Herald of Technological University Herald of Technological University ВЕСТНИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 3034-4689 102969 10.55421/3034-4689_2025_28_5_92 3. Информатика, вычислительная техника и управление 3. Information teory, computer technology and control 3. Информатика, вычислительная техника и управление COMPUTER MODELING OF FLOW AND SEPARATION OF NON-NEWTONIAN TWO-PHASE MEDIA IN SEPARATORS WITH COMPLEX GEOMETRY INSERTS КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕЧЕНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ДВУХФАЗНЫХ СРЕД В СЕПАРАТОРАХ С ВСТАВКАМИ СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИИ Ибятов Равиль Ибрагимович Ibyatov Ravil Ибрагимович

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Ахмадиев Ф. Г. Ahmadiev F. G. Казанский государственный аграрный университет Казань Россия Kazan State Agrarian University Kazan Russian Federation Казанский государственный архитектурно-строительный университет Kazan State University of Architecture and Engineering 07 08 2025 07 08 2025 28 5 92 98 04 08 2025 https://www.elibrary.ru/item.asp?id=82356345

Рассмотрено компьютерное моделирование процессов течения и разделения двухфазных неньютоновских сред в сепараторах с вставками сложной геометрической формы. Криволинейные каналы используются в центробежных сепараторах для идентификации процесса разделения. Основой компьютерного моделирования является математическая модель процесса течения двухфазных неньютоновских систем в областях с криволинейными стенками. Для построения математической модели процесса течения двухфазных неньютоновских сред использованы уравнения сохранения массы и импульса механики многофазных сред, которые записаны в ортогональной системе координат связанной с областью течения. Уравнения сохранения упрощены с учетом особенностей течения близких к одномерным, которые решаются с использованием модифицированного метода поверхностей равных расходов. В результате определяются скорость течения несущей фазы в квазигомогенном приближении. Знание поля скоростей несущей фазы позволяет рассчитать траекторию движения дисперсной среды, что является определяющим фактором для расчета работы сепараторов и процесса разделения исходной смеси. Для замыкания системы уравнений сохранения импульса были использованы известные формулы для силы межфазного взаимодействия и реологического закона состояния неньютоновской двухфазной среды. Численные расчеты проводились для сепараторов с параболическими и каноническими вставками с учетом входного участка и влияния поля центробежной силы. При этом в широком диапазоне варьировались местоположение и количество поверхностей равных расходов. Был выполнен соответствующий вычислительный эксперимент для различных значений параметров области течения, реологического закона состояния и режимов течения двухфазной неньютоновской среды. В результате обнаружено, что на начальном участке течения происходит преобразование профиля скоростей несущей фазы от начального плоского до параболического входа. Построенная математическая модель, описывающая гидродинамическую обстановку в области течения неньютоновской среды, позволяет проводить компьютерное моделирование по расчету течения двухфазной неньютоновской среды в рабочем канале сложной формы центробежного сепаратора. При этом конкретная форма области течения уточняется заданием соответствующих коэффициентов Ляме для области течения. На основе компьютерного моделирования изучены различные режимы течения и влияние различных геометрических характеристик канала сепаратора, массовых сил, параметров реологического закона состояния среды Оствальда-деВиля на гидродинамическую обстановку в рабочем канале сепаратора и процесс разделения смеси. Результаты компьютерного моделирования могут служить основой оптимального аппаратурного оформления центробежных сепараторов.

Computer modeling of the processes of flow and separation of two-phase non-Newtonian media in separators with inserts of complex geometric shape is considered. Curvilinear channels are used in centrifugal separators to identify the separation process. The basis for computer modeling is a mathematical model of the flow process of two-phase non-Newtonian systems in areas with curved walls. To build a mathematical model of the flow process of two-phase non-Newtonian media, the equations of conservation of mass and momentum of multiphase media mechanics are used, which are written in the orthogonal coordinate system associated with the flow area. The conservation equations are simplified taking into account the flow features close to one-dimensional, which are solved using a modified method of surfaces of equal flow rates. As a result, the flow velocity of the carrier phase in the quasi-homogeneous approximation is determined. Knowledge of the velocity field of the carrier phase allows us to calculate the trajectory of the dispersed medium, which is a determining factor for calculating the operation of separators and the process of separation of the initial mixture. To close the system of momentum conservation equations, the known formulas for the force of interphase interaction and the rheological law of state of a non-Newtonian two-phase medium were used. Numerical calculations were performed for separators with parabolic and canonical inserts taking into account the inlet section and the influence of the centrifugal force field. At the same time, the location and number of surfaces of equal flow rates are varied in a wide range of variation. The corresponding computational experiment was performed for different values of the parameters of the flow region, rheological law of state, and flow regimes of a two-phase non-Newtonian medium. As a result, it was found that the initial flow region undergoes a transformation of the velocity profile of the carrier phase from an initial flat to parabolic inlet. The constructed mathematical model describing the hydrodynamic situation in the flow area of a non-Newtonian medium allows us to carry out computer modeling to calculate the flow of a two-phase non-Newtonian medium in the working channel of a complex shape of a centrifugal separator. In this case, the specific shape of the flow region is specified by setting the appropriate Lyamé coefficients for the flow region. On the basis of computer modeling different flow regimes and the influence of different geometrical characteristics of the separator channel, mass forces, parameters of the Ostwald-de Wiel rheological law of the medium state on the hydrodynamic situation in the separator working channel and the process of mixture separation are studied. The results of computer modeling can serve as a basis for optimal hardware design of centrifugal separators.

 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕНЬЮТОНОВСКИЕ ДВУХФАЗНЫЕ СРЕДЫ ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СЕПАРАТОРЫ С ВСТАВКАМИ СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИИ COMPUTER MODELING NON-NEWTONIAN TWO-PHASE MEDIA SEPARATION PROCESSES SEPARATORS WITH INSERTS OF COMPLEX GEOMETRY