60…………………… Проблема масштабного перехода при проектировании промышленных аппаратов

Проектирование и внедрение аппаратов большой единичной мощности (например, массообменных колонн до 10 м в диаметре и высотой до 100 м) выявило существенное снижение их эффективности по сравнению с лабораторными моделями (масштабный эффект). Это объясняется рядом причин: возникновением гидродинамических неоднородностей - неравномерностью распределения потоков по сечению аппарата; изменением значений коэффициентов турбулентного переноса; невозможностью достижения одновременного подобия полей скоростей, температур и концентраций (приближенное моделирование); использованием критериев подобия, полученных на основе одномерного рассмотрения аппарата, в то время как поля физических величин могут быть существенно неоднородными в трех измерениях.

В связи с этим возникает проблема масштабного перехода от лабораторной модели к промышленному аппарату. Традиционно она решается следующим образом:

1) изготовление и исследование лабораторной модели, получение математического описания на основе теории подобия или математического моделирования, в последнем случае лабораторные исследования необходимы для идентификации модели;

2) с использованием полученного описания проектирование пилотной установки (больших масштабов), ее изготовление и исследование, коррекция математического описания;

3) проектирование, изготовление и исследование полупромышленной установки с целью коррекции описания;

4) проектирование и изготовление промышленной установки.

Попыткой решения проблемы масштабного перехода в немалой степени объясняется и разработка метода сопряженного физического и математического моделирования.

Основным принципом сопряженного физического и математического моделирования является иерархичность (многоуровневость) пространственно-временных масштабов явлений, протекающих в промышленном аппарате, и, как следствие этого, "слабость" взаимодействия между явлениями различных масштабов. "Слабость" проявляется в отсутствии влияния взаимодействия на структуру математического описания явления, оно может учитываться лишь через изменение некоторых параметров.

В методе сопряженного физического и математического моделирования аппарат представляется в виде системы, состоящей из характерных зон (областей). Математическое описание каждой зоны устанавливается при ее физическом моделировании на лабораторном макете, при этом оно содержит параметры, учитывающие взаимодействие между зонами.

Можно выделить основные этапы сопряженного физического и математического моделирования:

1) выделение характерных зон аппарата;

2) экспериментальное изучение отдельных зон на физических моделях;

3) составление математических моделей зон; их идентификация по данным физического эксперимента;

4) синтез математической модели аппарата в целом, ее идентификация на основе удовлетворения исчерпывающему описанию;

5) проверка адекватности модели, при необходимости - коррекция;

6) использование модели для проектирования и оптимизации промышленного аппарата.

Преимуществами данного метода являются: возможность физического моделирования отдельных характерных зон аппарата, (простота экспериментальных установок, соблюдение подобия); детальное, подробное описание явлений в промышленном аппарате; удобство использования для оптимизации конструкций аппарата; переход к одноуровневой схеме проектирования промышленных аппаратов (лабораторная модель - промышленный аппарат).

К недостаткам метода можно отнести сложность математического аппарата, достаточно большой объем вычислений. Однако их роль существенно снижается за счет использования современных компьютеров и создания вычислительных комплексов, объединенных в систему автоматизированного проектирования.

41…………Осевые (пропеллерные) насосы. Эти насосы применяют для перемещения больших количеств жидкости при небольших напорах, в частности, в оросительных и конденсационных установках, а также для создания циркуляции жидкости в различных аппаратах.

По расположению вала осевые насосы бывают горизонтальные и вертикальные. Объемная производительность осевых насосов достигает 30 м³/спри напоре 20 м. ст. перекачиваемой жидкости, к.п.д. достигает 90%. Высота всасывания их мала и редко достигает 3 м. ст. перекачиваемой жидкости.

Вихревые насосы. Движение жидкости на лопастях в этом насосе происходит как от центра к периферии, так и от периферии к центру. Это и является особенностью вихревых насосов. Однако работа вихревых насосов так же основана на действии центробежной силы. За оборот рабочего колеса одно и тоже количество жидкости несколько раз отбрасывается от центра к периферии за счет центробежной силы, от чего ее напор последовательно увеличивается. В результате такого действия напор, создаваемый вихревым насосом, в 4 -5 раз больше напора создаваемого центробежным насосом такого же размера при одинаковой окружной скорости рабочего колеса.

Вихревые насосы могут всасывать и перекачивать жидкости и их эмульсии с воздухом и парами этих жидкостей

Недостатком вихревых насосов, в отличие от центробежных, является значительно большая зависимость создаваемого напора от производительности насоса. С увеличением подачи напор резко падает, что приводит к уменьшению мощности. Поэтому пуск вихревых насосов производят при открытой задвижке