АННОТАЦИЯ 3
Введение 4
1. Теоретическая часть: литературный обзор 6
1.1 Теоретические исследования в области динамики гетерогенных систем 6
1.2 Экспериментальные исследования в области динамики гетерогенных систем 17
2. Практическая часть: экспериментальное исследование гравитационного осаждения
охлаждённых сферических шариков 22
2.1 Описание экспериментальной установки и методики эксперимента 22
2.2 Определение времени и скорости гравитационного осаждения частиц и
математическая обработка результатов 24
2.3 Определение плотности сферических частиц и рабочей жидкости 30
2.4 Определение динамической вязкости жидкости 31
2.5 Определение времени охлаждения частиц и проверка достоверности результатов
эксперимента по температуре 32
2.6 Анализ результатов эксперимента и выводы 34
Заключение 35
Список используемой литературы 36
Движение частиц в поле силы тяжести является одним из ключевых аспектов в задачах экологии, в угольной промышленности, при ликвидации последствий катастрофических явлений техногенного или природного характера, в теплоэнергетике, в процессах химической технологии и в целом ряде других отраслей техники и технологии [1].
В механике двухфазных течений и классической гидродинамике задача об особенностях движения одиночной частицы дисперсионной фазы (твёрдой частицы, пузырька, капли) является одной из фундаментальных. Она представляет интерес, например, при моделировании тепло - и массообменных процессов в химикотехнологических системах, в оценивании последствий при авариях техногенного или природного характера, а также в вопросах образования атмосферных осадков. В первую очередь движение частицы дисперсной фазы характеризуется скоростью. Таким образом, корректное определение скорости дисперсионной среды движению частицы дисперсной фазы является ключевым моментом при создании адекватных моделей многофазных (в т.ч. двухфазных) потоков.
Величина скорости связана с коэффициентом сопротивления. В [2] получена стандартная кривая сопротивления для одиночной твёрдой частицы, движущейся в изотермических условиях (при равенстве температур дисперсионной среды и частицы дисперсной фазы) при Re < 1 (ламинарный режим течения). Данная зависимость
описывается формулой Стокса:
с°=^ 0)
а - эмпирический коэффициент, зависящий от отношения температуры частицы и жидкости (внешней среды).
CD - безразмерный коэффициент сопротивления, зависящий от формы тела и режима движения.
Формула Стокса получена аналитически; частицы, подчиняющиеся ей, называются Стоксовскими (малые частицы, которые движутся с малой скоростью в сильновязкой среде).
Однако в ряде технических систем и технологических процессов движение частиц в несущей среде происходит в неизотермических условиях. Например, тушение пожаров с применением авиации, плазмохимический синтез керамических порошков, процессы охлаждения частиц в аппаратах химической технологии и т.д. [3 -7] При этом температура частиц может быть существенно выше или ниже температуры среды. В этих условиях использование стандартной кривой сопротивления (1) приводит к существенным погрешностям, поэтому она не может быть применена при расчете скорости движения частиц. Это связано с изменением физических свойств (в первую очередь вязкости) несущей среды в пограничном слое вблизи частицы, входящих в число Рейнольдса.
Таким образом, при исследовании двухфазных потоков, содержащих взвесь аэрозольных частиц (дисперсная фаза) в несущей среде (дисперсионная среда) важно правильно выбрать основные параметры, определяющие систему, и адекватно описать реальный процесс при помощи математической модели. Только в этом случае можно получить достоверные результаты для дальнейшего использования в практических целях. В связи с этим, глубокое знание принципов и законов, определяющих физику динамического поведения двухфазных систем с учетом свойств дисперсной и дисперсионной фаз, является необходимым для специалиста в области механики двухфазных
Были представлены теоретические и экспериментальные исследования в области дисперсных систем.
Вычислены плотности сферических частиц, определены плотность и динамическая вязкость рабочей жидкости.
Рассчитано полное время охлаждения частиц до температуры холодильной камеры. Осуществлена проверка достоверности результатов эксперимента и сделаны соответствующие выводы.
Был проведён эксперимент по гравитационному осаждению сферических частиц в вязкой жидкости в неизотермических и изотермических условиях.
Получены экспериментальные данные по скорости осаждения стальных шариков в неизотермических (охлаждённых) и изотермических (при комнатной температуре) условиях;
Проведена математическая обработка полученных экспериментальных данных, осуществлён их анализ.
Целью дальнейших исследований является расширение диапазона температур, проведение эксперимента в условиях более низких температур (с жидким азотом).
