АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 9
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 11
3. ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД 15
4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ 20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 25
Десублимация - физический процесс, при котором происходит переход вещества из газообразного состояния в твердое, при этом минуя жидкую фазу. Банальным примером десублимации может служить образование ледяных узоров на оконных стеклах зимой, иней и др.
Поверхностные десублиматоры, которые используются в настоящие время, малоэффективны и имеют большие габариты. При этом конечный продукт выходит в виде слоя десублимата, который нужно снимать с поверхности стенки с помощью подвода горячего водяного пара или нагревом стенки, а данные способы требуют дополнительных процессов, таких как выпаривание, сушка, фильтрование, что очень сильно усложняет процесс десублимации в этих аппаратах.
Наиболее эффективным способом в данном случае является применение роторно - вихревых десублимторов, в которых создаются интенсивные вихревые движения парогазовой смеси и хороший контакт с теплообменной поверхностью. Процесс десублимации происходит в объеме и частично на стенке аппарата. Однако данные десубилматоры не получили широкого применения в промышленности из-за отсутствия методов расчета, а также из-за недостаточного понимания протекания процесса в этом оборудовании.
Организация режима теплового процесса десублимации летучих веществ в поверхностных десублиматорах получило широкое применение в химической, пищевой, металлургической, электронной и других отраслях промышленности. Как правило, этот сложный процесс зависит от стабильности и эффективности работы десублимационного оборудования, а также, помимо этого, важное значение играет экологическая безопасность производства. Рассмотрим процесс десублимации на примере гексафторида урана (ГФУ) путем фторирования оксидов урана. ГФУ при десублимации имеет способность накапливаться на определенных участках поверхности аппарата, где наблюдаются наиболее выгодные условия для этого процесса, что часто приводит к проскоку несконденсированной фазы через аппарат или к забивке аппарата. Таким образом, максимальная степень заполнения промышленных десублиматоров целевым продуктом не должна превышать 80%, а если аппарат имеет сложную форму, к примеру, кольцевую, то это значение составляет около 30-50%.
В ходе образования слоя твердого продукта наблюдается уменьшение свободного поперечного сечения десублимационного аппарата и увеличение скорости газа, также меняется температура поверхности десублимации и условия теплопередачи от десублимирующегося продукта к поверхности аппарата. Перечисленное выше приводит к 6
изменению температуры поверхности десублимации, которая в свою очередь может спровоцировать проскок газообразного ГФУ через аппарат, поэтому газы после фторирования, содержащие ГФУ, кислород и избыток фтора проходят два или более последовательно соединенных десублиматоров. Поверхность десублимации становится больше по ходу газа в каждом следующем аппарате.
Исходя из выше сказанного, актуальным на данный момент является определение оптимальных условий десублимации ГФУ из парогазовой смеси для управления фронтом десублимации в аппарате, а также увеличения степени заполнения десублиматора твердым веществом с помощью равномерного распределения его по объему аппарата.
Поставленные задачи можно решить с помощью разработанной математической модели процесса десублимации, которая описывает массовые, тепловые и гидродинамические потоки внутри аппарата.
Данная модель позволяет определить:
• время охлаждения парогазовой смеси от начальной температуры до температуры десублимации ГФУ;
• скорость и массу ГФУ, которая исходит из газового потока в твердую фазу, на единицу поверхности десублиматора;
• массовые потоки парогазовой смеси и твердого ГФУ внутри аппарата;
• изменение тепло- и гидродинамических потоков внутри аппарата, происходящих из-за увеличения толщины слоя продукта на стенках в процессе десублимации.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
Исходя из полученных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета десублиматоров, которая может быть взята для создания промышленных аппаратов.
Отдельно стоит также упомянуть гидродинамики этого процесса, поскольку основной упор сделан именно на неё. Гидродинамика концентрируется в основном на построении и решении определяющих уравнений, пригодных для различных типов течения жидкости или газа, а также на изучении разного рода аппроксимаций по отношению к этим уравнениям.
Определяющие уравнения ньютоновской гидроаэродинамики - нестационарное уравнения Навье - Стокса. Вычислительная гидроаэродинмика (ВГАД) представляет собой альтернативное и экономически эффективное средство моделирования реальных течений. . В качестве такового ВГАД представляет возможности проверки теоретических приближений к таким условиям, экспериментальное моделирование которых невозможно. Еще одно преимущество вычислительной гидроаэродинамики состоит в том, что при желании можно отбросить те или иные члены определяющих уравнений. Тем самым открывается путь к опробованию теоретических моделей или, наоборот, выявляются новые пути теоретического исследования. Всего можно выделить 5 важнейших видов преимущества ВГАД:
• Время предварительной подготовки при проектировании и при разработках существенно уменьшается;
• ВГАД позволяет моделировать условия течения, не воспроизводимые при экспериментальных испытаниях на моделях;
• ВГАД позволяет получить более широкую и подробную информацию;
• Стоимостная эффективность экспериментов на основе ВГАД по сравнению с испытаниями в аэродинамических трубах непрерывно повышается;
• Применение методов ВГАД позволяет снизить потребление энергии.
1. Рассмотрена физическая задача протекания жидкости в осесимметричном канале.
2. Подобрана оптимальная математическая модель для данного процесса.
3. Применен численный метод для решения поставленной задачи.
4. Написан программный код на языке Pascal ABC.
5. Получены результаты, отображающие поле скоростей, а также распределение температуры в канале и выявлены соответствующие закономерности.
