Константин Ефанов - Аппараты с перемешивающими устройствами

Применение соосной комбинации противоположного вращения за счет возникающего синергетического эффекта позволит получить КПД и тягу, превышающие суммарный КПД и тягу для двух составляющих винтов и КПД для одиночного колеса такой же мощности, как показано для воздушных винтов в работе. К оценке эффективности вентилятора можно применить теорию идеального винта, согласно которой потеря КПД происходит за счет закручивания потока и трения на лопастях. Для соосной комбинации колес противоположного вращения закручивание потока на выходе будет отсутствовать. Закручивание воздуха после колеса ухудшает процесс охлаждения для АВО с рециркуляцией. Неравномерное смешение холодного и нагретого воздуха в диффузоре и последующий поворот воздуха вызывают несимметричное поле температур. Для соосной комбинации исключается его поворот на выходе.

Оформление конструкции соосного узла АВО реализуется так же через редуктор, как и на аппаратах с мешалками.

В настоящее время при проектировании технологических установках в специальных программах производится расчет параметров аппарата на технологической схеме. Замет вызывается специальный модуль программы, в который передаются полученные данные и выполняется технологический расчет аппарата. Результатом является эскиз аппарата, который используется для проектирования конструкции.

Методы расчета потоков в аппаратах основаны на критериальных методиках гидравлики.

Расчет вычислительными методами гидродинамики, основанными на численном решении дифференциальных уравнений и учитывая при необходимости кинетики химических реакций, может реализован в специальных компьютерных пакетах расчетов методом конечных элементов.

Сравнивая два похода расчетов по критериальным методикам и методом конечных элементов, можно использовать расчет МКЭ для точного проектирования после технологического расчета по критериальным методикам. При проектировании аппарата по аналогу или с нуля по техническому заданию расчет по методу конечных элементов может применяться сразу.

Сравним теоретическое основание программ двух видов.

Нобелевский лауреат, академик Л.Д. Ландау в работе [5,с.12] отмечает: «… замечания о характере изложения гидродинамики … гидродинамику как часть теоретической физики… чтобы создать по возможности более ясную картину явлений и их взаимоотношений. … мы не излагаем в ней как приближенных методов гидродинамических расчетов, так и тех из эмпирических теорий, которые не имеют более глубокого физического обоснования »».

Критреиальные зависимости введены для возможности решения уравнений гидродинамики с использованием эмпирических результатов и методика не является теоретически точной в отличии от методов вычислительной гидродинамики.

В настоящее время при доступности программных пакетов, расчет процессов перемешивания должен выполняться точными методами гидродинамики.

Васильцов в работе [1,с.81] указывает, что для решения ряда технологических задач явлений переноса для быстроходных мешалок используется уравнение Кафарова [7,с.200]:

Это уравнение получается из уравнения полной производной концентраций [7,с.198]:

Кафаров отмечает [7,с.200], что последнее уравнение должно быть проинтегрировано совместно с уравнениями движения и сплошности в граничных условиях турбулентного потока, что вызывает непреодолимые трудности. И поэтому производится замена на критериальные уравнения.

В настоящее время с применением компьютерных пакетов МКЭ численных расчетов таких трудностей не возникает и можно получать более точные и обоснованные результаты расчета.

__

Рассмотрим критериальную методику расчета аппаратов с мешалками.

Самой простой моделью является модель реактора идеального смешения периодического или непрерывного. Эта модель не показывает структуру потоков в аппарате, а показывает изменение концентрации вещества в потоке.

Для модели идеального смешения вещество мгновенно равномерно распределяется по всему объему аппарата [6,с.111]. По этой модели можно определить необходимый объем аппарата через время пребывания, которое находится по кинетическому уравнению реакции. В этом аспекте модель полезна, в остальном некорректна.