Введение
1 Современное состояние и направление развития теории течения среды, акустических и резонансных явлений в элементах роторных аппаратов и задачи исследования для создания новых и модернизации существующих конструкций 20
1.1 Использование роторных аппаратов для интенсификации процессов химической технологии 22
1.2 Использование теории подобия для описания нестационарных течений в роторных аппаратах 28
1.3 Анализ гидродинамики потоков среды в роторных аппаратах
1.3.1 Нестационарное течение жидкости в каналах роторного аппарата 34
1.3.2 Течение среды в зазоре между ротором и статором 41
1.3.3 Определение энергозатрат в роторных аппаратах
1.4 Возникновение автоколебательных и резонансных явлений в роторных аппаратах 51
1.5 Особенности кавитационных явлений в роторных аппаратах 55
1.6 Существующие методики расчёта роторных аппаратов 68
1.7 Выводы по аналитическому обзору и постановка задач исследования 69
2 Гидродинамические методы исследования течения жидкости в элементах роторного аппарата 72
2.1 Нестационарное течение несжимаемой жидкости в каналах роторного аппарата 72
2.1.1 Зонный подход к закономерностям движения среды при переходе от подвижного канала к неподвижному
2.1.2 Изменение площади проходного сечения модулятора роторного аппарата 75
2.1.3 Модель течения среды во вращающихся каналах роторного аппарата 85
2.1.4 Критерии подобия нестационарного течения среды в каналах роторного аппарата 94
2.1.5 Модель течения среды в каналах статора 99
2.1.6 Компьютерное моделирование течения несжимаемой среды в канале статора 100
2.1.7 Границы применимости модели течения несжимаемой жидкости 115
2.1.8 Влияние массовых сил на течение среды в модуляторе роторного аппарата 118
2.2 Течение сжимаемой жидкости в каналах роторного аппарата 125
2.2.1 Модель течения среды во вращающихся каналах прямоугольного сечения 125
2.2.2 Модель течения среды в каналах статора 134
2.2.3 Компьютерное моделирование течения сжимаемой среды в каналах статора 135
2.2.4 Границы применимости модели течения сжимаемой жидкости 139
2.3 Нестационарное течение среды в радиальном зазоре между цилиндрическими ротором и статором 141
2.3.1 Модель нестационарного течения жидкости в радиальном зазоре между цилиндрическими ротором и статором 141
2.3.2 Компьютерное моделирование течения среды в радиальном зазоре 148
2.4 Течение среды в радиальном зазоре между коническими ротором и статором 153
2.4.1 Модель течения вязкой среды между коническими проницаемыми поверхностями 153
2.4.2 Численное решение уравнений 158
2.5 Определение энергозатрат в роторном аппарате 164
2.5.1 Потребляемая мощность роторным аппаратом с цилиндрическими ротором и статором 164
2.5.2 Потребляемая мощность роторным аппаратом с коническими ротором и статором 169
2.5.3 Диссипация энергии в радиальном зазоре при нестационарном течении 172
2.6 Выводы 180
3 Кавитационные явления в роторных аппаратах 182
3.1 Динамика кавитационного пузыря с учётом влияния газосодержания на сжимаемость среды 182
3.1.1 Влияние содержания свободного газа на интенсивность кавитационных явлений 182
3.1.2 Уравнение динамики кавитационного пузыря применительно к условиям работы роторного аппарата 184
3.2 Исследование влияния различных параметров на динамику кавитационного пузыря 194
3.2.1 Влияние числа акустической кавитации, газосодержания и начального радиуса пузыря на амплитуду кавитационных импульсов давления 194
3.2.2 Влияние содержания свободного газа в жидкости, критериев Вебера, Рейнольдса и начального радиуса пузыря на критерий акустической кавитации 200
3.2.3 Влияние режимных и конструктивных параметров роторного аппарата на критерий акустической кавитации 202
3.2.4 Влияние режимных и конструктивных параметров роторного аппарата на величину кавитационных импульсов давления 205
3.2.5 Влияние газосодержания на затухание пульсаций кавитационного пузыря 207
3.3 Выводы 210
4 Резонансные явления в роторных аппаратах 211
4.1 Возникновение резонанса и стоячих волн в каналах статора и камере озвучивания 211
4.2 Механизм влияния явления резонанса на гидравлические характеристики роторного аппарата 215
4.3 Механизм интенсификации массообменных процессов при возникновении стоячих волн 217
4.4 Выводы 220
5 Экспериментальное исследование течения жидкости, кавитационных, резонансных явлений и химико-технологических процессов в роторных аппаратах 221
5.1 Описание полупромышленных установок, аппаратурного оформления и методики экспериментального исследования 221
5.1.1 Полупромышленные установки для проведения экспериментальных исследований и аппаратурное оформление 221
5.1.2 Методика исследования гидравлических и мощностных характеристик 226
5.1.3 Методика исследования течения жидкости и резонансных явлений 228
5.1.4 Аппаратура и методика исследования акустической импульсной кавитации 234
5.1.5 Методика проведения эксперимента по растворению природной соли в роторном аппарате 241
5.1.6 Методика и аппаратура исследования процесса эмульгирования 242
5.1.7 Методика и аппаратура исследования влияния дисперсности получаемой СОЖ на стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности 243
5.2 Исследование течения среды в модуляторе роторного аппарата 246
5.2.1 Особенности течения среды в модуляторе роторного аппарата при различных режимах работы 246
5.2.2 Определение коэффициента местного гидравлического сопротивления 250
5.2.3 Влияние угла наклона канала в статоре на гидравлическое сопротивление аппарата 253
5.2.4 Исследование закономерностей явления резонанса в роторных аппаратах 255
5.2.5 Исследование влияния массовых сил на закономерности течения среды в модуляторе роторного аппарата и оценка адекватности моделей течения несжимаемой и сжимаемой среды 266
5.3 Исследование акустической кавитации 271
5.3.1 Влияние статического давления на интенсивность кавитации 271
5.3.2 Влияние угловой частоты вращения ротора на
интенсивность кавитации 277
5.4 Исследование кинетики растворения NaCl 281
5.4.1 Влияние интенсивности кавитации на скорость процесса растворения 283
5.4.2 Влияние явления резонанса на скорость процесса
растворения 283
5.4.3 Влияние гранулометрического состава NaCl на скорость процесса растворения 286
5.4.4 Исследование влияния угла наклона отверстий в статоре на скорость растворения 288
5.5 Исследование процесса эмульгирования и влияние полученной
смазочно-охлаждающей жидкости на качество обработанной
поверхности 290
5.5.1 Краткая характеристика существующих смазочно-охлаждающих жидкостей 290
5.5.2 Приготовление эмульсий в промышленности 291
5.5.3 Влияние кавитации на качество получаемой СОЖ 293
5.5.4 Влияние явления резонанса на качество получаемой СОЖ 295
5.5.5 Влияние получаемой СОЖ на стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности 296
5.6 Определение мощности, потребляемой роторным аппаратом 301
5.7 Выводы 304
6 Проектирование роторных аппаратов и методики расчета с учетом підродинамики потоков, кавитационных и резонансных явлений 307
6.1 Обобщенная методика расчета роторного аппарата 307
6.1.1 Обоснование для выбора минимального зазора между
ротором и статором 307
6.1.2 Соотношение между шириной статора и длиной нерадиального канала 308
6.1.3 Обобщенная методика расчета роторного аппарата 309
6.2 Оптимальное проектирование роторного аппарата 316
6.2.1 Методы оптимального проектирования 316
6.2.2 Постановка задачи оптимального проектирования
роторного аппарата 318
6.3 Конструктивные решения роторного аппарата, основанные на результатах теоретического и экспериментального исследования 320
6.4 Выводы 342
Результаты практического использования разработанных конструкций роторных аппаратов для различных технологических процессов 343
7.1 Получение смазочно-охлаждающей жидкости 343
7.2 Получение высокодисперсной краски 347
7.3 Получение сухих концентратов натуральных напитков 348
7.4 Процесс растворения серы в смеси масел 353
7.5 Использование роторного аппарата для гидроабразивной обработки отверстий 359
7.6 Выводы 361
Основные результаты и выводы 362
Список использованных источников
