Вплив кoнструктивних та режимних параметрів на енергетичні характеристики багатoфункціoнальнoгo гідрoдинамічнoгo агрегату-гoмoгенізатoра

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі наведено кваліфікаційні ознаки дисертації. Сформульовано напрямок

досліджень, пов'язаний із вивченням робочого процесу багатофункціонального

гідродинамічного агрегату-гомогенізатора, та обґрунтована їх актуальність. Подано

відомості про публікації та апробації результатів.

У першому розділі наведено результати системного аналізу технологічних

процесів перемішування і гомогенізації, а також існуючого технологічного

обладнання для реалізації цих процесів. Розглянуто особливості робочого процесу та

конструкції функціональних та конструктивних машин аналогів. Особлива увага

акцентована на робочому процесі найближчих аналогів, а саме,

багатофункціонального теплогенеруючого агрегату (ТГА), який досліджували

Волков М. І. та Папченко А. А. та роторно-пульсаційного апарата (РПА) в роботах

Богданова В. В., Червякова В. М., Балбадукіна М. А., Промтова М. А., Юдаєва В. Ф.

Проведений аналіз дозволив виокремити

переваги та недоліки кожного з агрегатів і

знайти напрямок удосконалення, що полягає у

створенні багатофункціонального

гідродинамічного агрегату-гомогенізатора,

який здатен реалізувати відразу чотири

процеси, а саме: перемішування робочого

середовища, гідродинамічне подрібнення

включень до мікронного рівня, в’язкісне

нагрівання середовища та подальше його

перекачування.

У розділі наведено обґрунтування

актуальності дослідження та розроблення

методик проектування агрегату, сформульована

мета роботи та задачі, які необхідно вирішити

Рисунок 1 – Технічний об’єкт

дослідження

5

для її досягнення. Описані методи та засоби проведення дослідження. При виборі

технічного об’єкта (рис. 1) увага була приділена конструкції, в рамках якої можливе

варіювання конструктивними факторами (діаметр ступенів, їх кількість та ширина,

кількість каналів та їх ширина).

Технічний об’єкт дослідження

складається з робочих органів (рис. 2):

роторного та статорного дисків. Канали

ротора були нахилені відносно каналів

статора на 15°, що є особливістю

конструкції робочих органів ГАГ. Нахил

каналу значно впливає на робочий

процес агрегату, роблячи неможливим

прямотоки рідини зі всмоктувального до

напірного патрубка.

Для експериментального

дослідження технічного об’єкта було

створено універсальну проточну

частину (рис. 3), яка дозволяє

проводити випробування ротора 2

(зовнішній діаметр до 190 мм) та

шириною ступеня до 30 мм.

Установлення зазору між роторним та

статорним дисками відбувалося за

рахунок шайби 3. Для запобігання

витоків рідини було використано

торцеве ущільнення 4, застосування

якого дозволило встановити в усіх

експериментах однаковий момент опору.

У другому розділі наведено результати теоретичного та числового

моделювання робочого процесу ГАГ. Подана теоретична картина течії в проточній

частині ГАГ, яка складається з високоградієнтної течії по зигзагоподібному

робочому (міжступеневому) зазору та течії по каналах, що періодично

відкриваються.

Числове моделювання передбачало отримання картин течії, полів розподілу

повного тиску та контурів дисипації кінетичної енергії в конструктивно спрощеній

проточній частині (ротор-статор-ротор). Результати числового моделювання

повністю підтвердили теоретичну картину течії, а саме – наявність течії в робочому

зазорі та формування вихорів у каналах ротора і статора (рис. 4), інтенсивність яких

Рисунок 2 – Робочі органи

а – роторний диск, б – статорний диск

Рисунок 3 – Проточна частина

багатофункціонального ГАГ

6

змінюється залежно від кутового положення каналів ротора відносно каналів

статора.

Числове моделювання проводилося за допомогою програмного комплексу

ANSYS CFX, для замикання рівнянь Рейнольдса використовувалася стандартна k-ε -

модель турбулентності, адекватність використання якої для аналогічних агрегатів

підтверджена в працях N. Gől İzcan-Taşkın, Adi Tjipto Utomo и FabienBarailler.

Особливістю k-ε - моделі турбулентності є можливість відображати поля

дисипації кінетичної енергії (рис. 5), що дозволяє якісно характеризувати робочий

процес агрегатів, які реалізують процеси перемішування та гомогенізації. З рис. 5

бачимо, що основні дисипативні втрати (чорної зони) сконцентровані в робочому

зазорі та каналах статора. Числове моделювання також дозволило виявити значну

втрату енергії, що виникає при взаємодії роторного диска з потоком у кільцевій

камері, ліквідувати яку можливо при виконанні агрегату, вихідним ступенем якого є

ступінь статора.