WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Во второй системе после потери устойчивости возникают конвективные течения, которые приводят к некоторому ускорению испарения, но со временем они затухают, и устанавливается диффузионный режим. В системе 3 возникает конвекция, которая сохраняется в течение всего процесса. На конечном этапе система выходит на стационарный конвективный режим. Однако, как отмечалось выше, данная система при линейном распределении концентрации компонентов пара в начальный момент времени не теряет устойчивость и развивается в диффузионном режиме в течение всего процесса. Следовательно, для данной бинарной системы наблюдается как минимум два стационарных состояния.

На основе результатов расчетов установлено, что в бинарных системах режим испарения влияет не только на скорость испарения, но и на состав пара отходящего от поверхности жидкости. Состав пара можно характеризовать отношением безразмерных потоков компонентов на нижней границе Sh1 / Sh2.

Как видно по зависимости потоков компонентов от времени для системы (Рис.5) в установившемся конвективном режиме Sh1 Sh2 >1. Это значит, что за счет конвекции доля тяжелого компонента в газовой фазе увеличилась по Рис.5. Испарение бинарного раствора. Зависимость от времени (1) и (2).

Sh1 Shсравнению с диффузионным режимом. Изменение отношения потоков компонентов раствора связано с тем, что в области интенсивной конвекции скорость переноса определяется скоростью конвекции и слабо зависит от коэффициентов молекулярной диффузии компонентов.

Представлены результаты моделирования развития конвекции в бинарной системе при D1 / D2 >1. Расчет выполнен при следующих безразмерных параметрах:,, Sc1= 0.625, Sc2 =2.5. Установлено, что Gr1 =-5.64i105 Gr2 = 4.89iв данной системе в течение всего процесса наблюдаются колебания потока. При заданном начальном линейном распределении концентрации компонентов по высоте слоя в системе также развивается конвекция. При этом в обоих случаях в конвективном режиме по сравнению с диффузионным происходит как увеличение скорости испарения, так и изменение состава паровой смеси по сравнению с диффузионным режимом.

Таким образом, на примере испарения бинарных растворов в работе показано, что для определения конвективной устойчивости систем с неустойчивым распределением плотности недостаточно пользоваться критерием устойчивости для систем с линейным начальным распределением, поскольку характер установившегося режима может зависеть от распределения концентрации компонентов по высоте слоя в начальный момент времени.

Для сравнения результатов численного моделирования с экспериментальными данными [1] используются данные по нестационарному испарению бинарного раствора муравьиная кислота-вода в аргон в закрытом сосуде. Эксперимент проводился при температуре 300С, с мольной долей муравьиной кислоты 0.5. Численный расчет выполнен для реальных физических параметров системы. Результаты сравнения (рис.6) представлены для зависимостей полного количества испарившейся жидкости за время t Q(t1/ 2 ).

В данной системе более легкие пары воды (М2=18) при испарении в аргон (М0=41) приводят к возникновению конвекции и более интенсивному переносу муравьиной кислоты (М1=46). Начальный линейный участок зависимости Q( t ) описывается уравнением молекулярной диффузии. Время перехода к конвективному режиму соответствует излому приведенной зависимости.

Рис.6. Испарение бинарного раствора муравьиная кислота-вода в аргон. Зависимости Q t ( ):

1 – экспериментальные данные, 2 – численное моделирование.

Основные результаты и выводы 1. Разработан численный алгоритм и созданы программы для математического моделирования динамики развития систем при нестационарных процессах конвективного тепломассопереноса применительно к задаче об испарении чистых жидкостей и бинарных растворов.

2. На основе результатов математического моделирования определены критические условия возникновения конвективной неустойчивости для ряда исследуемых систем.

3. Установлено, что для нестационарных процессов массопереноса существует задержка развития конвекции по сравнению с критическим временем, определяемым по линейной теории.

4. Определена структура конвективных течений в режиме развитой конвекции.

5. Установлена зависимость скорости переноса в конвективном режиме от физико-химических параметров при испарении чистых жидкостей и бинарных смесей.

6. Установлено существование более одного стационарного режима для бинарных систем.

7. Показано, что вынужденная конвекция может как увеличивать, так и уменьшать скорость испарения в условиях естественной конвекции.

Цитируемая литература 1. Дильман В.В., Лотхов В.А., Кулов Н.Н., Найденов В.И. Динамика испарения// Теор. основы хим. технол., 2000, т.34, №3, с.227-236.

2. Герасимов Б.П. Один метод расчета задачи конвекции несжимаемой жидкости. М.: Препринт/ИПМ №13, 1975. – 33 с.

3. Елизарова Т.Г., Калачинская И.С., Ключникова А.В., Шеретов Ю.В.

Использование квазигидродинамических уравнений для моделирования тепловой конвекции при малых числах Прандтля. // ЖВМиМФ, 1998, т. 38, №10.

4. Каминский В.А., Дильман В.В. Влияние стенок на развитие конвективной неустойчивости в вертикальном канале ограниченной высоты // Теор. основы хим. технол., 2007, т.41, №1, с.1-4.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Каминский В.А., Обвинцева Н.Ю., Калачинская И.С., Дильман В.В.

Моделирование конвекции Релея в нестационарном процессе испарения // Матем. моделирование. 2007. Т. 19. № 11. С. 3–10.

2. Каминский В.А., Обвинцева Н.Ю. О режимах испарения бинарных растворов // Теор. основы хим. технол. 2007. Т. 41. № 5. С. 536-542.

3. Каминский В.А., Обвинцева Н.Ю. Испарение жидкости в условиях конвективной неустойчивости в газовой фазе // Журн. физ. химии. 2008. Т. 82. № 7. С. 1368-1373.

4. Обвинцева Н.Ю., Калачинская И.С., Каминский В.А. Моделирование гравитационной конвекции в нестационарном процессе испарения // "Математика. Компьютер. Образование". Cб. трудов XIV международной конференции. Пущино. 2007. Том 2. С. 173-178.

5. Обвинцева Н.Ю., Каминский В.А., Калачинская И.С. Моделирование динамических режимов испарения // Сб. тр. МНК ММТТ-20. Т.3. Ярославль:

Изд-во Яросл. гос. техн. ун-та, 2007.

6. Обвинцева Н.Ю., Каминский В.А., Калачинская И.С. Моделирование нестационарного процесса испарения в замкнутый объем // Тез. докл.

“Дисперсные системы” XXII научная конференция стран СНГ, Одесса. 2006.

7. Обвинцева Н.Ю., Каминский В.А., Калачинская И.С. Моделирование процесса испарения одно- и двухкомпонентных жидкостей // Тез. докл.

“Дисперсные системы” XXIII научная конференция стран СНГ, Одесса. 2008.

8. Обвинцева Н.Ю., Каминский В.А. Моделирование процесса испарения в условиях естественной и вынужденной конвекции в газовой фазе // Сб. тр. МНК ММТТ-22. Т.3. Псков: Изд-во Псков. гос. политехн. ин-та, 2009.

9. Kaminsky V.A., Obvintseva N.Yu., Kalachinskaya I.S. Numerical simulation of unsteady two-dimensional convection in evaporation process // Modeling of Nonlinear Processes and Systems, Nova Science Publishers, NY, USA, 2009 (IV Quarter), (in press).

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»