ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Проблемы современной аэродинамики, связанные с некоторыми технологическими процессами в химической и нефтехимической промышленности из "Механика многокомпонентных сред в технологических процессах" В последние годы методы современной аэродинамики все шире проникают в смежные разделы науки и техники, в частности в биологию, метеорологию, в химическую, нефтехимическую и другие отрасли промышленностл, способствуя ускорению их развития и техническому их перевооружению. [c.5] Однако сам по себе процесс развития исследований на стыке происходит, как правило, очень медленно. В 1971 г. Академия наук СССР организовала специальное обсуждение смежных проблем механики и химической технологии, резервов дальнейшего повышения эффективности технологических процессов и установила тесное сотрудничество между учеными различных специальностей. [c.5] Первое совещание механиков и химиков-технологов состоялось в ноябре 1971 г., на котором механики рассказывали об основных достижениях современной аэродинамики, методах моделирования аэродинамических процессов, а химики-технологи — о наиболее распространенных в промышленности технологических процессах и о главных трудностях, с которыми они сталкиваются. Были выработаны общие точки зрения по важнейшим направлениям развития химической технологии и принят ряд решений. [c.5] В 1973 г. доклад комиссии о ее работе был заслушан и одобрен Коллегией ГКНТ СМ СССР. Постановлением комитета Временная комисия была преобразована в Научно-техническую комиссию по использованию достижений аэродинамики и разработке новых проблем механики для интенсификации химико-технологических и биологических процессов.Этим же постановлением утвержден ряд решений и рекомендаций, направленных на дальнейшее расширение фронта фундаментальных и прикладных исследований по тематике комиссии. Комитет поручил комиссии совместно с отраслевыми институтами соответствующих министерств продолжить работы по совершенствованию конкретных технологических процессов и разработке рекомендаций для создания технологических производств большой единичной мощности. [c.6] Сегодня уже имеются вполне определенные результаты работы. [c.6] Комиссия констатировала, что эффективность многих химикотехнологических и биологических производств большой мощности в значительной степени определяется совершенством аэродгзнами-ческих процессов, критерии моделирования которых не разработаны. [c.6] Ниже будут кратко изложены некоторые результаты работы комиссии по указанным выше направлениям. [c.7] Рассмотрим некоторые конкретные химико-технологические процессы и определим, какова в них роль аэродинамики, какими законами определяется их практическое совершенство, где имеются резервы дальнейшего повышения производительности и как их использовать. [c.7] В то же время в результате многочисленных теоретических и экспериментальных исследований в аэродинамических институтах были детально изучены основные закономерности как в решении проблемы создания однородных потоков с наперед заданными свойствами, так и в создании совершенных распылительных установок — форсунок. Комиссия обратила внимание на имеющиеся здесь большие резервы и выдала соответствующие рекомендации. Работа рассмотренного и многих подобных ему аппаратов и агрегатов в химической и нефтехимической промышленности во многом определяется законами движения механики однородных сред, которые хорошо изучены и по которым имеются обширные материалы в соответствующих институтах аэродинамического профиля. [c.7] Эта схема нуждается в тщательном экспериментальном и теоретическом исследовании, прежде чем ее можно было бы рекомендовать для опытной проверки в промышленности. [c.10] Нужно отметить также, что в промышленности широко используются еш е более сложные трехфазные и многофазные потоки (газ жидкость, твердое тело). [c.13] Накопленные теоретические и экспериментальные материалы могут быть использованы непосредственно, а богатый опыт работы должен быть использован для разработки новых фундаментальных проблем механики, важных для совершенствования ряда технологических процессов и повышения экономической эффективности основных отраслей народного хозяйства. [c.13] На рис. 10 приведены экспериментальные данные, показывающие, что степень расширения потока может быть весьма значительно увеличена без существенного нарушения его однородности. Эти и другие материалы показывают, что сравнительно простыми средствами можно достигнуть необходимой степени. однородности потока и в химических аппаратах. [c.14] Рассмотрим теперь, какими методами была исследована проблема моделирования аэродинамических потоков и решена проблема масштабного перехода от малых моделей к большим натурным объектам. [c.15] Из элементарных соображений хорошо известно, что для моделирования аэродинамических потоков должны быть определены два основных критерия — число Маха и число Рейнольдса. Но этого совершенно недостаточно, ибо нетрудно показать, что невозможно осуществить подобие аэродинамических потоков при переходе от модели к натуре. [c.15] Тем не менее проблема масштабного перехода от модели к натуре была решена в авиации. С этой целью на основании теоретических и экспериментальных исследований была установлена зависимость структуры потока от численной величины критериев подобия. Эта зависимость оказалась весьма существенной. В конечном счете она-то и определила успех дела. Числа Маха и Рейнольдса следующим образом влияют на структуру потока. [c.15] При малых числах М 1 или при М = О воздух и вода ведут себя одинаково, подчиняются одним и тем же законам классической гидродинамики. Этот случай представляет наибольший интерес для технологических процессов, так как здесь обычно встречаются скорости потоков, много меньшие скоростей звука. Можно утверждать, что любые газовые потоки и любые потоки жидких сред (кислоты, щелочи и др.) будут описываться законами классической гидродинамики. При М 1 имеют место законы сверхзвуковой газовой динамики, которые коренным образом отличаются от законов классической гидродинамики. [c.15] При малых числах Рейнольдса реализуются ламинарные течения. При больших числах Рейнольдса образуются турбулентные нерегулярные течения, приводящие к увеличению сопротивления и тепломассообмена. Экспериментальные исследования моделей самолетов в аэродинамических трубах позволили определить структуру потока и влияние числа Re для двух крайних режимов полета стационарного, соответствующего крейсерской скорости полета, и нестационарного — пускового , соответствующего взлету и посадке самолета последний сопровождается интенсивным вихреобразованием и срывными явлениями. [c.15] Систематические экспериментальные исследования крейсерских режимов обтекания моделей позволили установить целый ряд важнейших эмнирических закономерностей по влиянию числа Re на точку перехода, на структуру турбулентного пограничного слоя и т. п. На основе этих данных были построены полуэмпири-ческие теории турбулентности. Эти теории лежат в основе методик пересчета характеристик малых моделей, получаемых в малых трубах, па натуру, на натурные условия, соответствующие стационарным режимам полета многотоннажных самолетов различного назначения. [c.15] Эти испытания показали, что число Рейнольдса (рис. И) существенно влияет на величину Сушах- Существует определенное значение числа Re p, при повышении которого максимальная подъемная сила перестает расти и практически не зависит от числа Рейнольдса. Это положение и позволило подойти к решению проблем масштабного перехода от модели к натуре и, более того, позволило определить максимальные размеры и параметры тех аэродинамических труб, которые обеспечивают решение проблем масштабного перехода. Очевидно, что эти трубы должны обладать такими размерами и параметрами, чтобы иметь возможность получить числа Рейнольдса, несколько превышающие эти критические значения. Как видно из рис. И, критическое число Рейнольдса примерно равно 3,5-10 . Например, для самолета Ил-62 число Рейнольдса, соответствующее режимам взлета и посадки самолета, примерно равно двум десяткам миллионов. Однако для того, чтобы обеспечить решение проблемы масштабного перехода от модели к натуре, теперь будет достаточно испытать сравнительно небольшую модель самолета при числах Re jii 3,5-10 . [c.16] Вернуться к основной статье