Моделирование процесса криогранулирования жидкостей и разработка методики создания аппарата для криогрануляции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат наук Ермолаева Полина Юрисовна

• Ермолаева Полина Юрисовна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Ермолаева Полина Юрисовна

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОЦЕССЫ, АППАРАТЫ, УСТАНОВКИ ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ПРИ АЗОТНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

1.1 Процессы гранулирования при низких температурах

1.1.1 Диспергирование целевого продукта

1.1.2 Процесс охлаждения

1.1.3 Кристаллизация

1.1.4 Механический вывод гранулята

1.2 Аппараты и агрегаты гранулирования

ГЛАВА 2. ТЕПЛОМАССООБМЕН ПРИ КРИОГРАНУЛИРОВА-

НИИ КАПЕЛЬ ЖИДКОСТЕЙ В АЗОТНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

2.1 Моделирование процесса замораживания капель жидкостей по стадиям криогранулирования

2.2 Математическое моделирование процесса тепломассообмена при гранулировании капель жидкостей

2.3 Газогидродинамика процесса криогранулирования жидкостей

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ КРИОГРАНУ-ЛИРОВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ АЗОТНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

3.1 Диспергирование и диспергирующее устройство

3.2 Тепломассообмен при криогранулировании

3.3 Экспериментальные исследования

3.4 Вариативность режимов криогранулирования

Стр-

3.5 Система обеспечения процесса криогранулирования

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ И ВЫБОРА РЕЖИМОВ РАБОТЫ АГРЕГАТА ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАНУЛИРОВАНИЯ ЦЕЛЕВОГО ПРОДУКТА

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

а - коэффициент теплоотдачи,

Вт/(м К);

а± - коэффициент теплоотдачи на сухой поверхности капли, Вт/(м К);

а2 - коэффициент теплоотдачи на смоченной поверхности капли,

Вт/(м2К);

£ - степень черноты для сферической капли;

д - текущий угол погружения капли в криогенную жидкость, рад.;

Я - коэффициент теплопроводности капли, Вт/(м К);

А^ - коэффициент теплопроводности жидкой фазы капли, Вт/(м К);

Аг - коэффициент теплопроводности твердой фазы капли, Вт/(м К);

Ааз - коэффициент теплопроводности азота, Вт/м К;

д - коэффициент расхода форсунки;

•уаз - кинематическая вязкость паров азота, м2/с;

р - плотность капли, кг/м3;

р1 - плотность криогенной жидкости, кг/м3;

2

о - постоянная Стефана-Больцмана, Вт/(м •К );

т - время протекания процесса, с;

Дт - время от момента попадания капли в жидкий криоагент до момента

начала кристаллизации для двух начальных температур капли, с; ткрисг1 - время в момент попадания капли в жидкий криоагент, с; Ткрист2 - время до момента начала кристаллизации капли, с; тпл - время плавания капли на поверхности криоагента, с;

ф - относительное количество твёрдой фазы;

2

А - ускорение капли, м/с ;

Ср - теплоемкость капли, Дж/(кг К);

Срэф - эффективная объемная теплоемкость капли,

Дж/(м К);

С1 - теплоемкость жидкости, кДж/кг • К;

С2 - теплоемкость замороженной жидкости, кДж/кг • К;

Срж,Ср1 - объемная теплоемкость жидкой фазы капли,

Дж/(м К);

Ср0 - объемная теплоемкость капли в начальный момент времени, Дж/(м3

К);

^ртв'^р/ - объемная теплоемкость твердой фазы капли, Дж/(м3 К);

срп - теплоемкость азота, Дж/кг К;

срр - теплоемкость пара, Дж/кг К;

ср/ - теплоемкость жидкой капли, Дж/кг К;

ср1 - теплоемкость льда, Дж/кг К;

В - диаметр капли, м;

д0 - ускорение свободного падения, м/с2;

Н - высота полета гранул, м;

к - толщина паровой прослойки между гранулой и криогенной жидко-

стью, м;

^зам - проделанный за время замерзания путь, м; Ь - удельная теплота затвердевания (плавления), Дж/кг;

Ь/ - скрытая теплота кристаллизации жидкой капли, Дж/кг;

- теплота фазового перехода азота, Дж/кг; Ьзам - скрытая теплота замерзания жидкости, кДж/кг; Ьатп - теплопроводность азота, Вт/м К; Ьатр - теплопроводность пара, Вт/м К; Ьат/ - теплопроводность жидкой капли, Вт/м К; Ьат1 - теплопроводность твердой капли, Вт/м К; т - массовый расход азота, кг/с;

Мк - масса капли, кг;

Мп - масса паровой прослойки, кг;

М^2 - масса азота, необходимая на образование замерзшей гранулы, кг;

тип - динамическая вязкость азота, Н с/м2;

Р - давление в паровой прослойке между каплей и криогенной жидко-

стью, МПа;

АР - перепад давления на форсунке, Па;

q - удельный тепловой поток от капли к парам азота на стадии ее ох-

лаждения, Вт/м ;

ботв - количество теплоты, отведенное от капли при замораживании, Вт; R, r - радиус капли, м;

rp - радиус паровой прослойки между каплей и криогенной жидкостью,

м;

Rпpeд - предельный радиус капли, при котором она плавает на поверхности

криоагента, м; rof - плотность жидкости и льда, кг/м3;

ron - плотность азота, кг/м3;

rop - плотность пара, кг/м3;

r_ - скрытая теплота кипения, Дж/кг;

51 - площадь поверхности капли, контактирующей с газом, м2;

52 - площадь поверхности капли, погруженной в криогенную жидкость,

2

м;

Sk - площадь поверхности капли, м2;

Т01 - температура капли в момент попадания капли в жидкий криоагент,

К;

7q2 - температура капли в момент начала кристаллизации капли, К;

Ti - температура криогенной жидкости на линии насыщения, К;

Tf - начальная температура криогенной жидкости, К;

T - температура капли в определенный момент времени, К;

Tcen - температура в центре капли, К;

Tpov - температура на поверхности капли, К;

T0 - температура кристаллизации жидкости капли, К;

Тнач - начальная температура жидкой капли, К;

Tbom - температура замерзания жидкой капли, К;

Тн - температура в начальный момент времени, К;

т к - температура в конечный момент времени, К;

- температура на поверхности капли, К;

- температура азота, К;

Дt - предельный перепад температур, К;

^зам - время замерзания капли-гранулы, с;

^макс - максимально возможное время замораживания, с;

и, и - скорость капли в начальный момент времени, м/с;

Ук - объем капли, м3;

Уп - объем паровой прослойки, м3;

- объем азота, м3;

^нач - начальная скорость падения капли в парах азота, м/с;

X - координата центра капли;

У - координата вдоль линии контакта;

Б1 - число Био;

Го - число Фурье;

М - число Якоба;

Ш - число Нуссельта;

Рг - число Прандтля;

Яв - число Рейнольдса.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование процесса криогранулирования жидкостей и разработка методики создания аппарата для криогрануляции»

ВВЕДЕНИЕ

Получение продуктов в промышленных масштабах связано с фазовым переходом и, в частности, с их кристаллизацией при низких температурах в процессе реализации технологического цикла производства готовой продукции или полуфабрикатов.

Для интенсификации тепловых и массообменных процессов, формирования структуры целевого продукта, исключения тепловой деструкции в охлаждаемом продукте применяют гранулирование в среде низких температур. Поэтому применение криогранулирования является энергоэффективным методом обработки продукции, а в ряде случаев единственно возможным технологическим решением.

Основными целевыми продуктами, изучаемыми в работе, являются вещества химико-технологических процессов и близких к ним биотехнологических процессов.

При рассмотрении выполненных исследований, реализованных в технологических решениях промышленного производства криогранулированной продукции, можно сделать вывод, что комплексный подход решения этой задачи не был ранее реализован.

Важность и актуальность решения указанной задачи также отмечается в нормативных документах Минпромторга России. Согласно стратегии развития химического и нефтехимического комплекса на период до 2030 года, утвержденной приказом Минпромторга России и Минэнерго России от 8 апреля 2014 года № 651/172, необходимо рассматривать и разрабатывать технологии и их аппаратурное оформление энергоэффективным и металлоэкономным.

Методика компоновки агрегатов для процесса криогранулирования и выбора параметров режимов работы аппаратов в России в достаточной мере не исследована, либо отсутствует.

Для обеспечения энергоэффективности технологического процесса и его металлоэкономного аппаратного оформления необходимо рассматривать весь процесс получения целевого продукта, как единое целое, а его аппаратное оформление, как единый агрегат, состоящий из механизмов, аппаратов, арматуры и приборов, трубопроводов, скомпонованных по функциональному признаку.

Агрегат состоит из основного аппарата технологической схемы - крио-гранулятора, а также системы подачи, хранения и получения жидкого низкотемпературного хладагента.

Цель исследования состоит в моделировании процесса криогранулирова-ния жидкостей и разработке методики создания аппарата для криогрануляции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить основные научные задачи:

1. Обзор и анализ научных публикаций, посвященных криогранулирова-нию жидких веществ.

2. Разработка методики и алгоритма расчета времени образования крио-гранулята жидких веществ, на примере воды, глицерина, спирта и ацетона, с размером гранул от 0,1 до 5,0 мм.

3. Разработка программного инструмента для решения задачи о промерзании в жидком азоте гранул жидких веществ диаметром 0,1 - 5,0 мм.

4. Разработка программного обеспечения для моделирования и визуализации процесса промерзания капли на разных этапах процесса криогранулиро-вания.

5. Разработка экспериментального стенда криогранулятора и методики проведения экспериментальных исследований.

6. Разработка рекомендаций для создания иммерсионного агрегата крио-гранулирования монодисперсных гранул при азотных температурах, учитывающие особенности целевого продукта.

7. Разработка методик:

• компоновки агрегатов для получения целевого продукта в твердом состоянии при низкой температуре;

• методики расчета параметров режима работы аппаратов, составляющих агрегат для получения целевого продукта в твердом состоянии.

Решение основной научной задачи исследования состоит в реализации комплексного подхода (учет взаимодействия разнохарактерных факторов, обусловливающих эффективность протекающего процесса) к аппаратному оформлению агрегатов для производства криогранулированного целевого продукта.

Данный подход требует рассмотрения всех узлов и составляющих единый агрегат механизмов, аппаратов, арматуры, приборов, трубопроводов, скомпонованных для получения целевого продукта в твердом состоянии при низкой температуре с учетом его физико-химических свойств.

При этом должны быть разработаны методики расчета и выбора параметров работы отдельных элементов системы с учетом функционирования всего агрегата в целом с целью получения целевого продукта с заданными параметрами физико-химических свойств и структурно-функциональными показателями.

Частные задачи исследования перечислены ниже:

- определение направлений, путей и средств повышения эффективности и совершенствования процесса криогранулирования,

- определение роли и места цикла замораживания в общем процессе криогранулирования,

- классификация методов и этапов процесса гранулирования при низких температурах,

- анализ и создание модели поведения гранул веществ в жидком азоте и его парах,

- создание агрегата для криогранулирования веществ при азотных температурах,

- проведение экспериментальных исследований для подтверждения правильности методики.

Основные научные результаты, их новизна, достоверность и практическая ценность могут быть сформулированы следующим образом:

1. Разработана аналитическая методика определения времени промерзания в жидком азоте капель жидкостей различных веществ с образованием гранул диаметром менее 1,0 мм.

2. Разработана математическая модель процесса криогранулирования по стадиям: охлаждение капель в парах азота, охлаждение и кристаллизация капель в толще азота и процесс дальнейшего охлаждения до получения твердого состояния по всему объему гранулы, и решена задача о промерзании капли вещества на каждом из этих этапов.

3. Предложен новый подход к решению задачи о промерзании капли жидкости диаметром 0,1 - 5,0 мм энтальпийным методом и модифицированной задачи Стефана, основным отличием которой является нахождение распределения скоростей и давления паров азота в сферическом слое между каплей и жидким азотом, а также определены силы, действующие на каплю в вертикальном направлении, и динамика центра масс капли до момента полного замерзания.

4. Разработаны рекомендации для создания иммерсионного агрегата криогранулирования для получения монодисперсных гранул диаметром 0,1 -5,0 мм при азотных температурах (Т = 77 К, при режимах: без применения форсунки при давлении 0,1 МПа и с применением форсунки с давлением выхода из нее АР = (2,5 — 10,0) •105Па), учитывающие особенности целевого продукта: вид, состав и свойства гранулируемой жидкости.

5. Разработаны методики:

- создания принципиальной схемы криогранулятора для получения целевого продукта в твердом состоянии;

- расчета термодинамических режимов работы криогранулятора, в зависимости от типа целевого продукта: вида и термодинамического состава гранулируемой жидкости.

Достоверность полученных результатов исследования обеспечивается применением апробированных способов измерения параметров с помощью сер-

тифицированных измерительных приборов. Достоверность результатов математического моделирования подтверждается сходимостью с экспериментальными данными. Основные уравнения математических моделей основаны на законах и уравнениях термодинамики, а сами модели решены современными численными методами.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, полученных автором, подтверждается результатами работы изготовленного опытного образца аппарата для низкотемпературного гранулирования целевого продукта.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

1. Разработаны методика и алгоритм определения времени промерзания капель жидких веществ диаметром 0,1 - 5,0 мм.

2. Получены оригинальные данные о времени образования гранул и термодинамических режимах процесса промерзания различных жидкостей с размером капель 0,1 - 5,0 мм.

3. Разработаны рекомендации по рациональным режимным параметрам процесса криогранулирования капель жидких веществ диаметром 0,1 - 5,0 мм.

4. Изготовлены опытные образцы криогрануляторов для получения гра-нулята диаметром 0,1 - 5,0 мм производительностью 0,5 - 10 л/ч.

5. На основе рекомендаций автором работы разработан аппарат периодического действия, предназначенный для криогранулирования жидких веществ: количество заправляемого жидкого азота на 1 порцию до полного его испарения 1,42 л, производительность гранулята 0,679 кг за цикл.

Обоснованность научных положений, полученных автором, рекомендаций и выводов подтверждается результатами работы изготовленного опытного образца аппарата для низкотемпературного гранулирования целевого продукта.

Выносимые на защиту научные положения:

1. Физическая и математическая модели процесса промерзания капли жидкости диаметром от 0,1 до 5,0 мм по стадиям протекания процесса криогра-нулирования.

2. Новый подход к решению задачи о промерзании капель жидких веществ диаметром 0,1 - 5,0 мм с применением энтальпийного метода и модификации задачи Стефана, основным отличием которой является нахождение распределения скоростей и давления паров азота в сферическом слое между каплей и жидким азотом и определены силы, действующей на каплю в вертикальном направлении, и динамика центра масс капли до момента полного замерзания.

3. Методика и алгоритм расчета времени образования гранулята из жидких веществ таких, как вода, глицерин, спирт и ацетон, с размером гранул от 0,1 до 5,0 мм.

4. Экспериментальные данные о времени промерзания капель диаметром 0,1 - 5,0 мм различных жидкостей (вода, раствор кофе, раствор КМп04, глицерин, спирт, ацетон) при температуре 77 К и при режимах: без применения форсунки при давлении 0,1 МПа и с применением форсунки с давлением выхода из нее АР = (2,5; 5,0; 5,5; 7,0; 8,5; 10,0) • 105Па.

5. Рекомендации для создания иммерсионного агрегата криогранулирова-ния для получения монодисперсных гранул диаметром 0,1 - 5,0 мм при азотных температурах (Т = 77 К, при режимах: без применения форсунки при давлении 0,1 МПа и с применением форсунки с давлением выхода из нее АР = (2,5; 5,0; 5,5; 7,0; 8,5; 10,0) • 105Па), учитывающие особенности целевого продукта, такие как: вид, состав и свойства гранулируемой жидкости.

Разработанная методика аппаратурного оформления комплексного оборудования для гранулирования и выбора параметров режима работы криогра-нулятора позволяют проектировать оборудование и обеспечить технологический процесс промышленного производства криогранулированной продукции с заданными параметрами физико-химических свойств и структурно-функциональными показателями.

Создано два опытных образца аппарата иммерсионного типа для гранулирования жидких капель диаметром 0,1 - 5,0 мм, входящих в состав агрегатов с системой снабжения жидким азотом по схеме:

а) периодического действия:

• стационарный сосуд Дьюара, V > 40 л;

• переносной сосуд Дьюара;

• танк, V > 1,8 м ;

б) непрерывного действия:

• установка ЗИФ фирмы Philips.

Сформирована теоретическая база, используемая в учебном процессе в читаемых на кафедрах дисциплинах, для последующих разработок в области криогранулирования. Разработанная методика позволяет предсказывать поведение гранул веществ при криогранулировании в аппаратах иммерсионного типа на разных стадиях протекания процесса.

Полученная в работе модель поможет определить температурный фронт внутри гранулы, скорость промораживания гранулы, время нахождения гранулы на поверхности криоагента, что позволит повысить качество получаемого продукта в технологическом процессе.

Результаты работы доложены и обсуждены на конференциях:

- IV International conference for young scientists "Low Temperature Physics". B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering The National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkiv (Харьков, 2013 г.);

- Научно-практическая конференция студентов, магистрантов и аспирантов, посвященная памяти Л.А. Костандова в Университете машиностроения (Москва, 2013);

- Третья Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Инновационные разработки в области техники и физики низких температур» на кафедре «Техника низких температур» им. П.Л. Капицы Университета машиностроения (Москва, 2013 г.);

- Конференция «Индустрия холода для продовольственной, энергетической и экологической безопасности» в рамках международной выставки "CHILLVENTA ROSSIJA 2014" (Москва, 2014 г.);

- VII Международная научно-техническая конференция "Низкотемпературные и пищевые технологии" в Институте холода и биотехнологий Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2015 г.);

- Научно-практическая конференция, посвященная столетию со дня рождения Л.А. Костандова в Университете машиностроения (Москва, 2015 г.);

- Конференция «Школа молодых ученых имени профессора И.М. Кал-ниня» в рамках 13-ой Международной специализированной выставки Мир климата 2017 (Москва, 2017 г.) и заседании ученого совета ВНИХИ, выписка из протокола № 10 от 23.06.2016 г (Москва, 2016 г.).

Основные результаты опубликованы в 10 научных работах, в том числе имеется 3 статьи в журналах из перечня ВАК РФ, рекомендуемых для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание степени кандидата наук.

Диссертационная работа состоит из перечня условных обозначений, введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа изложена на 146 страницах: 129 страниц текста, список литературы на 7 страницах и приложение на 10 страницах; а также содержит 56 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 74 наименований.

ГЛАВА 1. ПРОЦЕССЫ, АППАРАТЫ, УСТАНОВКИ ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ПРИ АЗОТНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

1.1Процессы гранулирования при низких температурах

Разработка аппаратов для замораживания гранулированных продуктов химической промышленности находится в стадии исследования и испытания опытно-промышленных образцов установок.

Аппараты с использованием низкокипящих агентов нашли применение для получения гранулированных продуктов из растворов, суспензий и расплавов, для получения гранулированных продуктов термолабильных и термостойких материалов [1].

После гранулирования улучшаются свойства хранения и транспортирования, возможны механизация и автоматизация процессов последующего использования веществ, улучшается производительность, уменьшаются потери сырья и готовой продукции.

Криохимические порошки, полученные такими способами, обладают рядом преимуществ:

- высокая химическая однородность;

- высокая гранулометрическая однородность;

- высокая однородность распределения микрокомпонентов и микропримесей;

- однородность распределения фазовых выделений в многофазных компонентах.

Криогранулирование позволяет повысить качество получаемых продуктов, - благодаря физике процесса сохраняются исходные свойства веществ.

Криогранулирование имеет ряд преимуществ:

- азотные температуры, что важно для термолабильных материалов;

- возможность разделения растворов и суспензий, содержащих компоненты с близкими температурами кипения;

- возможность концентрирования растворов и суспензий, склонных к образованию пены (молочная сыворотка, свекольный сок, пиво, чай и т.д.) [2].

К преимуществам замораживания веществ в виде гранул можно отнести и возможность организации непрерывного процесса с полной его автоматизацией.

Процессы в криогрануляторах в широком понятии можно расположить в следующем порядке (Рисунок 1):

Диспергирование - Охлаждение - Кристаллизация - Механический вывод

Рисунок 1. Этапы процесса гранулирования 1.1.1 Диспергирование целевого продукта

Процесс образования капель происходит тремя возможными режимами:

• квазистатический;

• динамический;

• линейный.

Поскольку плотность газа гораздо меньше плотности жидкости, переход в струйный режим при диспергировании жидкостей происходит при скоростях истечения 0,2 - 0,4 м/с и является предпочтительным режимом в промышленных аппаратах [3].

Согласно исследованиям автора [4] основным способом получения монодисперсных частиц является:

• диспергационный - разбрызгивание жидкостей, измельчение твердых тел и взмучивание порошков;

• конденсационный - испарение жидкости в газовом потоке и последующая конденсация управляемым способом на ядрах конденсации.

В свою очередь диспергационные методы распыла подразделяются на:

1) использующие объемные силы при диспегрировании:

• диспергирование вращающимся диском - в центр вращающегося диска подается жидкость, которая под действием сил инерции подвергается механическому дроблению и сбрасывается с него в радиальном направлении;

• центробежные форсунки - сужение выходного отверстия форсунки обеспечивает повышение скорости распыляемого вещества. На выходе давление исчезает и остаются слои жидкости с аэродинамическим образованием волн, в следствии которых образуются капли жидкости разной величины;

2) использующие силы поверхностного натяжения при диспергировании: генераторы вынужденного капиллярного распада жидких струй - в генераторе механическими способами с помощью модуляции скорости истечения, продольной или поперечной вибрации насадки, с помощью электрических или акустических полей производятся возмущения струи, формируемой каналом истечения, которые экспоненциально возрастают во времени, что приводит к распаду струи на капли;

3) использующие иные силы при диспергировании:

• аэродинамическое диспергирование - разрыв струи жидкости, истекающей из капилляра, под действием воздушной струи, концентричной капилляру;

• использование кавитации для диспергирования - использование кавитации для диспергирования жидкости: на твердую подложку с каналом наносится тонкий слой жидкости. При небольшом избыточном давлении воздуха в канале образуется воздушный пузырек, который, увеличиваясь, схлопывается.

При этом верхняя часть оболочки пузырька прорывается и по поверхности образовавшейся пустоты пробегает круговая капиллярная волна длиной, равной диаметру пузырька. Фронт волны движется к пустоте, и в момент смыкания образуется всплеск, который формирует каплю;

• метод вибрирующей иглы - острие иглы, погруженное в жидкость, смачивается и когда выводится их нее, вытягивает с поверхности жидкости тонкую струю, при отделении от поверхности и от острия иглы которая стягивается в каплю;

• электростатическое диспергирование - основан на нестабильности заряженной поверхности жидкой струи: в генераторе жидкость под давлением поступает в капилляр, где образовывается выпуклая искривленная поверхность. Под действием разности потенциалов между капилляром и плоской пластиной с отверстием, расположенная перед капилляром выпуклая искривленная поверхность вытягивается и от нее отделяется заряженная капля;

• метод генерации частиц импульсным давлением - выброс из насадки специальной формы капли жидкости при импульсном изменении давления внутри диспергатора с помощью пьезоэлектрических, магнитострикционных и других типов преобразователей.

Самым эффективным по версии автора Пажи Д.Г. [5] является гидравлическое распыливание (2 - 4 кВт на диспергирование 1 т жидкости). Данный способ наиболее распространен, хотя имеет ряд недостатков, таких как: неоднородный и грубый распыл, труднорегулируемый расход при заданном качестве дробления и затруднен распыл высоковязких жидкостей.

При свободном падении (скорость истечения равна нулю) жидкость вытекает из сопла в виде единичных капель, при возрастании скорости истечения образуется короткая струя и неравномерные капли (Рисунок 2). После отрыва капель образуются неравномерные расширения по длине струи. Под действием давления в расширении меньшего диаметра образуются крупные фракции получаемых капель.

Рисунок 2. Разрушение цилиндрической струи при увеличении скорости

истечения

При скорости истечения воды 1,85 - 2,5 м/с образуются наиболее равномерные капли диаметром соответственно 0,75 - 0,43 мм. При дальнейшем увеличении скорости истечения число одинаковых капель уменьшается, так как образуются дополнительные капли из-за распада наметившегося сужения-перемычки.

На повышенных скоростях режим истечения приближается к турбулентному.

При пневматическом диспергировании энергия подводится к жидкости за счет динамического взаимодействия с высокоскоростным потоком газа. Скорости потоков достаточно велики, поэтому жидкость сначала расслаивается на отдельные нити, которые затем превращаются в капли.

Достоинством способа является небольшая зависимость качества распыла от расхода жидкости, надежность и возможность распыливания вязких жидкостей. Недостатком - повышенный расход энергии и необходимость в оборудовании для распыливающего агента.

Определяющим фактором разрушения струи считается воздействие скоростного потока газа со скоростью 50 - 300 м/с. Возникающее трение между

потоками газа и жидкости приводит к закреплению с одной стороны, а с другой - к вытягиванию жидкости в виде нитей, которые распадаются в местах утонь-шения и образуют мелкие капли.

При сочетании нескольких способов распыла можно получить характеристики, которые не достигаемы при использовании только одного метода распы-ливания.

При гранулировании можно получать форму гранул в виде шара, цилиндра, куба, чечевицы и т.д., но в пределах одной партии форма одинакова.

На диаметр образующейся капли при распыле из форсунки влияет вязкость жидкости, давление в форсунке и расход через нее.

Для конкретных условий производства и требований к качеству готового продукта совмещение пневматического и гидравлического распыливаний может уменьшить затраты энергии и получить распыл с высокими дисперсными характеристиками.

Распыл с помощью форсунок применяется в таких областях производства, как: техника обработки поверхностей; химическая промышленность; машиностроение; бумажная промышленность; пожарная безопасность.

Существуют следующие типы форсунок:

• аксиальные;

• тангенциальные;

• пучковые.

Аксиальные форсунки (Рисунок 3, а) с факелом распыла «полный конус» позволяют распылять жидкость равномерно по круглой поверхности.

Вращательное движение образуется из-за завихрителей при свободном прохождении жидкости. Распределение жидкости происходит с высокой точностью, жидкость центрально ориентирована в завихрительной смесительной камере форсунки. Оптимизированный завихритель обеспечивает высокую степень надежности в эксплуатации благодаря большим водопропускным отверстиям.

Аксиальные форсунки с факелом распыла «полный конус» имеют разные углы распыла и разные уровни расхода жидкости.

Данный тип форсунок создает самое тонкое распыление.

Тангенциальные форсунки (Рисунок 3, б) с факелом распыла «полный конус» подходят для распыления циркулирующей жидкости и жидкости с высоким содержанием твердых веществ.

т

Рисунок 3. Форсунка: а - аксиальная с факелом распыла «полный конус»; б - тангенциальная с факелом распыла «полный конус»

Распыляемая среда по касательной вводится в завихрительную камеру и приводится там во вращение.

Форсунки работают без дополнительных завихрителей и поэтому не склонны к засорению.

Форма струи создается специально созданными фрезами, которые устремляют приведенную во вращение жидкость прямо к центру струи, что дает равномерное распределение на поверхности со стабильными углами конуса распыла.

При использовании форсунок с факелом «полный конус» можно получать диаметр капель от 0,3 до 4,3 мм.

Пучковые форсунки (Рисунок 4) благодаря объединению множества отдельных тонко распыляющих форсунок способны создать большую область покрытия распыляемой средой. Крайне тонкое распыление полным конусом создается благодаря нескольким распыляющим друг в друга с плотным вихревым потоком воды.

Рисунок 4. Пучковая форсунка

При использовании данного типа форсунки можно получать диаметр капель от 0,2 до 0,4 мм.

1.1.2 Процесс охлаждения

Первичное охлаждение капель жидкости можно разделить на два этапа: 1) Охлаждение капель при движении в газовой среде.

Браунштейном Б.А. была рассмотрена данная задача [6]. Для случая сильно разреженного потока, когда отсутствует взаимное влияние капель и каждая из них может рассматриваться независимо, трудно дать рекомендации по расчету теплоотдачи при конвективном теплоотводе, так как отсутствуют экспериментальные данные для сфер диаметром около 1 мм.

2) Охлаждение капель в объеме низкокипящей жидкости.

Из-за значительной разницы температур капель по сравнению с температурой насыщения криоагента охлаждение происходит в режиме пленочного кипения. Главное отличие от классического случая пленочного кипения на погруженной сфере заключается в том, что капля не закреплена в объеме жидкости, а имеет возможность свободно перемещаться, в частности, плавать на поверхности криоагента, окруженная пленкой пара.

Жидкие криогенные продукты широко применяются в криохимии для замораживания растворов, в частности, водных. Таким образом, изучение вопросов, связанных с изучением получения криогранул сферической формы, является значимым для области высоких технологий, к которым можно отнести крио-химию.

Криогенные жидкости нашли широкое применение в пищевой промышленности для замораживания растворов и суспензий, в частности, водных, с целью получения криогранул сферической формы. Для получения целевых продуктов заданного качества с использованием низкотемпературных технологий в пищевой промышленности большое значение имеет многофакторность влияния на конечное качество материала параметров технологических стадий, предшествующих замораживанию.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ермолаева Полина Юрисовна, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кикалишвили, О.И. Обезвоживание и грануляция в аппарате фонтанирующего слоя с дополнительным боковым вводом теплоносителя: дис. ... канд. техн. наук. Москва: Московский Ордена Трудового Красного Знамени текстильный институт имени А.Н. Косыгина. 1984. 187 с.

2. Комяков, О.Г. Низкотемпературно обезвоживание жидких пищевых продуктов (теория, исследования, интенсификация) : дис. ... докт. техн. наук в форм. науч. докл. Москва: НИИ пищеконцентр. промышленности и специальной пищевой технологии. 1996. 77 с.

3. Броунштейн Б.И, Щеголев В.В. Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах Л.: Химия, 1988. 336 с.

4. Аметистов Е.В., Блаженков В.В., Городов А.К. Монодиспергирование вещества: принципы и применение. М.: Энергоатомиздат, 1991. 336 с.

5. Пажи Д.Г., Галустов В.С. Основы техники распыливания жидкости М.: Химия, 1984. 256 с.

6. Браунштейн Б.А., Фишбейн А.Н. Тепломассообмен в дисперсных системах. М.: Химия, 1979. 236 с.

7. Клименко А.В., Синицын А.Г. Плавание сферы с температурой предельного перегрева жидкости // Московский энергетический институт. - Вып. 97. 1984. С. 104-112.

8. Клименко А.В., Шелепень А.Г., Синицын А.Г. Теплоотдача и условия плавания капель с температурой, значительно отличающейся от температуры жидкости // Известия Сибирского отделения Академии наук СССР. Серия технических наук. Вып. 4. 1989. С. 96-104.

9. Sanderson Katharine. How to boil water without bubbles. Nature. 2012. 10.1038/nature.2012.11400.

10. Рагозин Н.А. Скорость охлаждения микрокапель воды в среде неподвижного воздуха // Реактивные топлива. Изд. 2. 1963. 166 с.

11. Бетин А.В., Бондарева Н.В., Кобрин В.Н. Функциональные системы аэрокосмической техники: учебное пособие. Харьков: ХАИ, 2005. 112 с.

12. Сидякина Т.М. Консервация микроорганизмов // Серия «Консервация генетических ресурсов». Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1985. 63 с.

13. Клименко В.В. Сравнительная эффективность охлаждающих сред для получения твердых замороженных частиц // Труды МЭИ. Вып. 545. 1981. С. 42-55.

14. Белуков С.В., Коршунов А.З. Исследование криорезистентности крио-гранулированных клеток микроорганизмов // Труды МГУИЭ. 1998. С. 114-120.

15. Гуйго Э.И., Журавская Н.К., Каухчешвили Э.И.. Сублимационная сушка в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1972. 433 с.

16. Применение замораживания-высушивания в биологии / под ред. Р.М. Харриса. М.: Пищевая промышленность, 1956. 538 с.

17. Карпов А.М., Андреев Е.Ф., Белуков С.В.. Влияние замораживания на выживаемость и сохранность медпрепаратов: Производство и применение продуктов микробиологических производств: Обзорная информация // ВНИИ-СЭНТИ Минмедпрома СССР, 1989. Вып. 4. 61 с.

18. Никитин Е.Е., Звягин И.В. Замораживание и высушивание биологических препаратов. М.: Колос, 1971. 342 с.

19. Третьяков Ю.Д. Низкотемпературные процессы в химии и технологии // Соросовский образовательный журнал. Химия. 1996. № 4. С. 45-51.

20. Колосов М.Ю., Синицын А.Г., Хохлов И.В., Щеглов С.И. Замораживание гранул в установке криогранулирования жидких материалов // Инженерно-физический журнал. Т. 60. Вып. 4. 1991. С. 610-615.

21. Аметистов Е.В., Дмитриев А.С. Монодисперсные системы и технологии. М.: МЭИ, 2002. 392 с.

22. Аметистов Е.В., Клименко В.В., Павлов Ю.М.. Кипение криогенных жидкостей. М.: Энергоатомиздат, 1995. 400 с.

23. Белуков С.В., Кименс П.Ю. Теплофизические зависимости при гранулировании в жидком азоте дисперсных частиц диаметром от 1 до 5 мм // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. №1 (15). Т. 4. С. 130-133.

24. Белуков С.В. Криогранулирование как способ формирования структурно-функциональных свойств целевых продуктов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2007. № 10. С. 19-21.

25. Белуков С.В., Соколов А.В. Криогранулирование в жидком азоте как способ получения заданных параметров материалов: инженерный подход // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2012. № 8. С. 30-33.

26. Генералов, М.Б. Криохимическая нанотехнология. М.: Академкнига, 2006. 325 с.

27. Бражников С.М., Генералов М.Б., Трутнев Н.С. Вакуум-сублимационный способ получения ультрадисперсных порошков неорганических солей // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2004. № 12. С. 1215.

28. Клименко А.В., Синицын А.Г. Экспериментальное исследование пленочного кипения на поверхности свободно плавающих сферических частиц // МЭИ. Вып. 91. 1986. С. 128-137.

29. Макеев А.А. К расчету криогранулятора // Разработка, исследование оборудования для получения гранулированных материалов: Межвузовский сборник научных трудов. МИХМ. 1985. С. 11-15.

30. Hendricks R.C., Baumeister K.J. Liquid or solid on liquid in Leidenfrost film boiling // Adv. Cryog. Eng. Vol. 16. 1971. P. 455-466.

31. Берри Д. Биология дрожжей. М.: Мир, 1985. 96 с.

32. Бекер М.Е. Введение в биотехнологию. М.: Пищевая промышленность, 1978. 231 с.

33. Бекер М.Е., Лиепиньш Г.К, Райпулис Е.П. Биотехнология. М.: Агро-промиздат, 1990. 334 с.

34. Безбородов А.М. Биохимические основы микробиологического синтеза. М.: Пищевая промышленность, 1984. 304 с.

35. Новаковская С.С., Шишацкий Ю.И. Производство хлебопекарных дрожжей. М.: Агропромиздат, 1990. 335 с.

36. Казакова, Е.А. Гранулирование и охлаждение в аппаратах с кипящим слоем. М.: Химия, 1973. 152 с.

37. Казакова, Е.А. Гранулирование и охлаждение азотосодержащих удобрений. М.: Химия, 1980. 288 с.

38. Классен П.В., Гришаев Н.Г. Основы техники гранулирования. М.: Химия, 1982. 272 с.

39. Чижов Г.Б. Вопросы теории замораживания пищевых продуктов. М.: Пищпромиздат, 1956. 140 с.

40. Тутова Э.Г., Куц П.С. Сушка продуктов микробиологического производства. М.: Агропромиздат, 1987. 303 с.

41. Лебедев Д.М., Перельман Т.П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме. М.: Энергия, 1973. 288 с.

42. Сублимационная сушка пищевых продуктов растительного происхождения / под ред. В.Г. Поповского. М.: Пищевая промышленность, 1966. 335 с.

43. Лыков А.В., Грязнов А.А. Молекулярная сушка. М.: Пищепромиздат, 1956. 272 с.

44. Чижов Г.Б. Вопросы теории замораживания пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1971. 301 с.

45. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск: Наука, 1970. 660 с.

46. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Изд. 5-е, перераб. и доп. М.: Атомиздат, 1979. 416 с.

47. Кутателадзе С.С. Теплопередача при конденсации и кипении. 2-е изд. М.-Л.: Машгиз, 1952. 232 с.

48. Несис Е.И. Кипение жидкостей // Успехи физических наук. Т. 87. Вып. 4. 1965. С. 615-653.

49. Илюхин В.В., Катюхин В.А., Каухчешвили Э.И. Использование криогенных жидкостей для получения замороженных гранул жидких пищевых про-

дуктов. В кн. Современные методы сублимационного и криогенного консервирования пищевых продуктов и биологических материалов / под ред. Бражнико-ва А.М., Каухчешвили Э.И., Яушевой Э.Ф. М.: Национальный комитет Международного института холода. 1975. С. 42-54.

50. Глазков В.В., Жилин В.Г., Зейгарник Ю.А. Исследование развития неустойчивости и разрушения парового слоя на твердой нагретой полусферической поверхности // Теплофизика высоких температур. 2000. Т. 38. № 6. С. 935944.

51. Rohsenow W.M. Advance Chem. Engng. New York. № 1. 1956.

52. Александров А.А. Теплоэнергетика и теплотехника: Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. М.: Издательство МЭИ, 2001. 564 с.

53. Крюков А.П., Селянинова Ю.Ю. Влияние процессов тепломассопере-носа на кривизну границы раздела фаз пар-жидкость // Новосибирск. Институт теплофизики СО РАН. XXVIII Сибирский теплофизический семинар. СТС-XXVIII. 2005. Статья 059. С. 1-14.

54. Толстых Т.Н. Теплоперенос при замораживании продуктов микробиологического синтеза в криогенных жидкостях: дис. ... канд. техн. наук. Екатеринбург: Политехн. ин-т. 1991. 272 с.

55. Клименко А.В., Синицын А.Г. Экспериментальное исследование пленочного кипения на поверхности свободно плавающих сферических частиц. М.: Моск. энер. ин-т. Вып. 91. 1986. С. 128-137.

56. Макеев А.А. Процессы диспергирования и замораживания растворов в установке криохимического синтеза неорганических материалов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Москва: МИХМ. 1983. 16 с.

57. Белуков С.В., Соколов А.В. Программное замораживание при условиях плавания гранул жидкофазных суспензий в процессе криогранулирования // Вестник международной академии холода. 2012. № 1. С. 15-19.

58. Юдаев Б.Н. Теплопередача: учебник для втузов. М.: Высшая школа, 1973. 360 с.

59. Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Численные методы решения задач конвекции-диффузии. М.: Едиториал УРСС, 2004. 248 с.

60. Васильев В.И., Попов В.В. Численное решение задачи промерзания грунта // Математическое моделирование. 2008. Том 20. №7. С. 119-128.

61. Макеев А.А. О коэффициенте теплоотдачи при пленочном кипении жидкости на поверхности плавающей сферы // Московский энергетический институт. В кн. Современные проблемы использования энергии в теплоэнергетических комплексах промышленных предприятий. Вып. 595. 1982. С. 62-70.

62. Клименко А.В., Синицын А.Г. Плавание сферы с температурой, превышающей температуру предельного перегрева жидкости // МЭИ. Вып. 34. 1986. С. 78-87.

63. Клименко А.В., Синицын А.Г. Теплоотдача при пленочном кипении на поверхности свободно плавающих сфер // МЭИ. Вып. 161. 1988. С. 78-87.

64. Белуков С.В., Некрасов А.К., Кименс П.Ю. Математическое определение температурного поля дисперсной частицы при ее охлаждении в криогенной жидкости // Известия МГТУ МАМИ. 2012. №2 (14). Т. 4. С. 190-197.

65. Иллюхин В.В., Катюхин В.А. Новое зарубежное оборудование для низкотемпературного гранулирования жидких и пастообразных мясных и молочных продуктов. М.: Минмясомолпром СССР, 1972. 45 с.

66. Сальников В.С. Монодисперсное гранулирование пастообразных материалов в жидком азоте: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Калинин: Калин. политехн. ин-т. 1990. 19 с.

67. Лугинин М.И. Разработка и исследование струйного криоконцентра-тора жидких продуктов: дис. ... канд. техн. наук. Краснодар: Кубанский государственный технологический университет. 2008. 138 с.

68. Гулевич В.И., Бражников С.М., Волынец А.З. Сублимационное обезвоживание криогранул солей ферритообразующих компонентов на оребренных поверхностях // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2004. №12. С. 2426.

69. Гулевич В.И. Криохимическая технология многокомпонентных материалов со структурно-чувствительными свойствами: автореф. дис. ... докт. техн. наук. Москва: Моск. гос. ун-т инженер. экологии. 2010. 332 с.

70. Алмаши Э., Эрдели Л., Шарой Т. Быстрое замораживание пищевых продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 408 с.

71. Артюхов А.Е., Кононенко Н.П. Анализ результатов промышленного внедрения вращающихся вибрационных грануляторов плава в агрегатах получения аммиачной селитры // Вюник СумДУ. Серiа «Техтчт науки». 2013. № 1. С. 35-41.

72. Кудинов А.А. Техническая гидромеханика: учебное пособие. - М.: Машиностроение, 2008. 368 с.

73. Кислицын А.А., Шабов А.Б. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Тепломассообмен» для студентов специальности «Теплофизика». Тюмень: Издательство Тюменского гос. ун-та. 2007.

74. Радкевич Я.М., Схиртладзе А.Г., Лактионов Б.И. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник для вузов. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. 788 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

П.1. Алгоритм программы на языке программирования Фортран-90 в системе Compaq Visual Fortran для ЭВМ для диаметра капли 1,0 мм.

** Проба Криоохлаждение ** nx=50 icx=02 ny=45 icy=22 nz=01 ifi=01

lcsy22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 222

Признак размерности - 2

lx-> 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

ly-> 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 lz-> 3 4 5 6 7 7 7 7 7 6 5 4 3 0 0 0

--> ish 4444

44 01 11111111111111111111111111111111111111111111111111

** Шарики ** ^=02Число комбинаций - 003 Фвыв-msz.r 1) 2 2 1 002

2) 3 4 16004

3) 6 5 26005

1 3*10*01 "x" 1 2 33 01 1 1*49*01 "y"

** Д **

shtau =0.00001 tauk =10.01 th =20.0 filin =t.nac rhr =0.0001 поверхности (мм) fi0 =0.0001 dtp =0.05 nsp =0010 idoor =1 filout=5_100.txt nf =2 ipe =01

ipc: 01 45 88 24 74 60

Шаг интегрирования по времени, с Время процесса, с Начальная температура, С

Файл с начальным распределением температуры Радиус наружной (Лг=<0.) или внутренней (Лг>0.)

Начальный угол для шара (угловые градусы)

Время первой печати, с

Число шагов между печатью

1 - запись в файл(рисунок), 2 - печать

Имя файла записи

Номер канала печати

Число цепочек для печати (=<20)

73

******Размеры шагов сетки по пространству************** 0.0200е 00 0.0100е 00 0.1500е 00-4.0000е 00 0.0000е 00 0.0160е 00 h 0.0200е 00 0.0240е 00 0.0280е 00 0.0320е 00 0.0400е 00 0.1000е 00 0.2000е 00 0.3000е 00 0.0000е 00 8.5000е 01 1.5000е 02 2.0000е 02

TFG lam0 cpo0 qv0 alam acro aqv

0.6800e 00 4.2400e+06 0.0000e+00 1.9000e+01 2.4000e 01 0.0000e 00

*тфг*1.вода

1.4400e 00 3.9660e 06 0.0000e 00-0.0000e+00 0.0000e 00 0.0000e 00 2. стекло

1.4400e 01 3.9660e 06 0.0000e 00 0.0000e+00 0.0000e 00 0.0000e 02 3. ct.x18h10t

0.0740e 00 1.1000e 05 2.9500e 08 0.0000e-04 0.0000e 00 0.0000e 00 4. перлит

0.0450e 00 1.4000e 04 0.0000e 00 0.0000e 00 0.0000e 00 0.0000e 00 5. ppu

0.0000e 00

0.0000e 00

0.0000e 00

0.0000e 00

Ew

0.0000e 00 0.8000e 00 0.8000e 00

*Потоки *****pot ***** dp0t ***************

1.t 1.0000 SHTAU

2. 0.0 al.

3.e 0225.0 005.000 all

4.e -196.0 500.000 tl

5. 20.0 005.0000 t2

6.e 0010.0 005.0 a2

7. 20.0 5. tиз

8. .0100 000.0002 w

9. 4000000000.0 200000000. qv 7. 777.0

** Таблицы ** (не больше 200 строк ,f12.4,f13.5)

1. 00000.0000 00.005 shtau

2. 999000.000 00.005

*3* 000000.000 0000000.00 al=0 *4* 9999900.000 00.0000

*5* 0.000 100.000 al1 *6* 9999990.000 100.000

*7* 0.000 0.000 *8* 9999900.000 0.000 *9* 0.000 1100.000 10* 9999900.000 1100.000

11. 0.000 0090.

12. 30.000 0090.

13. 70.100 1000.

14. 9999999.000 100.

15 0.000 0.000

16 2.000 0.000

17 2.200 1100.000

18 9999999. 1100.0 19. -196.000 002.250

-0.250 002.250 0.250 0.550 20.000 0.60 50.000 0.69 196.0 1908192.00 -30.0 1908192.00 -0.26 1731104.00 -0.25 656000000. 0.25 656000000. 0.26 4200000.00 50.0 4200000.00 200.0 0.09

20. 21. 22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30. 27. 20. 21. 22. 23.

400. 600. 800. 1000.

24. 1300.

0.12

0.14

0.2

0.33

0.58

П

t2

а12

тпр-ть воды

тпл-ть воды

13. 777.

* Движение * пЛх =02 пУ =00 ^ =101 kend =046

!***** Данные для отрисовки ***** Файл - m.bmp

пе=09 NSX=050 NSY=000 DH=1.0 №=010000 xmii=0777.000 xmai=002.5001 ymii=0000.000 ymai=004.0001 ZMIN=-191.000 7МАХ=0020.000 кр=4 0001 0050 0530 0550 1935 3828 0045

П.2. Алгоритм программы на языке программирования PascalABC.NET для ЭВМ для веществ: вода, спирт этиловый, глицерин, этиленгликоль, ацетон.

Program _Drop_; const

variant='0';

dt=0.000001; dtpr=0.001; g=9.8; {Uskorenie}

lambda=0.00782;{Teploprovodnost' parov azota} ca=1151; {Teploemkost' parov azota} roa=4.61;{Plotnost' parov azota} aa=lambda/(ca*roa);{Temperaturnost' parov azota} nua=1.2*0.000001;{Kinematicheskaya vjazkost' parov azota} Vbeg=0.0;{Nachal'naja skorost' kapli} Pr=nua/aa;{Chislo Prandtlja parov azota} Tbeg=293.0;{Nachal'naja temperatura kapli} Taz=77.35;{Temperatura parov azota}

r:array[1..5] of real=(0.0001,0.0003,0.0005,0.0007,0.001); Tzam:array[1..5] of real =(273.1, 158.65, 291.33, 260.85, 178.15); lambd:array[1..5] of real =(0.588, 0.181, 0.283, 0.523, 0.169); ro:array[1..5] of real =(998, 793.6, 1272, 1116, 790.5); c:array[1..5] of real =(4182, 2380, 2430, 3890, 2160); cc:array[1..5] of real =(1389, 972, 920, 775, 2030); Qud:array[1..5] of real =(333700, 108940, 198880, 326000, 82000);

var t1,h1,t2,h2,t3,h3,tpr:real; f:text; ij:integer;

procedure Drop(r,Tzam,lambda,ro,c,cc,Qud:real;var t1,h1,t2,h2,t3,h3:real);

var t,Tt,Tt1,q,QQ:real;

function V(t:real):real;{Skorost' kapli} var alf:real; begin alf:=9*nua/(2*r*r);

V:=g/alf*(1-(1 -alf*Vbeg/g)*exp(-alf*t)) end;

function st(a,b:real):real; begin

st:=exp(b*ln(a)) end;

function Nu(t:real):real; var Re:real; begin Re:=2*V(t)*r/nua; Nu:=2+0.03*st(Pr,0.33)*st(Re,0.54) +0.35*st(Pr,3.5)*st(Re,0.53) end;

h1:=0;

repeat

t:=t+dt;

h1:=h1+V(t)*dt;

q:=Nu(t)*lambda/(2*r)*(Tt-Taz); Tt:=Tt-q*dt/(1/3*r*ro*c); if t>=tpr then begin

tpr:=tpr+dtpr end

until Tt<=Tzam;

t1:=t;

h2:=h1;

QQ:=0;

repeat

t:=t+dt;

h2:=h2+V(t)*dt;

q:=Nu(t)*lambda/(2*r)*(Tzam-Taz); QQ:=QQ+q*dt*4*pi*r*r; if t>=tpr then begin

tpr:=tpr+dtpr end

until QQ>=Qud*4/3*pi*r*r*r*ro;

Tt1:=Tzam;

repeat

t:=t+dt;

h3:=h3+V(t)*dt;

q:=Nu(t)*lambda/(2*r)*(Tzam-Taz); Tt1:=Tt1-q*dt/(1/3*r*ro*cc); if t>=tpr then begin

tpr:=tpr+dtpr end

until Tt1<=Taz; t3:=t end;

begin

assign(f,'var'+variant+' .txt'); rewrite(f);

for j:=1 to 5 do begin for i:=1 to 5 do begin

tpr:=dtpr;

Drop(r[i],Tzam[j ],lambd[j ],ro[j],c[j],cc[j],Qud[j ],t1,h1,t2,h2,t3 ,h3); writeln();

writeln(f,' Fo=',#9, lambd[j]/c[j]/ro[j]*t2/r[i]/r[i]:15:8, #9, ' Ga=',#9, g*r[i]*r[i]*r[i]/nua/nua: 15:8, #9, ' Ja=',#9, c[j]*(Tbeg-Tzam[j])/Qud[j]:15:8, #9, ' T=',#9, (Tbeg-Tzam[j])/(Tbeg-Taz):15:8, #9,

' t1=',#9, t1:15:12, #9, ' t2=' #9, t2:15:12, #9, ' t3=',#9, t3:15:12, #9, ' h1=',#9, h1:15:12, #9, ' h2=',#9, h2:15:12, #9, ' h3=',#9, h3:15:12)

end;

writeln(f); writeln(f); writeln(f); end;

close(f) end.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(МОСКОВСКИМ ПОЛИТЕХ)

АКТ

ТИТ c/^f /7. /î. ^ у tx~

(место составления)

о учебной о Политеха Ю.М. Боровин 201£г

печать)

О внедрении в учебный процесс университета результатов научной работы

Ермолаевой Полины Юрисовны на тему «Моделирование процесса криогранулирования жидкостей и разработка методики создания аппарата для криогрануляции» на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.03 - Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

Мы, нижеподписавшиеся

начальник учебно-методического управления - А.Н. Толстов,

декан факультета химической технологии и биотехнологии - C.B. Белу ков,

заведующий кафедрой техники низких температур им. П.Л Капицы - C.B. Белуков,

составили настоящий акт в том, что результаты диссертационнои_

(научно-исследовательской или диссертационной)

работы Ермолаевой П.Ю. по теме «Моделирование процесса криогранулирования жидкостей и разработка методики создания аппарата для криогрануляции» имеют теоретическое и практическое значение для учебного процесса и внедрены в учебный процесс Московского политехнического университета при обучении студентов направления подготовки 16.04.03 Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения по дисциплине «Криохимическая нанотехнология».

(направления подготовки: шифры и названия, рабочие программы дисциплин: название)

Кафедра, внедрившая результаты: «Техника низких температур» им. П.Л. Капицы».

Дата и номер протокола заседания кафедры, на котором рассмотрены результаты внедрения: 28.06.2018 г., протокол №81.

Начало использования объекта внедрения: сентябрь 2018 г.

Начальник учебно-методического управления

Декан факультета внедрившего разработку

А.Н. Толстов

Составлен в 2-х экземплярах:

1-й экземпляр - кафедра техники низких температур им. П.Л. Капицы

2-й экземпляр - кафедра техники низких температур им. П.Л. Капицы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХ)

АКТ

/3 ор oUl/<f № /¿-аф. 77/is-*/ /7. //-

(место составления)

чебной олитеха .М. Боровин

О внедрении в учебный процесс университета результатов научной работы

Ермолаевой Полины Юрисовны на тему «Моделирование процесса криогранулирования жидкостей и разработка методики создания аппарата для криогрануляции» на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.03 - Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

Мы, нижеподписавшиеся

начальник учебно-методического управления - А.Н. Толстов, декан факультета химической технологии и биотехнологии

C.B. Белуков,

заведующий кафедрой техники низких температур им. ПЛ. Капицы - C.B. Белуков,

составили настоящий акт в том, что результаты диссертационной_

(научно-исследовательской или диссертационной)

работы Ермолаевой П.Ю. по теме «Моделирование процесса криогранулирования жидкостей и разработка методики создания аппарата для криогрануляции» имеют теоретическое и практическое значение для учебного процесса и внедрены в учебный процесс Московского политехнического университета при обучении студентов направления подготовки 16.04.03 Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения по дисциплине «Криохимическая нанотехнология».

(направления подготовки: шифры и названия, рабочие программы дисциплин: название)

Кафедра, внедрившая результаты: «Техника низких температур» им. П.Л. Капицы».

Дата и номер протокола заседания кафедры, на котором рассмотрены результаты внедрения: 28.06.2018 г., протокол № 81.

Начало использования объекта внедрения: сентябрь 2018 г.

Начальник учебно-методического управления

Декан факультета внедрившего разработку

А.Н. Толстов

Составлен в 2-х экземплярах:

1-й экземпляр - кафедра техники низких температур им. П.Л. Капицы

2-й экземпляр - кафедра техники низких температур им. П.Л. Капицы