Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды
Методом численного моделирования исследовано влияние ширины зазора между цилиндрическими рабочими элементами, количества радиальных прорезей и скорости вращения ротора на динамические характеристики течения жидкости в рабочем объеме роторно-пульсационного аппарата. Методом числового моделювання досл...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2008 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2008
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61184 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды / Б.В. Давыденко, А.Н. Ободович, А.И. Тесля, А.Н. Недбайло // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 5. — С. 42-46. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61184 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Давыденко, Б.В. Ободович, А.Н. Тесля, А.И. Недбайло, А.Н. 2014-04-26T16:52:24Z 2014-04-26T16:52:24Z 2008 Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды / Б.В. Давыденко, А.Н. Ободович, А.И. Тесля, А.Н. Недбайло // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 5. — С. 42-46. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61184 662.758 Методом численного моделирования исследовано влияние ширины зазора между цилиндрическими рабочими элементами, количества радиальных прорезей и скорости вращения ротора на динамические характеристики течения жидкости в рабочем объеме роторно-пульсационного аппарата. Методом числового моделювання досліджено вплив ширини зазору між робочими циліндричними елементами, кількості радіальних прорізів та швидкості обертання ротора на динамічні характеристики течії рідини в робочому об’ємі роторно-пульсаційного апарату. Using the method of numerical, we study the influence of the interstice width between cylindrical working elements, the quantity of radial slits and rotor rotation velocity on the dynamic characteristics of liquid flow in the working volume of a rotor pulse apparatus. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды The influence of geometrical and conditional parameters of rotor-pulse devices on the dynamical characteristics of flow of a treated medium Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды |
| spellingShingle |
Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды Давыденко, Б.В. Ободович, А.Н. Тесля, А.И. Недбайло, А.Н. Тепло- и массообменные процессы |
| title_short |
Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды |
| title_full |
Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды |
| title_fullStr |
Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды |
| title_full_unstemmed |
Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды |
| title_sort |
влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды |
| author |
Давыденко, Б.В. Ободович, А.Н. Тесля, А.И. Недбайло, А.Н. |
| author_facet |
Давыденко, Б.В. Ободович, А.Н. Тесля, А.И. Недбайло, А.Н. |
| topic |
Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet |
Тепло- и массообменные процессы |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
The influence of geometrical and conditional parameters of rotor-pulse devices on the dynamical characteristics of flow of a treated medium |
| description |
Методом численного моделирования исследовано влияние ширины зазора между цилиндрическими рабочими элементами, количества радиальных прорезей и скорости вращения ротора на динамические характеристики течения жидкости в рабочем объеме роторно-пульсационного аппарата.
Методом числового моделювання досліджено вплив ширини зазору між робочими циліндричними елементами, кількості радіальних прорізів та швидкості обертання ротора на динамічні характеристики течії рідини в робочому об’ємі роторно-пульсаційного апарату.
Using the method of numerical, we study the influence of the interstice width between cylindrical working elements, the quantity of radial slits and rotor rotation velocity on the dynamic characteristics of liquid flow in the working volume of a rotor pulse apparatus.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61184 |
| citation_txt |
Влияние геометрических и режимных параметров роторно-пульсационных аппаратов на динамические характеристики течения обрабатываемой среды / Б.В. Давыденко, А.Н. Ободович, А.И. Тесля, А.Н. Недбайло // Промышленная теплотехника. — 2008. — Т. 30, № 5. — С. 42-46. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT davydenkobv vliâniegeometričeskihirežimnyhparametrovrotornopulʹsacionnyhapparatovnadinamičeskieharakteristikitečeniâobrabatyvaemoisredy AT obodovičan vliâniegeometričeskihirežimnyhparametrovrotornopulʹsacionnyhapparatovnadinamičeskieharakteristikitečeniâobrabatyvaemoisredy AT teslâai vliâniegeometričeskihirežimnyhparametrovrotornopulʹsacionnyhapparatovnadinamičeskieharakteristikitečeniâobrabatyvaemoisredy AT nedbailoan vliâniegeometričeskihirežimnyhparametrovrotornopulʹsacionnyhapparatovnadinamičeskieharakteristikitečeniâobrabatyvaemoisredy AT davydenkobv theinfluenceofgeometricalandconditionalparametersofrotorpulsedevicesonthedynamicalcharacteristicsofflowofatreatedmedium AT obodovičan theinfluenceofgeometricalandconditionalparametersofrotorpulsedevicesonthedynamicalcharacteristicsofflowofatreatedmedium AT teslâai theinfluenceofgeometricalandconditionalparametersofrotorpulsedevicesonthedynamicalcharacteristicsofflowofatreatedmedium AT nedbailoan theinfluenceofgeometricalandconditionalparametersofrotorpulsedevicesonthedynamicalcharacteristicsofflowofatreatedmedium |
| first_indexed |
2025-11-25T22:45:38Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:45:38Z |
| _version_ |
1850571984744742912 |
| fulltext |
2. Исаченко В.П. Теплообмен при конденса;
ции. – М.: Энергия, 1977. – 240 с.
3. Fujii T., Uehara H., Kurata Ch. Laminar film;
wise condensation of flowing vapour on a horizontal
cylinder // Int. J. Heat and Mass Transfer. – 1972. –
Vol. 15, № 2. – P. 235–246.
4. Бойко Л.Д., Кружилин Г.Н. Теплоотдача
при конденсации пара в трубе // Изв. АН СССР.
Энергетика и транспорт. – 1966. – № 5. –
С. 113–128.
5. Риферт В.Г., Сардак А.И., Тобилевич А.Н.
Режимы течения фаз и теплообмен при конден;
сации пара внутри горизонтальных труб // Изв.
АН СССР. Энергетика и транспорт. – 1985. –
№ 4. – С. 101–109.
6. С.С.Кутателадзе, А.И. Леонтьев. Тепло;
массообмен и трение в турбулентном погранич;
ном слое.– М.: Энергоатомиздат, 1985. – 320 с.
7. Справочник по гидравлике / Под. ред.
В.А. Большакова. – К.: Вища школа, 1984. – 343 с.
8. Щукин В.К., Халатов А.А., Филин В.А. Гради;
ентный метод исследования теплообмена в каналах
переменного сечения // Изв. Вузов. Серия Авиа;
ционная техника. – 1969. – № 4. – С. 121 – 128.
9. Сардак А.И. Теплообмен при ламинарной
пленочной конденсации движущегося пара внут;
ри горизонтальной трубы: Автореф. дис. … канд.
техн. наук. – К., 1987. – 16 с.
10. Дейнеко А.І., Гончаренко А.А., Барабаш П.О.,
Голіяд М.Н., Горін В.В. Метод товстостінної труби
при дослідженні конденсації в трубах // Вісник
Інженерної Академії України. – 2008. – № 1. –
С. 97 – 101.
11. Корн Г., Корн Т. Справочник по математи;
ке для научных работников и инженеров. – М.:
Наука, 1978. – 832 с.
12. Смирнов В.И. Курс высшей математики.
Т.2. – М.: Наука, 1974. – 656 с.
13. Бойко Л.Д. Исследование теплоотдачи при
конденсации пара внутри трубы. В кн.: Теплооб;
мен в элементах энергетических установок. – Л.:
Наука, 1966. – С. 197–212.
Получено 20.08.2008 г.
42 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 5
ТЕПЛО( И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Методом числового моделювання
досліджено вплив ширини зазору між
робочими циліндричними елементами,
кількості радіальних прорізів та швид(
кості обертання ротора на динамічні ха(
рактеристики течії рідини в робочому
об’ємі роторно(пульсаційного апарату.
Результати досліджень можуть бути ви(
користані для оптимізації геометричних
та режимних параметрів апаратів дано(
го типу.
Методом численного моделирования
исследовано влияние ширины зазора
между цилиндрическими рабочими эле(
ментами, количества радиальных проре(
зей и скорости вращения ротора на ди(
намические характеристики течения
жидкости в рабочем объеме роторно(
пульсационного аппарата. Результаты
исследования могут использоваться для
оптимизации геометрических и режим(
ных параметров аппаратов данного типа.
Using the method of numerical, we
study the influence of the interstice width
between cylindrical working elements, the
quantity of radial slits and rotor rotation
velocity on the dynamic characteristics of
liquid flow in the working volume of a rotor
pulse apparatus. The results of investiga(
tion can be used for the optimization of
geometrical and conditional parameters of
the apparatus of this type.
УДК 662.758
ДАВЫДЕНКО Б.В., ОБОДОВИЧ А.Н.,
ТЕСЛЯ А.И., НЕДБАЙЛО А.Н.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И РЕЖИМНЫХ
ПАРАМЕТРОВ РОТОРНО(ПУЛЬСАЦИОННЫХ
АППАРАТОВ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТЕЧЕНИЯ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ СРЕДЫ
Введение
Роторно;пульсационные аппараты (РПА) счи;
таются одними из наиболее эффективных уст;
ройств для производства мелкодисперсных
эмульсий из гетерогенных смесей взаимно нера;
створимых жидкостей. Рабочими органами РПА
являются полые коаксиальные цилиндрические
тела, разделенные узкими зазорами и снабжен;
ные радиальными прорезями. Эти цилиндричес;
кие тела либо жестко закреплены (статоры), либо
вращаются с высокой угловой скоростью (роторы).
Роторы и статоры располагаются последовательно.
Неподвижными и вращающимися рабочими орга;
нами создаются такие гидродинамические усло;
вия, при которых текущая через рабочую зону ге;
терогенная среда подвергается воздействию
импульсно изменяющихся во времени градиен;
тов давления, а также нормальных и касательных
напряжений. Такое воздействие на поток приво;
дит к импульсному изменению величин и направ;
лений векторов скорости и ускорения, что в ито;
ге вызывает дробление дисперсных включений.
Кроме степени дисперсности обрабатываемой
гетерогенной смеси, весьма важными техничес;
кими характеристиками РПА считаются средне;
массовая радиальная скорость ее течения , оп;
ределяющая производительность аппарата, и
уровень тепловыделений в рабочей зоне за счет
диссипации механической энергии Q. Из аппара;
тов, обеспечивающих заданный размер дисперс;
ных включений, наиболее эффективным являет;
ся тот, у которого выше производительность и
ниже суммарная мощность источников тепловы;
деления, характеризующая непроизводительные
затраты энергии. Указанные технические показа;
тели определяются геометрическими и режим;
ными параметрами РПА, среди которых наибо;
лее важными следует считать ширину зазора
между цилиндрическими рабочими элементами,
количество радиальных прорезей и скорость враще;
ния ротора. Влияние указанных параметров на
среднемассовую скорость течения и мощность ис;
точников тепловыделения за счет диссипации энер;
гии в рабочей зоне РПА рассматривается в данной
работе.
Постановка задачи и результаты
численного исследования динамических
характеристик потока в рабочей зоне РПА
В основу исследований указанных характерис;
тик положен метод численного моделирования
течения вязкой жидкости через рабочую зону
РПА. Течение рассматривается как двумерное в
горизонтальном сечении аппарата, перпендику;
лярном общей оси рабочих элементов. Гетеро;
генный поток считается однородной средой с
эффективными теплофизическими свойствами.
Рассматривается сектор, включающий периоди;
чески повторяющиеся фрагменты рабочей зоны,
содержащий прорези статоров и ротора, а также
левую и правую половины стенок статоров. Гра;
ничные условия на левой и правой плоскостях,
ограничивающих рассматриваемый сектор, зада;
ются, как условия периодичности. Между вход;
ным и выходным сечениями рабочей зоны зада;
ются нулевые значения тангенциальной
скорости и нулевой перепад давления. Движение
среды в данном случае происходит за счет цент;
робежных сил, возникающих вследствие враще;
ния ротора. Скорость на поверхностях статора рав;
на нулю, а поверхностях ротора равна заданной
угловой скорости его вращения. В такой постанов;
ке задачи динамики и теплопереноса решаются
методом конечных разностей. Математическая
постановка и метод численного решения постав;
ленных задач подробно рассмотрены в [1, 2]. В
этих же работах рассмотрена структура течения
жидкости и поля температуры в рабочей зоне РПА.
V
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 5 43
ТЕПЛО( И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Gr – расход жидкости в радиальном направлении;
– среднемассовая скорость в радиальном
направлении;
Q – мощность источников тепловыделения;
z – количество радиальных прорезей в рабочих
элементах;
δ – ширина зазора между цилиндрическими
элементами;
μ – вязкость;
Δτ – период;
ωо – угловая скорость ротора.
V
Численные исследования выполняются для
аппаратов с основными геометрическими разме;
рами, характерными для РПА типа ТФ;2 [3], при
различных вариантах ширины зазоров δ между
цилиндрическими рабочими элементами, раз;
личным количеством радиальных зазоров z и при
различной угловой скорости вращения ротора ωо.
Как показали результаты расчетов, течение
среды в рабочей зоне РПА – периодическое во
времени. Периодом Δτ в данном случае будет
временной интервал между двумя последователь;
ными совмещениями прорезей ротора с прорезя;
ми статоров. Изменение за период радиального
расхода жидкости с вязкостью μ = 0,1 Па·с через
одну прорезь в зависимости от ширины зазоров
между рабочими элементами при z = 36 и
ωо = 48 об/с показано на рис.1. Как видно из ри;
сунка, при уменьшении ширины зазоров расход
жидкости через прорези рабочих элементов в ра;
диальном направлении также уменьшается.
Кроме ширины зазора, важной конструкцион;
ной характеристикой РПА является количество
прорезей в цилиндрических рабочих элементах.
При неизменной угловой скорости вращения ро;
тора увеличение количества прорезей z уменьша;
ет длительность периода Δτ между моментами
совмещений прорезей ротора и статоров. Тем са;
мым увеличивается частота пульсаций давления
и других динамических характеристик потока об;
рабатываемой среды. При заданных значениях
внутренних и наружных диаметров рабочих эле;
ментов, увеличение количества прорезей изме;
няет соотношение между длиной и шириной
прорези. Это приводит к изменениям в структуре
течения жидкости. При этом также изменяются
значения рассмотренных выше динамических
параметров потока.
Зависимости осредненной за период Δτ сред;
немассовой радиальной скорости жидкости вяз;
костью μ = 0,01 Па·с от количества прорезей z
для различных значений ширины зазоров δ
представлены на рис. 2. Как видно из рисунка,
характер изменения от z оказывается различ;
ным для разных δ. Так для случая δ = 0,2 мм, зна;
чение слабо монотонно возрастает с увеличе;
нием z. Однако для δ = 0,1 мм функция (z)
имеет минимум при z = 34, а для δ = 0,3 мм –
максимум при z = 37. Такие особенности измене;
ния в зависимости от числа прорезей объяс;
няются сложным характером структуры течений
и перераспределения центробежных сил, вызы;
вающих движение среды в радиальном направле;
нии. При этом с увеличением ширины зазора δ
значения увеличиваются так же, как и в слу;
чае, представленном на рис. 1.
Рассмотренные результаты относятся к случаям
вращения ротора с угловой скоростью ωо = 48 об/с.
При увеличении скорости вращения ротора уси;
ливается воздействие центробежной силы на ра;
диальное течении среды через рабочую зону, по;
этому с увеличением ωо увеличивается также и
среднемассовая скорость течения среды. Это сле;
дует из результатов расчетов, полученных для
V
V
V
V
V
44 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 5
ТЕПЛО( И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 1. Изменение во времени радиального расхода
жидкости через одну прорезь в зависимости от
ширины зазоров между рабочими элементами:
1 – δ = 0,2 мм; 2 – 0,15; 3 – 0,1.
Рис. 2. Влияние количества прорезей z в рабочих
элементах на осредненную за период
среднемассовую радиальную скорость при
ωо = 48 об/с: 1 – δ = 0,1 мм ; 2 – 0,2; 3 – 0,3.
жидкости с вязкостью μ = 0,01 Па·с для случая
z = 36 и δ = 0,2 мм (рис. 3).
Как уже упоминалось, важной характеристи;
кой работы РПА является осредненная за период
суммарная мощность тепловыделений в рабочей
зоне Q за счет диссипации энергии. Зависимости
данной величины от ширины зазоров δ, получен;
ные для различных значений количества проре;
зей, представлены на рис. 4. Как и следовало
ожидать, для любого количества прорезей имеет
место рост суммарной мощности тепловыделе;
ний с уменьшением ширины зазоров. В интерва;
ле 0,1 мм < δ < 0,2 мм увеличение тепловыделе;
ний с уменьшением ширины зазоров более
интенсивное, чем в интервале 0,2 мм < δ < 0,3 мм.
Что касается влияния числа прорезей на уровень
тепловыделений, то за счет увеличения частоты
пульсаций всех динамических характеристик те;
чения с увеличением числа прорезей увеличива;
ются также и мощность диссипативных тепловы;
делений Q.
При увеличении скорости вращения рото;
ра увеличиваются как касательные напряже;
ния в прорезях, так и среднемассовая ради;
альная скорость течения среды. В результате
возрастает гидродинамическое сопротивле;
ние потоку в рабочей зоне, вследствие чего
увеличиваются и диссипативные тепловыде;
ления (рис. 5).
Выводы
Анализ влияния геометрических и режимных
параметров РПА показал, что при уменьшении
ширины зазора между рабочими элементами
уменьшается расход жидкости в радиальном нап;
равлении. При этом значительно возрастают
диссипативные тепловыделения в рабочей зоне.
Увеличение количества прорезей в рабочих эле;
ментах может приводить в зависимости от шири;
ны зазора как к увеличению, так и уменьшению
среднемассовой радиальной скорости. Мощ;
ность источников тепловыделения с увеличени;
ем количества прорезей возрастает. С ростом же
числа оборотов ротора увеличиваются как сред;
немассовая радиальная скорость течения обраба;
тываемой среды, так и суммарная мощность теп;
ловыделения за счет диссипации энергии.
Представленные результаты могут использовать;
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 5 45
ТЕПЛО( И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 3. Влияние угловой скорости вращения
ротора на осредненную за период среднемассовую
радиальную скорость среды.
Рис. 5. Влияние угловой скорости вращения
ротора на суммарную мощность тепловыделений
в рабочей зоне РПА при z = 36, δ = 0,2 мм.
Рис. 4. Зависимость суммарной мощности
тепловыделения от ширины зазоров при различном
количестве прорезей (μ = 0,01 Па·с, ωо = 48 об/с):
1 – z = 24; 2 – 36; 3 – 48.
ся для оптимизации геометрических и эксплуата;
ционных параметров РПА.
ЛИТЕРАТУРА
1. Басок Б.И., Кравченко Ю.С., Давыденко Б.В.,
Пироженко И.А. Исследование микроструктуры
потока жидкости в роторно;пульсационном ап;
парате // Доповіді НАНУ. – 2003. – № 11. –
С. 71–76.
2. Басок Б.И., Давыденко Б.В., Ободович А.Н.,
Пироженко И.А. Диссипация энергии в активной
зоне роторно;пульсационного аппарата // До;
повіді НАН України. – 2006. – № 12. – С. 81–87.
3. Басок Б.И., Гартвиг А.П., Коба А.Р., Горячев О.А.
Оборудование для получения и обработки высо;
ковязких дисперсных сред // Промышленная
теплотехника. – 1996. – Т.18, № 1. – С. 50 – 56.
Получено 16.09.2008 г.
46 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2008, т. 30, № 5
ТЕПЛО( И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
|