Вплив конструктивних та режимних параметрів на енергетичні характеристики багатофункціонального гідродинамічного агрегату-гомогенізатора

Abstract

У дисертаційній роботі наведені результати нового рішення наукової задачі, що полягає у встановленні впливу конструктивних параметрів проточної частини, режимних параметрів та характеристик робочого середовища на енергетичні та напірні характеристики багатофункціонального гідродинамічного агрегату-гомогенізатора. Наведені результати теоретичного узагальнення особливостей роботи існуючих агрегатів, що дозволило винайти новий напрямок удосконалення. Експериментальним шляхом знайдені залежності споживаної потужності від конструктивних та режимних параметрів. Розроблені математична модель та методика інженерного розрахунку ГАГ, що дозволяє значно спростити етап проектування агрегату. Наведені рекомендації щодо проектування ГАГ під різні технологічні процеси; рекомендації було отримано в результаті аналізу роботи підконтрольних промислових зразків в умовах реального виробництва. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/30581

В работе представлены результаты численного, теоретического и физического моделирования рабочего процесса многофункционального гидродинамического агрегата-гомогенизатора (ГАГ). Численное моделирование позволило подтвердить аналитические предположения о характере течения в проточной части агрегата, а именно, формирование вихревых структур в каналах ротора и статора, а также наличия высокоградиентного течения в рабочем зазоре. Также в работе приведены поля распределения давления и контуры диссипации кинетической энергии, анализ которых указывает, что основные потери энергии сосредоточены в межступенчатом зазоре, каналах статора и на внешнем радиусе роторного диска. При проведении теоретического исследования применены методы математического моделирования на основании классических уравнений механики жидкости и газа, а также известных зависимостей гидродинамических характеристик турбулентных нестационарных течений жидкости в тонких уплотняющих зазорах. Использование данной модели позволило выделить факторы, оказывающие наибольшее влияние на уровень потребляемой мощности, а также указать на нерациональные потери энергии на тыльной стороне роторного диска, устранить которые можно, используя двусторонние колеса. Физическое моделирование позволило оценить степень влияния на потребляемую мощность конструктивных и режимных параметров. Так мощность зависит от частоты вращения ротора в степени 2,86, а от диаметра – в степени 3. В работе показано, что увеличение количества каналов с 2 до 24 увеличивает подачу в 18 раз при росте потребляемой мощности всего в 2 раза. Увеличение ширины канала ведет к равномерному росту производительности и потребляемой мощности. Выявлено, что ширину ступени ГАГ нельзя рассматривать как аналог ширины рабочего колеса, так как увеличение ширины ступени увеличивает гидравлическое сопротивление движению жидкости по рабочему зазору. В работе приведена методика проектирования агрегата, которая базируется на разработанной математической модели. Адекватность методики и математической модели подтверждена при проектировании и изготовлении 6 промышленных образцов. При подконтрольной эксплуатации промышленных образцов получены практические рекомендации по проектированию агрегатов для разных технологических процессов. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/30581

The thesis work presents the results of the numerical, theoretical and physical simulation of the multifunction hydrodynamic homogenizing unit work process. Numerical simulation has allowed to confirm the analytical assumptions about the flow pattern in the hydraulic part of the unit, specifically, the vortex structures forming within the rotor and stator channels and the presence of high-gradient flow in the running clearance. The fields of pressure distribution and the contours of dissipation of the kinetic energy, the analysis of which has indicated that the main energy losses were collected within the interstage clearance, within the stator channels and at the outer radius of the rotor disk, are shown in this thesis work. Mathematical simulation methods were used during theoretical research. These methods are based on the classical equations of fluid mechanics as well as the known dependencies of the hydrodynamic characteristics of the turbulent unsteady flows in thin sealing clearances. Such simulation has allowed to identify the factors influencing greatly to the level of power consumption, but also it has pointed to the unsustainable energy losses on the backside of the rotor disk, which can be eliminated by means of the double suction impellers. Physical simulation has allowed to estimate the degree of impact of the design and operating parameters on the power consumption. So, the power depends on the rotational speed of the rotor to the power of 2.86, and on the diameter - to the power of 3. It is shown that increasing of the number of channels from 2 to 24 increases the flow rate up to 18 times with an increase in the power consumption just up to 2 times. The increase in the width of the channel leads to a steady increase in performance and power consumption. There was founded, that the width of the multifunction hydrodynamic homogenizing unit stage can not be considered as an analogue of the width of the impeller, as the increase in the width of the stage increases the hydraulic resistance to flow of fluid, running along the clearance. This thesis work describes a method of designing the unit, which is based on the developed mathematical model. The adequacy of the methodology and mathematical model is confirmed by designing and manufacturing of six industrial models. Practical recommendations for unit design for different processes were obtained on the base of undercontrol operation of the industrial models. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/30581