Теплотехника, энергетика, экология, книги, чертежи, видео, фото, программы » Гидравлика » Гидродинамика и тепломассообмен с поверхностью раздела - Холпанов Л.П.

 


Следует отметить, что даже такой путь исследования промышленного процесса сопряжен со значительными математическими трудностями, особенно если разрабатываются методы расчета гидродинамики и тепломассообмена в вязкой жидкости, чему и посвящена данная монография. При решении таких задач приходится преодолевать математические трудности, обусловленные, во-первых, нелинейностью самих уравнений, во-вторых, наличием малого параметра при старшей производной в уравнениях гидродинамики и переноса вещества и, в-третьих, необходимостью определять поверхность контакта фаз при решении системы уравнений, что является характерной особенностью пленочных и струйных течений.


Материал книги расположен следующим образом.

Первые две главы посвящены решению (аналитическому и численному) классической задачи, связанной с течением тонких слоев вязкой жидкости по твердой поверхности в условиях волнообразования. Впервые эта задача была поставлена и решена в линейной постановке академиком П.Л. Капицей. В предлагаемой книге данная проблема получила дальнейшее развитие, в частности эта задача решена в нелинейной постановке, что позволило получить полную информацию о течении тонких пленок вязкой жидкости по твердой поверхности. Например, амплитуда волны, найденная из решения, в широком интервале изменения характерных параметров удовлетворительно согласуется с известными опытными данными. Особенностью материала этих глав является то, что предлагаемые методы решения могут быть с успехом применены теоретиками для решения уравнений нелинейных колебаний, широко используемых в различных областях науки и техники.
Глава 3 посвящена решению одного из фундаментальных вопросов химической технологии — массообмену в пленке жидкости в условиях волнообразования. Впервые теоретически установлено, что эффективность массообмена в пленке жидкости при волнообразовании определяется волновыми характеристиками, и прежде всего длиной волны, которая зависит от физико-химических и режимных параметров течения. Установление этого эффекта позволило не только объяснить причину высокой интенсивности массообмена при волнообразовании, но предсказать определяющий вклад когерентных волновых структур в расчеты эффективности массообмена как высокопроизводительных высокоэффективных тепломассообменных аппаратов, так и в расчеты аппаратов с регулярными контактными устройствами. Установленный эффект имеет и теоретическое значение. Если в теории пограничного слоя факт существования поперечного размера, зависящего от физико-химических и режимных параметров, известен был давно (толщина гидродинамического, диффузионного и теплового слоев), то существование продольного характерного размера (длины волны) доказано нами впервые на примере массообмена при волнообразовании. Именно при таком массообмене в качестве характерного размера длины выступает не длина контактного устройства (трубка), а длина волны, которая в несколько раз меньше длины трубки, что и обусловливает высокую эффективность массообмена в этих условиях.
В главе 4 этот эффект доказан при массообмене в условиях волнообразования на контактных устройствах сложной геометрии: при пленочном течении на поверхности вращающегося цилиндра и на стенке с регулярной шероховатостью. Волнообразование в последнем случае образовано регулярной шероховатостью. В процессе течения пленки жидкости по стенкам с регулярной шероховатостью при определенном соотношении высоты выступов и расстояния между ними пленка жидкости повторяет структуру регулярной шероховатости. Для этого режима в качестве характерного размера, как впервые было доказано, выступает характерный размер, равный расстоянию между выступами регулярной шероховатости. Этот эффект является предельным случаем массообмена в условиях волнообразования: длина волны, равная расстоянию между выступами, не зависит от физико-химических и гидродинамических параметров.
Главы 5—9 посвящены решению нелинейных уравнений Навье—Стокса, энергии и конвективной диффузии в одно- и двухфазных системах при ламинарном и турбулентном режимах с учетом входного гидродинамического участка. В этих главах изложен оригинальный метод, который объединяет идеи методов Галеркина, коллокаций и прямых. Показаны широкие возможности применения этого метода для решения различных задач, связанных с гидродинамикой и тепломассообменом в процессах, проводимых в пленках и струях. На основании решения многочисленных задач установлено, что входной гидродинамический участок влияет по-разному на эффективность тепло- и массообмена: в турбулентном режиме его влияние существенно в процессах абсорбции и конденсации, а в ламинарном — в процессах конденсации и незначительно — в процессах абсорбции. Данные главы могут представлять интерес как для специалистов по дифференциальным уравнениям и вычислительной математике с точки зрения развития метода, так и для теплофизиков и инженеров-технологов, которые могут с успехом применить этот метод при решении различных задач.
Глава 10 посвящена вопросам сопряженного тепло- и массообмена. Тепловая задача решена для случая течения пленки жидкости по твердой поверхности, когда сопротивление теплообмену в твердой стенке составляет значительную долю в общем процессе теплообмена, что имеет место в процессах охлаждения (нагревания) при течении пленки жидкости по полимерным материалам. В этой же главе предложен инженерный метод расчета эффективности пленочного массообмена в интенсивных режимах при прямоточном течении фаз (режимы нисходящего и восходящего прямотоков) .
Глава 11 содержит результаты теоретического исследования массопереноса и тепломассопереноса в многокомпонентных смесях. Эти вопросы относятся к наиболее важным проблемам в области химической технологии, и в первую очередь таким, как диффузионные процессы (абсорбция, хемосорбция, адсорбция, экстракция и т.д.), мембранные процессы, массодиф-фузионное разделение газовых смесей. Существует еще ряд областей науки и техники, где разработка технологического процесса, как правило, проводимого в многокомпонентных смесях, требует углубленного исследования массопереноса и тепломассопереноса.
Несмотря на важность изучения этого вида массопереноса и тепломассопереноса теории и методам их расчета посвящено сравнительно небольшое число исследований, особенно если данный процесс проходит в движущейся среде. Основная причина состоит в том, что массоперенос в многокомпонентных смесях представляет собой сложную математическую задачу. Она отличается от задач, рассмотренных в предыдущих главах книги, еще и тем, что при ее решении необходимо пользоваться матричными уравнениями в частных производных. Порядок "связанной" системы уравнений в частных производных на единицу меньше числа компонентов смеси. Все это указывает на то, что в постановке математического описания процессов многокомпонентного массопереноса и тепломассопереноса необходимо ограничиться наиболее существенными факторами, определяющими процесс в целом. Развиваемый в главе 11 математический подход к решению процессов многокомпонентного массопереноса и тепломассопереноса можно с успехом применять к средам неподвижной и движущейся, к активной (наличие в среде источников или стоков) и неактивной; в системах однофазной и многофазной, с нейтральными частицами и с заряженными, в изотермических и неизотермических системах.
Таким образом, в данной книге представлены теоретические исследования, которые являются дальнейшим развитием на современном уровне физико-химической гидродинамики применительно к химической технологии (нового направления, возникшего на стыке вычислительной математики, теоретической гидроаэромеханики и физической химии).

 

 

 

 

 

 

Скачать с depositfiles

Скачать с turbobit

 

Скачать с letitbit

 

 

 

 

 

 



Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться или Войти на сайт под своим именем.

Новости по теме