МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Томский Государственный Педагогический Университет»
(ТГПУ)
Факультет технологии и предпринимательства
Кафедра технологии и предпринимательства
Допустить к защите
Декан ФТП
__________Е.В. Колесникова
«___»_______________200_г.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПРИСОЕДИНЕННОЙ МАССЫ И СИЛЫ БАССЕ НА ДВИЖЕНИЕ ПУЗЫРЬКА ВОЗДУХА В ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ
Выпускная квалификационная работа
Научный руководитель:
степень, звание
Ф.И.О.__________
Консультанты:
степень, звание
Ф.И.О.__________
Исполнитель:
студент гр. _______
Ф.И.О.__________
Результат защиты (оценка)__________
Подпись председателя ГАК____________
Томск 2013
Содержание
Аннотация…………………………………………………………………………2
Список основных обозначений…………………………………………………..3
Введение…………………………………………………………………………...4
1.1. Проблема учета «наследственной» силы Бассе и обзор работ, посвященной этой проблеме…………………………………………………….4
1.1.1. Обзор экспериментальных исследований силы Бассе при движении частицы дисперсной фазы с нулевой начальной скоростью…………………8
1.2. Экспериментальная установка и методика исследования, применяемые в НИИ ПММ в рамках изучения этой проблемы………………………………12
1.3. Обзор задач, связанных с процессами седиментации, барботажа, флотации, где важен учет «наследственной» силы Бассе……………………18
1.3.1. Седиментация ……………………………………………………………18
1.3.2. Аэрация (барботаж) или процесс насыщения кислородом воды………20
1.3.3. Флотация………………………………………………………………….22
2. Оценка влияния эффекта присоединенной массы на движение дисперсной фазы в поле сил тяжести……………………………………………………….32
3. Физико-математическая модель движения пузырька в вязкой жидкости с учетом присоединенной массы и силы Бассе………………………………...38
3.1. Физико-математическая модель движения пузырька в случае присутствия в жидкости поверхностно–активных веществ (ПАВ)……………………….38
3.2. Физико-математическая модель движения пузырька с учетом поправки Адамара–Рыбчинского ………………………………………………………..44
4. Результаты численного исследования, сравнение с экспериментом................................................................................................46
Выводы............................................................................................................57
Литература……………………………………………………………………...58
Приложение……………………………………………………………………..61
П.1. Программа расчета……………………………………………………….62
Аннотация
Особенности нестационарного движения частиц дисперсной смеси (твердых частиц, капель и пузырьков) в потоке жидкости или газа представляют интерес для решения ряда практических и технологических задач, связанных с обтеканием одиночной сферы бесконечным потоком. Понимание динамики и основных закономерностей движения частиц является важным в задачах экологии, в природных явлениях, в некоторых технологических процессах. В качестве примеров можно привести процессы седиментации, барботажа, флотации, качки судов и т.п. При нестационарном движении таких частиц начинают проявляться в полной мере эффект присоединенной массы и сила Бассе. Все существующие на данный момент работы в этой области посвящены исследованию течений при Re>1 (большие скорости частиц и малая вязкость жидкой среды). Данная работа восполняет этот пробел и рассматривает проблему при малых числах Рейнольдса (Re<1). Получено численное решение математической модели всплытия пузыря воздуха с учетом эффекта присоединенной массы и сила Басе на основе созданной программы расчета на алгоритмическом языке программирования Fortran. Работа выполнялась в тесном контакте с коллективом ученых НИИ ПММ, где были проведены экспериментальные исследования по этой проблеме.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Re – число Рейнольдса
- сила
сопротивления
- плотность
дисперсионной среды
- ускорение
свободного падения
- диаметр частицы
- плотность
материала частицы
- давление
- вектор скорости
частицы
- коэффициент
динамической вязкости жидкости
- радиус шара
(частицы)
- коэффициент
кинематической вязкости дисперсионной
среды
- стационарная
скорость движения частицы
- сила Стокса
- сила Бассе
- скорость несущей
среды (жидкости)
- присоединенная
масса жидкости
- отношение
плотности жидкости и частицы
- единичный вектор
- вес 100 частиц, в
граммах
- плотность частицы
- плотность раствора
- скорость
стационарного осаждения частицы
r – радиус пузыря
- плотность жидкости
t – время