КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕЧЕНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ НЕНЬЮТОНОВСКИХ ДВУХФАЗНЫХ СРЕД В СЕПАРАТОРАХ С ВСТАВКАМИ СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИИ
Авторы:
1.
Казанский государственный аграрный университет
(Физика и математика, профессор)
2.
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Тип:
Статья
Номер статьи:
Статус:
Опубликован
Получено:
04.08.2025
Одобрено:
07.08.2025
Опубликовано:
07.08.2025
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, НЕНЬЮТОНОВСКИЕ ДВУХФАЗНЫЕ СРЕДЫ, ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЕНИЯ, СЕПАРАТОРЫ С ВСТАВКАМИ СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИИ
Аннотация (русский):
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.
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.
Ключевые слова:
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, НЕНЬЮТОНОВСКИЕ ДВУХФАЗНЫЕ СРЕДЫ, ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЕНИЯ, СЕПАРАТОРЫ С ВСТАВКАМИ СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИИ
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, НЕНЬЮТОНОВСКИЕ ДВУХФАЗНЫЕ СРЕДЫ, ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЕНИЯ, СЕПАРАТОРЫ С ВСТАВКАМИ СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИИ
