування технічного завдання та пропозиції, складання ескізного і конструкторського проекту , впровадження та доопрацювання.
Рисунок 1. Компьютерні засоби як інструмент проектувальника
Як вже зазначалося, на даний момент відома величезна кількість ефектів мають самий різний характер. І вивчити і впровадити їх всі, навіть використовую сучасні досягнення обчислювальної техніки вкрай важко. Однак якщо попередньо задатися метою: знайти процеси дозволяють перетворювати енергію з одного виду в інший та умови виникнення яких лежать у реалізованих інтервалах, то можна виділити порівняно невелику кількість перспективних, але ще недостатньо вивчених процесів. Один з таких процесів - вихровий ефект був обраний нами в якості об'єкта дослідження.
Вихровий ефект це ефект поділу газу або рідини при закручуванні в
циліндричної або конічної камері на дві фракції. На периферії
утворюється закручений потік з більшою температурою, а у центрі -
закручений охолоджений потік.
Для того, щоб скласти уявлення про причини цього, на перший погляд,
парадоксального явища, необхідно, перш за все, розглянути рух газу у
вихровий трубі.
Вихрова камера має циліндричну форму. На одному кінці цієї труби розташовано прямокутне сопло для тангенціального введення газу. Інший кінець труби відкритий. На виході газу з сопла, утворюється потік, що входить дотично у вихреву трубу з великою швидкістю, обтікаючи внутрішню поверхню труби, газ набуває обертального рух, рухається і виходить з неї по спіральній траєкторії. Якщо подивитися на виді зверху, то газ переважно рухається по периферії пристрою (рис. 3).
Якщо у днищі труби передбачити отвір, у вигляді діафрагми, то гідродинамічна картина зміниться таким чином: потік із сопла, також буде рухатися по периферії і виходити з верхнього кінця труби, однак, при цьому з атмосфери, через діафрагму почне підсмоктуватиметься деяка кількість газу, яка буде закручуватися і захоплюватися периферійним потоком вгору. Таким чином у трубі будуть рухатися два потоки, один рухається тангенціально, а інший - аксіально щодо осі труби (рис. 4).
Якщо у верхній частині труби встановити регулюючий пристрій у вигляді конуса, яким можна змінювати прохідний перетин виходу газу, то гідродинамічна картина змінюється наступним чином: розподіл тангенціальних швидкостей при цьому істотно не змінюється, однак наявність опору збільшує тиск у трубі і настає такий момент, коли частина потоку, що знаходиться у центральній зоні починає виходити через діафрагму. Тобто напрям осьового потоку змінюється на протилежний (рис. 5).
Рисунок 2.
Принцип дії
вихрового
ефекту
Вихрова камера має циліндричну форму. На одному кінці цієї труби розташовано прямокутне сопло для тангенціального введення газу. Інший кінець труби відкритий. На виході газу з сопла, утворюється потік, що входить дотично у вихреву трубу з великою швидкістю, обтікаючи внутрішню поверхню труби, газ набуває обертального рух, рухається і виходить з неї по спіральній траєкторії. Якщо подивитися на виді зверху, то газ переважно рухається по периферії пристрою (рис. 3).
Рисунок 3.
Гідродинамічна картина переферійного потоку
Якщо у днищі труби передбачити отвір, у вигляді діафрагми, то гідродинамічна картина зміниться таким чином: потік із сопла, також буде рухатися по периферії і виходити з верхнього кінця труби, однак, при цьому з атмосфери, через діафрагму почне підсмоктуватиметься деяка кількість газу, яка буде закручуватися і захоплюватися периферійним потоком вгору. Таким чином у трубі будуть рухатися два потоки, один рухається тангенціально, а інший - аксіально щодо осі труби (рис. 4).
Рисунок 4.
Гідродинамічна картина
двох односпрямованних потоків
Якщо у верхній частині труби встановити регулюючий пристрій у вигляді конуса, яким можна змінювати прохідний перетин виходу газу, то гідродинамічна картина змінюється наступним чином: розподіл тангенціальних швидкостей при цьому істотно не змінюється, однак наявність опору збільшує тиск у трубі і настає такий момент, коли частина потоку, що знаходиться у центральній зоні починає виходити через діафрагму. Тобто напрям осьового потоку змінюється на протилежний (рис. 5).
Рисунок 5.
Гідродинамічна картина
противоточного вихрового ефекту
При цьому між двома протилежно рухаючимися потоками починає відбуватися
теплообмін, викликаний розходженням їх термодинамічної температури. З
верхньої частини труби виходить гарячий потік, а з нижньої
—
холодний [1]
Використовуючи цей
ефект для
прикладних потреб можна одночасно здійснювати кілька процесів:
- Охолодження і нагрівання;
- Охолодження і вакуумування;
- Сепарацію фаз та охолодження;
Доцільність використання вихрового ефєкту визначається в першу чергу його особливостями у порівнянні з іншими методами нагрівання, охолодження і вакуумування. Особенноті вихрового ефекту, які можуть забезпечити позитивний результат його використання, полягають у наступному:
1. Простота і надійність тієї частини установки в якій відбувається росшіренія газу. Оскільки в більшості інших пристроїв аналогічного призначення саме розширюча частина (особливо низькотемпературна) найменш надійна, установки, засновані на вихровому ефекты мають безумовні переваги.
2. Можливість поэднання в апараті одночасно декількох процесів: охолодження і нагрівання, охолодження і вакуумування, сепарації фаз і охолодження і тд без істотного ускладнення установки.
3. Простота і плавність регулювання параметрів потоку, отриманих за допомогою установки в широкому інтервалі.
4. Швидкість і простота включення, виключення і зберігання у резерві, що забезпечує постійну готовність установок до роботи
5. Можливість використання для роботи будь газоподібні робочі середовищ, найрізніші перепади тиску (від декількох МПа до десятків кПа) і широкі діапазони витрат газу (від сотень тисяч до едесятков м^3/г)
6. Невеликі габарити і маса вихрових пристроїв, дозволяють органічно включати їх в конструкцію системи, в якій вони використовуються.
- Охолодження і нагрівання;
- Охолодження і вакуумування;
- Сепарацію фаз та охолодження;
Доцільність використання вихрового ефєкту визначається в першу чергу його особливостями у порівнянні з іншими методами нагрівання, охолодження і вакуумування. Особенноті вихрового ефекту, які можуть забезпечити позитивний результат його використання, полягають у наступному:
1. Простота і надійність тієї частини установки в якій відбувається росшіренія газу. Оскільки в більшості інших пристроїв аналогічного призначення саме розширюча частина (особливо низькотемпературна) найменш надійна, установки, засновані на вихровому ефекты мають безумовні переваги.
2. Можливість поэднання в апараті одночасно декількох процесів: охолодження і нагрівання, охолодження і вакуумування, сепарації фаз і охолодження і тд без істотного ускладнення установки.
3. Простота і плавність регулювання параметрів потоку, отриманих за допомогою установки в широкому інтервалі.
4. Швидкість і простота включення, виключення і зберігання у резерві, що забезпечує постійну готовність установок до роботи
5. Можливість використання для роботи будь газоподібні робочі середовищ, найрізніші перепади тиску (від декількох МПа до десятків кПа) і широкі діапазони витрат газу (від сотень тисяч до едесятков м^3/г)
6. Невеликі габарити і маса вихрових пристроїв, дозволяють органічно включати їх в конструкцію системи, в якій вони використовуються.
Існують
два принципово різних рівня дослідження об'єкта - емпіричний і
теоретичний.
На емпіричному рівні дослідження відбувається процес отримання знання у результаті взаємодії людини безпосередньо з об'єктом дослідження. За допомогою органів почуттів дослідник отримує конкретну інформацію про поодинокі явища. На цьому рівні пізнання застосовні спостереження, експеримент і вимір. Результатом таких досліджень є емпіричне узагальнення, яке виявляється у встановлених в результаті спостережень і експериментів фактах.
Крім емпіричного рівня досліджень існує теоретичних рівень. На теоретичному рівні досліджувані об'єкти замінюються своїми ідеалізованими аналогами. Для цього рівня пізнання характерні: уявний експеримент, моделювання і т.д. Саме моделювання, як теоретичний метод пізнання набуло широкого поширення для отримання нових знань, у тому числі і для об'єктів хімічної технології. В якості метода вибрано наукове математичне моделювання, зокрема комп'ютерне моделювання.
Крім об'єкта дослідження і самого дослідника важливою складовою пізнавальної діяльності є засоби дослідження, якими, у разі комп'ютерного моделювання, виступають різні програми та прикладні програмні пакети.
На даний момент існує велика кількість прикладних програмних пакетів для моделювання хіміко-технологічних систем [2], [3], [4]. Ці пакети використовують різні підходи до моделювання і володіють різним інструментарієм зручним або незручним при вирішенні тієї чи іншої прикладної задачі.
В якості засобу моделювання використовується прикладний програмний пакет SolidWorks і зокрема його модуль для моделювання течії рідин і газів - Flow simulation.
Flow simulation - програмне забезпечення, повністю інтегроване у SolidWorks для розрахунку рідинних і газових потоків всередині і зовні моделі SolidWorks, а також розраховує теплопередачу від, до і між цими моделями конвекцією, випромінюванням і теплопровідністю за допомогою технологій обчислювальної гідргазодінамікі (CFD). Для виконання розрахункового аналізу за допомогою Flow Simulation необхідно:
1. Створити твердотільну модель в Solid works
2. Створити проект дослідження
3. Задати граничні умови моделювання.
4. Задати цілі проекту
5. Запустити і провести розрахунок
6. Переглянути та проаналізувати результати, визначити точність отриманого рішення [5], [6],
На емпіричному рівні дослідження відбувається процес отримання знання у результаті взаємодії людини безпосередньо з об'єктом дослідження. За допомогою органів почуттів дослідник отримує конкретну інформацію про поодинокі явища. На цьому рівні пізнання застосовні спостереження, експеримент і вимір. Результатом таких досліджень є емпіричне узагальнення, яке виявляється у встановлених в результаті спостережень і експериментів фактах.
Крім емпіричного рівня досліджень існує теоретичних рівень. На теоретичному рівні досліджувані об'єкти замінюються своїми ідеалізованими аналогами. Для цього рівня пізнання характерні: уявний експеримент, моделювання і т.д. Саме моделювання, як теоретичний метод пізнання набуло широкого поширення для отримання нових знань, у тому числі і для об'єктів хімічної технології. В якості метода вибрано наукове математичне моделювання, зокрема комп'ютерне моделювання.
Крім об'єкта дослідження і самого дослідника важливою складовою пізнавальної діяльності є засоби дослідження, якими, у разі комп'ютерного моделювання, виступають різні програми та прикладні програмні пакети.
На даний момент існує велика кількість прикладних програмних пакетів для моделювання хіміко-технологічних систем [2], [3], [4]. Ці пакети використовують різні підходи до моделювання і володіють різним інструментарієм зручним або незручним при вирішенні тієї чи іншої прикладної задачі.
В якості засобу моделювання використовується прикладний програмний пакет SolidWorks і зокрема його модуль для моделювання течії рідин і газів - Flow simulation.
Flow simulation - програмне забезпечення, повністю інтегроване у SolidWorks для розрахунку рідинних і газових потоків всередині і зовні моделі SolidWorks, а також розраховує теплопередачу від, до і між цими моделями конвекцією, випромінюванням і теплопровідністю за допомогою технологій обчислювальної гідргазодінамікі (CFD). Для виконання розрахункового аналізу за допомогою Flow Simulation необхідно:
1. Створити твердотільну модель в Solid works
2. Створити проект дослідження
3. Задати граничні умови моделювання.
4. Задати цілі проекту
5. Запустити і провести розрахунок
6. Переглянути та проаналізувати результати, визначити точність отриманого рішення [5], [6],
Грунтуючись на перерахованих вище особливостях та цілях наукового
пошуку, а також вивчених робіт у цій області, було складено план
дослідницької роботи, який встановлює таку послідовність дій:
1. Провести конструктивний розрахунок вихровий труби, яка працює при вибраних параметрах, за методиками проведеними в літературі.
2. Скласти комп'ютерну модель вихровий труби у прикладному програмному пакеті.
3. Скласти план чисельного експерименту і провести ряд необхідних дослідів на моделі.
4. Проаналізувати отримані результати і зробити висновки про подальший напрямок дослідження.
1. Провести конструктивний розрахунок вихровий труби, яка працює при вибраних параметрах, за методиками проведеними в літературі.
2. Скласти комп'ютерну модель вихровий труби у прикладному програмному пакеті.
3. Скласти план чисельного експерименту і провести ряд необхідних дослідів на моделі.
4. Проаналізувати отримані результати і зробити висновки про подальший напрямок дослідження.
За методиками, наведеними у літературі, [1] був проведений конструктивний
розрахунок вихровий труби конструкції Московського енергетичного
інституту (рис. 6).
Спроектована установка має такі характеристики:
1 Технологічні характеристики:
Витрата робочого газу: G = 200 кг / год
Початковий тиск газу: P = 0,6 МПа
Початкова температура газу: 20 ⁰ С
Номінальна температура охолодженого газу: -10 ⁰ С
Номінальна холодопродуктивність: 1700 Вт
2 Конструктивні характеристики:
Довжина пристрою: L = 1,2 м
Довжина робочої частини: Lр = 930 мм
Діаметр робочої частини D р = 38 мм
У прикладному програмному пакеті була створена тривимірна модель вихровий труби відповідно з конструкцією зображеної на рис. 7
Рисунок 6.
Вихрова труба конструкції
Московського енергетичного інституту
Спроектована установка має такі характеристики:
1 Технологічні характеристики:
Витрата робочого газу: G = 200 кг / год
Початковий тиск газу: P = 0,6 МПа
Початкова температура газу: 20 ⁰ С
Номінальна температура охолодженого газу: -10 ⁰ С
Номінальна холодопродуктивність: 1700 Вт
2 Конструктивні характеристики:
Довжина пристрою: L = 1,2 м
Довжина робочої частини: Lр = 930 мм
Діаметр робочої частини D р = 38 мм
У прикладному програмному пакеті була створена тривимірна модель вихровий труби відповідно з конструкцією зображеної на рис. 7
Рисунок 7.
Тривимірна
модедель
вихрової
установки
З метою отримання найбільш повної інформації про досліджуємий об'єкт
складався план повного факторного експерименту. Планування експерименту
різко підвищує точність і зменшує обсяг експериментальних досліжень.
Воно дозволяє знаходити оптимум функції, яка характеризує досліджуваний
процес.
Оскільки дослідження проводяться з прикладною метою, то вони спрямовані на визначення можливостей підвищення ефективності роботи дослідної установки. Відповідно, метою планового експерименту є визначення екстремумів (максимуму і мінімуму) відгуку в області визначення. Вихрова труби, яка моделюється, призначена для проведення температурного поділу, і головними об'єктом вивчення є температура холодного потоку. Тобто вона розглядається, як вихідна величина, що є невідомою функцією з деяких факторів t= f(x1, x2 ... xi).
Багатофакторність експерименту дає можливість змінити його стратегію після чергового етапу. Багатофакторне планування засноване на досить загальному математичному апараті, дозволяє отримати математичну модель процесу яку можна використовувати, наприклад, при управлінні, при всикритіі об'єктивних закономірностей й отриманні додаткової інформацію про процес.
В якості факторів варіювання обрані значення масової витрати і тиску вихідного потоку на вході у пристрій. Обома цими факторами можна задаватися за бажанням.
За значення факторів у центрі області експерименту прийняті нормативні значення витрати і тиску газу, що отримані при розрахунку установки (200 кг/год; 0,6 МПа). Величини інтервалів варіювання для витрати і тиску встановлені такими, щоб при переході від одного досвіду до іншого змінення відгуку було достатньо суттєвим. Для обраних параметр ці інтервали прінити відповідно 100 кг/год і 0,2 МПа.
Для зручності запису плану експерименту та обробки експериментальних даних використано кодування факторів. Всі кодовані фактори безрозмірні і нормовані величини, що приймають у процесі експерименту занчения -1, 0, +1. Поєднання 2 факторів на двох рівнях, при яких реалізуються всі можливі комбінації рівнів факторів вимагає проведення 4-х дослідів.
Окрім того, експеримент проводивіся для двох робочих газів: повітря і вуглекислого газу, відповідно необхдіна кількість досвідів дорівнює 8.
Оскільки дослідження проводяться з прикладною метою, то вони спрямовані на визначення можливостей підвищення ефективності роботи дослідної установки. Відповідно, метою планового експерименту є визначення екстремумів (максимуму і мінімуму) відгуку в області визначення. Вихрова труби, яка моделюється, призначена для проведення температурного поділу, і головними об'єктом вивчення є температура холодного потоку. Тобто вона розглядається, як вихідна величина, що є невідомою функцією з деяких факторів t= f(x1, x2 ... xi).
Багатофакторність експерименту дає можливість змінити його стратегію після чергового етапу. Багатофакторне планування засноване на досить загальному математичному апараті, дозволяє отримати математичну модель процесу яку можна використовувати, наприклад, при управлінні, при всикритіі об'єктивних закономірностей й отриманні додаткової інформацію про процес.
В якості факторів варіювання обрані значення масової витрати і тиску вихідного потоку на вході у пристрій. Обома цими факторами можна задаватися за бажанням.
За значення факторів у центрі області експерименту прийняті нормативні значення витрати і тиску газу, що отримані при розрахунку установки (200 кг/год; 0,6 МПа). Величини інтервалів варіювання для витрати і тиску встановлені такими, щоб при переході від одного досвіду до іншого змінення відгуку було достатньо суттєвим. Для обраних параметр ці інтервали прінити відповідно 100 кг/год і 0,2 МПа.
Для зручності запису плану експерименту та обробки експериментальних даних використано кодування факторів. Всі кодовані фактори безрозмірні і нормовані величини, що приймають у процесі експерименту занчения -1, 0, +1. Поєднання 2 факторів на двох рівнях, при яких реалізуються всі можливі комбінації рівнів факторів вимагає проведення 4-х дослідів.
Таблиція 1.
Матриця кодованного двофакторного експерименту
| № Досліду | Рівні змінних | Відгуки | |
| G | P | tx ⁰С | |
| 1 | -1 | -1 | t11 |
| 2 | +1 | -1 | t12 |
| 3 | -1 | +1 | t13 |
| 4 | +1 | +1 | t14 |
Окрім того, експеримент проводивіся для двох робочих газів: повітря і вуглекислого газу, відповідно необхдіна кількість досвідів дорівнює 8.
У результаті проведення експериментів були отримані дані, представлені
у таблицях і графіка, що наведені нижче.
Аналізуючи отримані дані можна дійти висновку, що вплив витрати газу на режим роботи вихровий труби при зменшенні, або збільшенні його від номінального буде погіршувати її ефективність. У першому випадку це буде викликатися невеликою часткою використовуваного об'єму труби. У другому випадку температура одержуваного потоку, буде недостатньо низькою. Підвищення тиску у пристрої однозначно підвищує ефект енергетичного розділення обох газів, але це, очевидно призводить до збільшення витрат, необхідних для створення цих тисків (установка могутніших компресорів та витрати на їх експлуатацію).
Якщо порівнювати ефект температурного поділу для двох використовуваних газів, то видно, що при всіх інших рівних наборах параметрів значення ефекту температурного поділу буде вище для вуглекислого газу. Таки чином, можна зробити висновок про те, що причини більш низької температури лежать в інших, нерозглянутих в експерименті параметрах газу.
Оскільки математична модель газів описується певним, відомим набором констант і змінних це може бути теплоємність, молекулярна маса М (щільність), динамічна в'язкість, теплопровідність. Визначення впливу цих параметрів на ефект температурного поділу очевидно є метою подальших досліджень.
Крім значення температури холодного потоку, яка визначалася як функція відгуку, вимірювалося також тиск холодного потоку на виході з пристрою.
Також, в ході дослідницької роботи визначалися внутрішні параметри моделі, яка працює при нормативних, визначених у ході конструктивного розрахунку характеристиках. Визначалися значення швидкості і тиску робочого потоку по осі камери.
Рисунок 8.
Значення тисків по продольній осі вихрової труби
Розподіл тисків по осі камери у пристрої не суперечить теоретичним
уявленням сучасної гідродинаміки. Стрибок тиску на ділянці 0,35-0
обумовлений наявністю місцевого опору у вигляді діафрагми.
Пульсації швидкості по осі апарату очевидно обумовлені турбулентною взаємодією окремих елементів закручуємого потоку. Це призводить до істотних втрат, тому що осьовий потік змішується з периферійним, при цьому зменшується теплообмін між ними. Тому, пошук способів підвищення ідеальності структур двох потоків також може бути наступною метою дослідницької роботи.
Таблиця
2. Значения факторів і
функцій видклику для повітря
| № Опыту | Рівні змінних | Відклики | ||
| G (кг/ч) | P (МПа) | tx ⁰С | Px (МПа) | |
| 1 | 100 | 0,4 | -12,8 | 0,136 |
| 2 | 300 | 0,4 | -10,3 | 0,105 |
| 3 | 100 | 0,8 | -16,1 | 0,124 |
| 4 | 300 | 0,8 | -12,3 | 0,159 |
Таблиця 2.
Значения факторів і
функцій видклику для вуглецислого газу
| № Опыту | Рівні змінних | Відклики | ||
| G (кг/ч) | P (МПа) | tx ⁰С | Px (МПа) | |
| 1 | 100 | 0,4 | -15,6 | 0,134 |
| 2 | 300 | 0,4 | -11,1 | 0,13 |
| 3 | 100 | 0,8 | -17,2 | 0,121 |
| 4 | 300 | 0,8 | -14,7 | 0,157 |
Аналізуючи отримані дані можна дійти висновку, що вплив витрати газу на режим роботи вихровий труби при зменшенні, або збільшенні його від номінального буде погіршувати її ефективність. У першому випадку це буде викликатися невеликою часткою використовуваного об'єму труби. У другому випадку температура одержуваного потоку, буде недостатньо низькою. Підвищення тиску у пристрої однозначно підвищує ефект енергетичного розділення обох газів, але це, очевидно призводить до збільшення витрат, необхідних для створення цих тисків (установка могутніших компресорів та витрати на їх експлуатацію).
Якщо порівнювати ефект температурного поділу для двох використовуваних газів, то видно, що при всіх інших рівних наборах параметрів значення ефекту температурного поділу буде вище для вуглекислого газу. Таки чином, можна зробити висновок про те, що причини більш низької температури лежать в інших, нерозглянутих в експерименті параметрах газу.
Оскільки математична модель газів описується певним, відомим набором констант і змінних це може бути теплоємність, молекулярна маса М (щільність), динамічна в'язкість, теплопровідність. Визначення впливу цих параметрів на ефект температурного поділу очевидно є метою подальших досліджень.
Крім значення температури холодного потоку, яка визначалася як функція відгуку, вимірювалося також тиск холодного потоку на виході з пристрою.
Також, в ході дослідницької роботи визначалися внутрішні параметри моделі, яка працює при нормативних, визначених у ході конструктивного розрахунку характеристиках. Визначалися значення швидкості і тиску робочого потоку по осі камери.
Рисунок 9. Значення щвидкостей по продольній осі вихрової труби
Пульсації швидкості по осі апарату очевидно обумовлені турбулентною взаємодією окремих елементів закручуємого потоку. Це призводить до істотних втрат, тому що осьовий потік змішується з периферійним, при цьому зменшується теплообмін між ними. Тому, пошук способів підвищення ідеальності структур двох потоків також може бути наступною метою дослідницької роботи.
Вихровий
ефект і апарати, що працюють на його
принципі є перспективним об'єктом дослідження. Основна частина
дослідження і пошук можливих способів інтенсифікації цього процесу
повинно проводитися методом комп'ютерного моделювання, оскільки воно
дозволяє обійти труднощі, які виникають при вивченні цього процесу, що
характеризується, критичними значеннями тисків, швидкостей, витрат,
складним конструктивним виконанням установки.
При використанні вихрового ефекту в якості основи холодильно-нагрівальних установок слід намагатися максимально використовувати енергії потоків.
Отримані в ході дослідження результати вказують на шляху інтенсифікації процесу, які полягають у створенні найбільш ідеальної структури двох взаємодіючих потоків і використанні більш щільних робочих середовищ. На наступному етапі досліджень передбачається створити протиточний вихровий ефект, використовуючи в'язкі рідини, що ймовірно вимагатиме докладання додаткових сил для розкручування потоку і відповідно, модифікації моделі.
При написанні даного реферату магістрськая робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 року. Повний текст роботи і матеріали за темою можуть бути отримані в автора або його керівника після зазначеної дати.
При використанні вихрового ефекту в якості основи холодильно-нагрівальних установок слід намагатися максимально використовувати енергії потоків.
Отримані в ході дослідження результати вказують на шляху інтенсифікації процесу, які полягають у створенні найбільш ідеальної структури двох взаємодіючих потоків і використанні більш щільних робочих середовищ. На наступному етапі досліджень передбачається створити протиточний вихровий ефект, використовуючи в'язкі рідини, що ймовірно вимагатиме докладання додаткових сил для розкручування потоку і відповідно, модифікації моделі.
При написанні даного реферату магістрськая робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 року. Повний текст роботи і матеріали за темою можуть бути отримані в автора або його керівника після зазначеної дати.
1. Мартынов А.В. Что такое
вихревая труба? / Мартынов А.В., Бродянский В.М. / Москва:
«Энергия». 1976.-
152 с.
2. Ошовский В.В. Использование компьютерных систем конечно-элементного анализа для моделирования гидродинамических процессов / Ошовский В.В., Охрименко Д.И., Сысоев А.Ю. // «Наукові праці Донецького національного технічного університету». Серия «Химия и химическая технология». Выпуск № 15. Донецк. 2010.
3. Ошовский В.В. Применение компьютеризованной системы моделирования в процессе обучения студентов химиков— технологов на примере расчёта абсорбционной очистки газа от сероводорода / Ошовский В.В., Сысоев А.Ю., Охрименко Д.И. // «Наукові праці Донецького національного технічного університету». Серия «Химия и химическая технология». Выпуск № 14. Донецк. 2010.
4. Голубев А. В. Компьютерное моделирование распределения охлаждающего газа в установках сухого тушения кокса / Голубев А. В., Збыковский Е. И., Дюбанов А. В., Топоров А. А. // «Наукові праці Донецького національного технічного університету». Серия «Химия и химическая технология». Выпуск № 18. Донецк. 2012.
5. Алямовский А.А. Компьютерное моделирование в инженерной практике / Алямовский А.А. // СПб: БХВ Петербург. 2005. – С. 163-170.
6. SolidWorks Flow Simulation 2012 Technical Reference // 2012.- С. 3-10.
7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / Касаткин А.Г. // «Химия». Москва. 1970. – С. 52-56.
8. Мелюшев Ю.К. Основы автоматизации химических производств и техника вычислений / Мелюшев Ю.К. // «Химия». Москва 1982. – С. 117-119.
2. Ошовский В.В. Использование компьютерных систем конечно-элементного анализа для моделирования гидродинамических процессов / Ошовский В.В., Охрименко Д.И., Сысоев А.Ю. // «Наукові праці Донецького національного технічного університету». Серия «Химия и химическая технология». Выпуск № 15. Донецк. 2010.
3. Ошовский В.В. Применение компьютеризованной системы моделирования в процессе обучения студентов химиков— технологов на примере расчёта абсорбционной очистки газа от сероводорода / Ошовский В.В., Сысоев А.Ю., Охрименко Д.И. // «Наукові праці Донецького національного технічного університету». Серия «Химия и химическая технология». Выпуск № 14. Донецк. 2010.
4. Голубев А. В. Компьютерное моделирование распределения охлаждающего газа в установках сухого тушения кокса / Голубев А. В., Збыковский Е. И., Дюбанов А. В., Топоров А. А. // «Наукові праці Донецького національного технічного університету». Серия «Химия и химическая технология». Выпуск № 18. Донецк. 2012.
5. Алямовский А.А. Компьютерное моделирование в инженерной практике / Алямовский А.А. // СПб: БХВ Петербург. 2005. – С. 163-170.
6. SolidWorks Flow Simulation 2012 Technical Reference // 2012.- С. 3-10.
7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / Касаткин А.Г. // «Химия». Москва. 1970. – С. 52-56.
8. Мелюшев Ю.К. Основы автоматизации химических производств и техника вычислений / Мелюшев Ю.К. // «Химия». Москва 1982. – С. 117-119.