Сдвиговые течения зернистых сред в тепломассообменных и гидромеханических процессах - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» на кафедрах «Технологическое оборудование и прогрессивные технологии» и «Машины и аппараты химических производств». Научный консультант доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессорВ диссертационной работе проведены исследования, направленные на разработку методов прогнозирования и техники измерения структурных и кинематических характеристик сдвиговых течений зернистых сред, а также теоретических основ процессов смешивания и сегрегации при сдвиговых деформациях зернистой среды, протекающих при умеренных скоростях сдвига. Анализ поставленных в работе задач подтверждает их актуальность, поскольку в результате их решения расширятся возможности экспериментального и аналитического определения параметров сдвиговых течений зернистых материалов, будет разработано математическое описание эффектов взаимодействия частиц в условиях, характерных для многих технологических процессов и природных явлений. Разработаны теоретические основы процессов разделения и смешивания частиц при сдвиговых деформациях зернистых материалов, необходимые для прогнозирования кинетики названных процессов в зависимости от комплекса структурно-кинематических характеристик потока и физико-механических свойств частиц, а также комплекс методов и техника исследования эффектов взаимодействия частиц, и выявлены их закономерности при следующих основных результатах: - получено уравнение состояния зернистой среды при быстром сдвиге, позволившее уточнить взаимосвязь между давлением, дилатансией и «температурой» зернистой среды (энергией взаимных перемещений частиц) за счет учета диссипации энергии и поперечного массопереноса; впервые предложено уравнение кинетики сегрегации при сдвиговой деформации зернистой среды, позволяющее проводить анализ влияния структурно-кинематических параметров сдвигового потока и свойств частиц на кинетические характеристики процесса с позиции общекинетических закономерностей процессов химических технологий; разработаны методика и экспериментальная установка (конвейерная сдвиговая ячейка) (патент РФ 2329930) для исследования эффектов взаимодействия частиц и их математическое описание, которые позволяют проводить научно обоснованную оценку склонности к сегрегации зернистых материалов при их сдвиговых деформациях через соотношение относительных скоростей движения неоднородных частиц в направлениях сегрегирования и сдвига;Для объяснения и описания неординарных эффектов взаимодействия частиц и описания процессов сегрегации и смешивания в быстрых гравитационных потоках зернистых материалов весьма плодотворными оказались оригинальные прогностические свойства уравнения состояния зернистой среды (3). Метод экспериментального измерения концентрации твердой фазы в гравитационном потоке зернистой среды состоит из следующих этапов: получение рентгенограммы, общей для потока и контрольных образцов; оцифровка полученной рентгенограммы сканированием; получение тарировочной зависимости для порозности как функции световой плотности рентгенограммы с использованием ПЭВМ и определение значений порозности на различных высотах слоя. Эти частицы не взаимодействуют друг с другом и не оказывают существенного влияния на динамику течения среды. Коэффициент определяется методом последовательного приближения при решении системы уравнений (1) - (5) в предположении его независимости от параметров потока (скорости сдвига, порозности и давления) как некоторая неизвестная функция свойств частиц. Физический параметр, характеризующий энергию взаимных перемещений частиц, в механике быстрых сдвиговых течений сыпучих материалов, называют «температурой» зернистой среды.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Долгунин, В.Н. Быстрые гравитационные течения зернистых материалов: техника измерения, закономерности, технологическое применение./ В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев. - М. : Машиностроение-1, 2005. - 112 с.

2. Борщев, В.Я. Феноменологический анализ взаимодействия неэластичных несвязных частиц в быстром гравитационном потоке / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Теоретические основы химической технологии. - 2008. - Т. 42, № 3. - С. 1-5.

3. Долгунин, В.Н. Закономерности быстрого гравитационного течения зернистой среды / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, П.А. Иванов // Теоретические основы химической технологии. - 2005. - Т. 39, № 5. - С. 579-585.

4. Долгунин, В.Н. Моделирование процесса смешения сыпучих материалов при течении зернистой среды в режиме сдвиговых пластических деформаций / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, Р.А. Шубин // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2007. - № 6. - С. 6-8.

5. Сегрегация при сдвиговой деформации зернистого материала / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, Р.А. Шубин, А.А. Романов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2008. -№ 1. - С. 7-10.

6. Борщев, В.Я. «Температура» зернистой среды и физические эффекты взаимодействия частиц при быстром сдвиговом течении зернистых материалов / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Известия Вузов. Химия и химическая технология. - 2007. - Т. 50, вып. 8. - С. 78-82.

7. Phenomenological description of mixing - segregation effects during shear deformation of particulate solids / V.J. Borschov, V.N. Dolgunin, R.A. Schubin, A.M. Klimov // 6th European Congress of Chemical Engineering. Full Text of papers. - Copenhagen, 2007. - P. 1-6.

8. Борщев, В.Я. Характеристики сдвигового потока зернистой среды и рекомендации по организации технологических процессов / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. - 2006. - Т. 12, № 2А. - С. 401-408.

9. Borschov, V.J. The conveyor shear cell for determination of particle tendency to segregation and mixing during shear flow of particulate solids / V.J. Borschov, V.N. Dolgunin, R.A. Schubin // Trans. of TSTU. - 2006. -Vol. 12. - № 3A. - P. 695-699.

10. Борщев, В.Я. Каскадная гравитационная сепарация зернистых материалов: особенности технологии и моделирование./ В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. - 2005. - Т.11, № 4. - С. 903-909.

11. Dolgunin, V.N. The Research on Rapid Gravity Flows of particulate solids./ V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov // Trans. of TSTU. - 2004. Vol. 10. - № 3. - P. 689-696.

12. Борщев, В.Я. О гравитационном течении частиц неправильной формы на шероховатом скате / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. - 2004. - Т.10, № 2. - С. 513-518.

13. Борщев, В.Я. Исследование структурных и кинематических параметров быстрого гравитационного потока зернистого материала на шероховатом скате / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Вестник Тамбовского университета (серия : Естественные и технические науки). - 2004. -Т. 9, вып. 2. - С. 289-291.

14. Борщев, В.Я. Экспериментальное и аналитическое исследование быстрого гравитационного течения зернистой среды / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. - 2002. - Т. 8, № 3. - С. 436-443.

15. Борщев, В.Я. Разработка метода бесконтактного измерения концентрации твердой фазы в быстром сдвиговом потоке зернистой среды / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Вестник Тамбовского университета (серия : Естественные и технические науки). - 2001. - Т. 6, вып. 4. - С. 428-430.

16. Борщев, В.Я. Исследование эффектов взаимодействия частиц при сдвиговых деформациях зернистой среды / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, О.О. Иванов // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. - 2003. - Т. 9, №2. - С. 230-235.

17. Dolgunin, V.N. Model of segregation in a sheared flow of particulate solids and multifunctional modules for processes with separation / V.N. Dolgunin, A.A. Ukolov, V.J. Borchov // Int. Congress of Chemical Engineering, Chemical Equipment Design and Automation. CHISA-90. - Praha, 1990. - P. 36.

18. Оценка гидромеханики движения материала в барабанном грануляторе-сушилке и совершенствование его конструкции / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, А.А. Уколов [и др.] // Химическая промышленность. - 1986. - № 7. - С. 422-425.

19. Dolgunin, V.N. Development of simulation model of rapid gravity flows of particulate solids on a rough chute / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov // In Kalman. - Israel, 2000. - P. 11.33-11.37.

20. Experimental and analytical research on rapid gravity flows particulate solids / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov, A.M. Klimov // 4th World Congress of Particle Technology. Full text of paper in CD-ROM. - Sudney, Australia, 2002.

21. Dolgunin, V.N. The conveyor shear cell for determination of particle tendency to segregation and mixing / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, A.M. Klimov // 4th European Congress of Chemical Engineering. Full Text of papers in CD-ROM. - Granada, Spain, 2003.

22. A constitutive repationship rapid shear flow of particulate solids / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov, A.M. Klimov // 7th World Congress of Chemical Engineering. Full text of papers. - Glasgow. - 2005. - P. 1-9.

23. Исследование завесы в барабанном грануляторе-сушилке / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, С.П. Рудобашта, А.Н. Плановский; Тамб. ин-т хим. машиностроения. Тамбов, 1982. - 6с. - Деп. в ОНИИТЭХИМ г. Черкассы, 05.07.82. № 289 хп Д82.

24. Борщев, В.Я. Разработка метода определения толщины слоя гравитационного потока на шероховатом скате / В.Я. Борщев, П.А. Иванов, Г.А. Деев // Труды ТГТУ: сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. - Тамбов, 2002. - Вып. 11. - С. 17-20.

25. Компьютерная обработка рентгенограмм при исследовании динамики быстрых гравитационных течений зернистых сред / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, О.О. Иванов, П.А. Иванов // Математические методы в технике и технологиях : сб. тр. XV Междунар. науч. конф. : в 10-и т. - Т. 7. Секция 7. - Тамбов, 2002. - С. 34-37.

26. Борщев, В.Я. Исследование процесса взаимодействия частиц при сдвиговых деформациях в зернистой среде / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Математические методы в технике и технологиях : тез. докл. XVI Междунар. науч. конф. - Ростов-на-Дону, 2003. - Т. 3. - С. 75-77.

27. Борщев, В.Я. Анализ взаимодействия неэластичных несвязных частиц сферической формы в быстром сдвиговом потоке / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А.Иванов // Математические методы в технике и технологиях: тез. докл. XVII Междунар. науч. конф. - Кострома, 2004. - Т. 4. - С. 93-95.

28. Борщев, В.Я. Разработка метода экспериментального определения профиля скорости в гравитационном потоке частиц на шероховатом скате / В.Я. Борщев, П.А. Иванов // Труды ТГТУ : сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. - Тамбов, 2004. - Вып. 15. - С. 3-6.

29. Борщев, В.Я. Моделирование процесса поточной многокаскадной гравитационной сепарации / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // Математические методы в технике и технологиях : тез. докл. XVII Междунар. науч. конф. - Кострома, 2004. - Т. 4. - С. 79-81.

30. Борщев, В.Я. Гравитационная сепарация зернистых материалов по комплексу физико-механических свойств / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // Прогрессивные технологии и оборудование пищевой промышленности : тез. докл. II Междунар. науч. конф. - Воронеж, 2004. - С. 110-112.

31. Борщев В.Я. Исследование поведения одиночных частиц при сдвиговых деформациях в зернистой среде / В.Я. Борщев, Р.А. Шубин, А.А. Уколов // Прогрессивные технологии развития : сб. науч. ст. по материалам науч.-практ. конф. - Тамбов, 2004. - С. 171-173.

32. Борщев, В.Я. Анализ взаимодействия частиц зернистой среды в конвейерной сдвиговой ячейке / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, Р.А.Шубин // Математические методы в технике и технологиях : тез. докл. XVIII Междунар. науч. конф. - Казань, 2005. - Т. 3. - С. 168-170.

33. Борщев, В.Я. Взаимодействие неэластичных несвязных частиц сферической формы в быстром сдвиговом потоке зернистой среды / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А.Иванов // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности : сб. тр. первой междунар. науч.-практ. конф. - СПБ., 2005. - Т. 1. - С. 103-104.

34. Борщев, В.Я. Технология гравитационной сепарации зернистых материалов по комплексу физико-механических свойств./ В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности : сб. тр. Первой Междунар. науч.-практ. конф. - СПБ., 2005. - Т. 1. - С. 104-105.

35. Borschov, V.J. Cascade Gravity Separation Technology of Particulate solids differ in complex of physical and mechanical properties / V.J. Borschov, V.N. Dolgunin, M.U. Dronova // IV-th International Conference Problems of industrial heat Engineering. - Kiev, 2005. - P. 133-134.

36. Борщев, В.Я. Организация процессов смешения и разделения в быстрых гравитационных потоках зернистых сред / В.Я. Борщев, А.Н. Куди, В.Н. Долгунин // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование : сб. тр. Второй Междунар. науч.-практ. конф. - СПБ., 2006. - Т. 4. - С. 188-189.

37. Борщев, В.Я. О рациональной организации технологических процессов в быстрых гравитационных потоках зернистых сред / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Математические методы в технике и технологиях : тез. докл. XIX Междунар. науч. конф. - Воронеж, 2006. - Т. 9. - С. 118-120.

38. Борщев, В.Я. Исследование кинематических и структурных характеристик течения зернистой среды в режиме пластических деформаций./ В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Современные направления теоретических и прикладных исследований : сб. науч. тр. - Одесса. - 2007. - С. 83-85.

39. Модель динамики перемешивания при сдвиговом течении зернистой среды в режиме пластических деформаций / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, Р.А.Шубин, В.А. Пронин // Математические методы в технике и технологиях : тез. докл. XX Междунар. науч. конф. - Ярославль. - 2007. - Т. 3. - С. 95-97.

40. Кинетика процесса сегрегации при сдвиговом течении зернистой среды в режиме пластических деформаций / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, Р.А.Шубин, В.А. Пронин // сб. тр. Междунар. науч. конф. - Иваново, 2007. - С. 29-31.

41. Пат. 2251665, Российская Федерация, B65G15/00. Способ определения высоты слоя сыпучего материала на скате. / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, П.А. Иванов; заявитель и патентообладатель Тамбовский государственный технический университет. - заявл. 22.03.04; опубл. 2005; Бюл. № 13.

42. А.с. 1261703 СССР, МКИ B01J 2/16. Способ получения гранулированного продукта из растворов, суспензий или пульп / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, А.А. Уколов, В.И. Ражев, В.И. Буданцев, Ю.П. Сенаторов, В.И. Кузнецов, В.В. Волков. - № 3745999/31-26; заявл. 29.05.84; опубл. 07.10.86; Бюл. № 37.

43. А.с. 1169723 СССР, МКИ B01J 2/12. Устройство для гранулирования порошкообразных материалов / В.Н. Долгунин, С.П. Рудобашта, В.Я. Борщев, А.А. Уколов, В.И. Ражев, В.И. Буданцев, Ю.П. Сенаторов, В.И. Кузнецов, В.В. Волков. - № 3632605/23-26; заявл. 26.05.83; опубл. 30.07.85; Бюл. № 28.

44. Пат. 2233715, Российская Федерация, В07В13/00. Способ классификации сыпучих материалов/ В. Н. Долгунин, В. Я, Борщев, М. Ю. Дронова, А. М. Климов; заявитель и патентообладатель Тамбовский государственный технический университет - заявлен 19.12.2002; опубликован 10.08.2004; бюл. №22.

45. Патент 2329930, Российская Федерация, B65G15/00. Устройство для определения структурных и кинематических характеристик деформируемого сыпучего материала/ В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, Р.А. Шубин, заявитель и патентообладатель Тамбовский государственный технический университет - заявлен 20.10.2007; опубликован 27.07.2008; бюл. №21.

46. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612486 Расчет коэффициента сегрегации при сдвиговом течении зернистых сред/ В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, Р.А. Шубин; Тамбовский государственный технический университет - заявлено 02.04.2008; зарегистрировано 20.05.2008.

Размещено на .ru