Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ, 03, том 47, 3, с УДК ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ НА СЛОЕ НАСЫПНОГО ФИЛЬТРА 03 г. Е. Н. Дьяченко, Н. Н. Дьяченко Томский государственный университет Поступила в редакцию г. Методом компьютерного моделирования решается задача очистки жидкости от мелкодисперсной фракции твердых частиц. Показан процесс формирования осадочного слоя примеси и влияние характеристик частиц примеси на очистку жидкости. Предложенный метод моделирования позволяет учитывать явления, которые происходят на уровне отдельных частиц и пор, визуализировать процесс очистки, а также предоставляет данные, которые сложно получить из экспериментов. DOI: /S ВВЕДЕНИЕ Очистка жидкости от взвешенных частиц твердой фазы осуществляется методами, зависящими от дисперсности частиц. Для грубодисперсных примесей (размер частиц мкм) используется гравитационное осаждение и флотация. От мелкодисперсных примесей (размер частиц 5 50 мкм) очистка осуществляется, как правило, методом фильтрования жидкости через слой пористого материала. Наиболее широкое применение гравитационное осаждение и фильтрование, как способы очистки жидкости, нашли в горнорудной и угледобывающей отраслях промышленности, а также в задачах экологии. Задача фильтрования жидкости распадается на две части. Первая часть это фильтрация жидкости в среде переменной пористости, которая решается в приближении механики сплошных сред [ 9]. В этой части достигнуты значительные успехи экспериментальных и теоретических исследований, при этом экспериментальные исследования в основном связаны с разработкой различных технологических процессов. Взаимодействие частиц фильтрационного слоя и примеси является определяющим в задачах очистки жидкости на насыпных фильтрах. Процесс проходит на уровне отдельных частиц и пор. Это является второй частью задачи фильтрования жидкости. Методами механики сплошных сред решить эту проблему невозможно, используется метод дискретных элементов, который позволяет имитировать движение отдельных частиц. В работе моделируется случайная упаковка шаров, которая применяется для описания формирования пористого слоя и движения твердой частицы в канале насыпного фильтра. Результаты численного моделирования формирования седиментационных и фильтрационных слоев, течения сыпучего материала, выполненные с использованием метода дискретных элементов, представлены в работах [ 6]. Данная работа посвящена численному расчету фильтрования жидкости на слое насыпного фильтра. В качестве математической модели используется динамическая модель образования седиментационного и фильтрационного слоев . МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА Математическая постановка задачи формулируется в терминах метода дискретных элементов. Куб с ребром единичной длины наполовину заполнен сферическими частицами фильтрационного материала, радиус которых R, пористость упаковки ε 0. Затем через куб пропускается очищаемая жидкость (сверху вниз), в которой находятся частицы примеси со случайно выбранными координатами центра масс. Частицы примеси движутся по фильтрационному каналу. На частицу действует сила тяжести F g, сила сопротивления движению в среде F st и при касании с другими частицами сила адгезии F ad. Силы упругого взаимодействия, трения в данной задаче не учитываются. Жидкость считается электрически нейтральной. Имеется множество частиц примеси N r и множество частиц фильтрационного материала N R. Частица примеси r i может взаимодействовать как с частицами примеси, так и с частицами фильтра- 38

2 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ 39 ционного материала. Результирующая сила для частицы r i выражается в виде N r [ ad(,)] [ ad(,). ] F = g m + F + F r r + F r R i i st, i i j i j j= j= () Для каждой из множества частиц N i (для каждой частицы примеси) система уравнений движения центра массы имеет вид dvi Fi = ; dt mi () dxi = vi, dt где m i масса частицы, t время, F i результирующая сила, действующая на частицу, x i положение центра частицы в пространстве, v i вектор скорости частицы. Сила сопротивления движению частиц в среде вычисляется по закону Стокса : Fst, i = 6 πμri(vi u,) (3) где μ = μ(c) динамическая вязкость жидкости; u скорость жидкости; C = ε средняя объемная концентрация частиц. С учетом наличия в жидкости множества частиц, динамическая вязкость имеет вид () 3 µ=µ 0 C, (4) 0.6 где μ 0 динамическая вязкость жидкости без частиц. Сила тяжести определяется выражением Fgi, = mig, (5) где g ускорение свободного падения. Сила адгезии состоит из притягивающей и отталкивающей компоненты . Пренебрегая ионизацией жидкости прослойки, силу адгезии можно записать в виде F A ad = r*, (6) 6H 0 где А константа Гамакера, H 0 расстояние между поверхностями взаимодействующих частиц (обычно межмолекулярное расстояние), r* = rr = приведенный радиус сталкивающихся r + r частиц. ГРАНИЧНЫЕ И НАЧАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ Расчетная область представляется прямоугольным параллелепипедом, с основанием на единиц длины (для различных систем исчислений это может быть любая физическая длина, например, мм) и необходимой высотой. Поскольку задача решается в терминах дискретных элементов, границы контейнера пред- N R ставляются частью поверхностей псевдочастиц с радиусами r = r b (где r b константа, величина которой определяется так, что в рамках рассматриваемого параллелепипеда отклонение поверхности сферы от плоскости незначительно, например, r b = 000) и координатами x bi (i =, 5):. (0.5, 0.5, r b) частица снизу;. (r b, 0.5,0.5) частица слева; 3. (r b + ; 0.5, 0.5) частица справа; 4. (0.5, r b, 0.5) частица сзади; 5. (0.5, r b +, 0.5) частица спереди. Условия на этих границах формулируются в следующем виде: F x bi = const, i =,..5; v bi = 0, i =,..5; = 0, i =,..5. fr x= 0, x=, y= 0, y= (7) Последнее условие в (7) означает, что сила трения на границах 5 равна нулю (это условие следует использовать, если необходимо исключить влияние боковых границ). Условие на верхней грани расчетного параллепипеда определяется особенностью той или иной задачи. Начальные условия для совокупности частиц: x i, initial = random; (8) v i, initial = const, где random случайное вещественное число от 0 до с равномерным законом распределения. При этом начальные координаты частиц хотя и определяются случайным образом, но проверяется условие непересечения частиц для любых i и j: x i x j > ri + rj. ЧИСЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ Для решения поставленной задачи численно интегрируется система уравнений () с учетом соотношений (, 3 6), начальных (8) и граничных (7) условий. При рассмотрении задачи очистки промышленных сбросовых вод от частиц твердой фракции на насыпных фильтрах используется следующий фактор. Частица примеси при столкновении с ранее осевшей частицей примеси или с частицей фильтрующего материала либо прилипнет, либо изменит вектор своей скорости и продолжит движение по фильтрационному каналу вдоль поверхности контакта. Условие остановки (прилипания) определяется равновесием сил, удерживающих частицу на поверхности неподвижной частицы, и сил, пытающихся сдвинуть ее с места. Если соотношение этих сил обозначается коэффициентом K ad (коэффициент адгезии), то вышеназванное условие можно записать в виде cos(α) < K, ad (9) ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ том

3 30 Е. Н. ДЬЯЧЕНКО, Н. Н. ДЬЯЧЕНКО N, % где α угол между векторами адгезионного взаимодействия и касательной плоскостью частиц. Коэффициент адгезии K ad изменяется в пределах от 0 до. На практике коэффициент адгезии определяется экспериментально, так как его зависимость от физико-химических характеристик системы (частицы окружающая среда) достаточно сложная. Численная реализация задачи осуществлена с использованием многопроцессорного кластера СКИФ-Cyberia, для распараллеливания работы программы используется библиотека MPICH . R/r Рис.. Зависимость степени фильтрования от соотношения размеров частиц при K ad = 0.6 (), 0.4 (), 0. (3) ε V r /V Рис.. Зависимость пористости упаковки от объемной доли частиц мелкой фракции при R/r = 4 () и 0 (). РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ На рис. представлена зависимость степени фильтрования N от соотношения размеров частиц. Здесь N = n /n 00% (n число задержанных частиц примеси в фильтре, n число частиц примеси на входе в фильтр). Расчеты проведены для соотношения радиусов R/r в диапазоне от 5 до 0 с шагом, результаты осреднены по 50 расчетам для каждого шага. Коэффициент адгезии задавался равным K ad = 0.6 (кривая), 0.4 (кривая), 0. (кривая 3). Наибольший интерес представляют результаты отфильтровывания мелких частиц. Так, для соотношения R/r = 0 при K ad = 0.6 фильтр задерживает 87% частиц примеси, при K ad = 0.4 и 0. соответственно 5 и %. Если размер частиц примеси много меньше сечения фильтрационного канала, то степень осаждения зависит, в основном, от коэффициента адгезии. При слабых адгезионных свойствах частицы оседают по большему объему фильтра. Это приводит к увеличению грязеемкости, но степень фильтрования уменьшается, так как часть частиц проходит через фильтрационный слой. Для устранения этого недостатка можно увеличить слой фильтрационного материла, но это увеличивает энергозатраты на прокачку жидкости через фильтр. Очевидно, что объем, заполненный смесью крупных и мелких шариков, будет иметь меньшую пористость, чем этот же объем, заполненный только крупными или мелкими шариками. Пористость монодисперсной упаковки равна 0.4. В смеси мелкие шарики заполняют пространство между крупными. Пористость смеси будет зависеть от соотношения размеров и концентрации частиц смеси. На рис. представлен график зависимости пористости бидисперсной упаковки от объемной доли частиц мелкой фракции V r /V для различных соотношений размеров частиц R/r. Коэффициент адгезии принимался равным K ad = 0. Кривая получена для соотношения R/r = 4, кривая R/r = 0. Минимум пористости имеет значение ε = 0.5, что значительно меньше, чем для монодисперсной упаковки. Минимум наблюдается при объемной доле частиц мелкой фракции V r /V = 0.4. С уменьшением соотношения R/r минимум пористости исчезает. На рис. 3 показано распределение объемной концентрации частиц примеси V r /V по высоте фильтрационного слоя для различных соотношений размеров R/r. Коэффициент адгезии задавался K ad = 0.3, шаг по Z равен 0.05, осреднение по 50 расчетам. Видно, что чем больше соотношение размеров частиц, тем на большую глубину фильтрационного слоя проникают частицы примеси. Рисунок 4 иллюстрирует распределение пористости по высоте фильтра в случае фильтрования смеси частиц трех фракций: r = R/0, r = R/5, r 3 = R/0. Массовое содержание фракций одина- ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ том

4 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ V r /V Рис. 3. Распределение объемной концентрации частиц примеси по высоте фильтрационного слоя при R/r = 0 (), 0 (), 5 (3). ε Рис. 4. Распределение пористости по высоте фильтра. ковое, коэффициент адгезии задавался K ad =0.3. Как и в ранее рассмотренных случаях, расчетный объем предварительно заполнялся частицами радиусом R, а затем рассеивались частицы размером r, r, r 3. По высоте расчетного объема от Z = 0.5 до Z = = 0.5 наблюдается резкое уменьшение пористости. Это объясняется тем, что на данном участке формируется насыпной (фильтрационный) слой, состоящий из частиц четырех размеров R, r, r, r 3. Z Z ЗАКЛЮЧЕНИЕ Из анализа результатов выполненной работы следует, что определяющим фактором очистки жидкости на насыпных фильтрах является адгезионное взаимодействие частиц примеси между собой и частицами фильтрационного материала. Соотношение размера частиц фильтрационного материала и частиц примеси, распределение по размерам частиц и процентное соотношение фракций примеси в значительной степени определяют пористость фильтрационного слоя и, следовательно, степень очистки жидкости. Используемая модель фильтрования указывает пути оптимизации процесса очистки жидкости от частиц твердой фазы в зависимости от физико-химических характеристик фильтрационного материала и частиц примеси. Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках Федеральной целевой программы Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на годы (соглашение 4.B). ОБОЗНАЧЕНИЯ А константа Гамакера, Дж; D диаметр частиц фильтрационного материала, м; H расстояние между поверхностями взаимодействующих частиц (обычно межмолекулярное расстояние), м; K ad коэффициент адгезии; N степень фильтрования, %; n число задержанных частиц примеси в фильтре; n число частиц примеси на входе в фильтр; R, r радиус крупных и мелких частиц (отнесенный к размеру расчетной области); r* эффективный радиус двух частиц (отнесенный к размеру расчетной области); V r /V объемная доля мелкой фракции; u скорость фильтрации, м/с; Z вертикальная координата, отнесенная к размеру расчетной области; ε пористость фильтра; μ вязкость жидкости, Па с; ρ плотность жидкости, кг/м 3. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, Дик И.Г., Матвиенко О.В., Неессе Т. Моделирование гидродинамики и сепарации в гидроциклоне // Теорет. основы хим. технологии Т С Дьяченко Н.Н., Дьяченко А.Н., Пермяков О.Е. и др. Экспериментальное моделирование работы очистных сооружений угольных шахт // Изв. вузов. Горн. журн С Васенин И.M., Дьяченко Н.Н., Дьяченко Л.И. Осветление шахтных вод на слое песка // Изв. вузов. Горн. журн С Васенин И.М., Дьяченко Н.Н., Ёлкин К.Е., Нариманов Р.К. Математическое моделирование двухфазных конвективных течений с малыми частицами // Прикл. механика и техн. физика Т С ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ том

5 3 Е. Н. ДЬЯЧЕНКО, Н. Н. ДЬЯЧЕНКО 6. Димов C.В., Кузнецов В.В., Рудяк В.Я., Тропин Н.М. Экспериментальное изучение фильтрации микросуспензии в высокопроницаемой пористой среде // Изв. АН. Механика жидкости и газа. 0.. С Крохина А.В., Дик И.Г., Неессе T., Миньков Л.Л., Павлихин Г.П. Исследование гидродинамики гидроциклона с дополнительным двухструйным инжектором // Теорет. основы хим. технологии. 0. Т С Дик И.Г., Крохина А.В., Миньков Л.Л. Управление характеристиками гидроциклона дополнительным инжектированием воды // Теорет. основы хим. технологии. 0. Т С Мосина Е.В. Численное исследование течения на границе жидкость пористая среда // Теорет. основы хим. технологии. 00. Т С Дик И.Г., Дьяченко Е.Н., Миньков Л.Л. Моделирование случайной упаковки шаров // Физ. мезомеханика Т С Дьяченко Н.Н., Дьяченко Е.Н. Моделирование процесса осветления жидкости на слое насыпного фильтра // Изв. вузов. Горн. журн С... Дорофеенко С.О. Численное моделирование движения сыпучего материала в реакторе шахтного типа // Теорет. основы хим. технологии Т. 4.. С Дорофеенко С.О. Численное моделирование течения бидисперсного сыпучего материала в реакторе шахтного типа // Теорет. основы хим. технологии Т С Дорофеенко С.О., Полианчик Е.В., Манелис Г.Б. Численное моделирование течения бидисперсного сыпучего материала во вращающемся реакторе // Докл. АН Т С Neesse Th., Dueck J., Djatchenko E. Simulation of filter cake porosity in solid/liquid separation // Powder Technol P Dyachenko E., Dueck J. Modeling of sedimentation and filtration layer formation by discrete element method // Компьют. исследования и моделирование. 0. Т. 4.. С Krieger I.M. Rheology of monodisperse lattices // Adv. Colloid Interface Sci P.. 8. Israelachvili J. Intermolecular and surface forces. San Diego: Academic Press, Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. СПб.: БХВ-Петербург, 00. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ том

42 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 29. Т. 5, N- 1 УДК 539.219 ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КАПИЛЛЯРНОЙ ПРОПИТКИ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ А. А. Жилин, А. В. Федоров Институт теоретической

Лабораторная работа 1.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА Цель работы: определение оптимальных параметров эксперимента для определения вязкости жидкости методом Стокса. Постановка задачи

1. ВВЕДЕНИЕ Физика это наука о наиболее общих свойствах и формах движения материи. В механической картине мира под материей понималось вещество, состоящее из частиц, вечных и неизменных. Основные законы,

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Кафедра "Машины и аппараты химических

100 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2011. Т. 52, N- 4 УДК 531.3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ, ЧАСТИЧНО ЗАПОЛНЯЮЩЕЙ ВРАЩАЮЩИЙСЯ ЦИЛИНДР С РАДИАЛЬНО РАСПОЛОЖЕННЫМИ РЕБРАМИ И.

1 - МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

31. Вязкое трение. Коэффициент вязкости. Упрощающим фактором при обсуждении диффузии и теплопроводности было предположение о том, что эти процессы протекают в покоящейся среде. Явление переноса, рассматриваемое

Журнал технической физики, 2013, том 83, вып. 4 03 Расчет обтекания и сопротивления шара в ламинарном и сильнотурбулентном потоках Н.Н. Симаков Ярославский государственный технический университет, 150023

Иркутский государственный технический университет Кафедра общеобразовательных дисциплин ФИЗИКА Лабораторная работа.1. «Определение коэффициента динамической вязкости жидкости методом Стокса» доц. Щепин

50 А. Механика ни. Исторически они были получены на основе законов динамики Ньютона, но представляют собой значительно более общие принципы, областью применения которых является вся физика в целом, а не

УДК 628.33 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ ТАНГЕНЦИАЛЬНОГО ПОДВОДА ОЧИЩАЕМОЙ НА РАБОТУ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ФИЛЬТРА Агалакова Н.А., студент Россия, 105005, г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, кафедра «Экология и промышленная

106 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2001. Т. 42, N- 2 УДК 532.546 НЕСТАЦИОНАРНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ГАЗА, ВОЗНИКАЮЩАЯ ПРИ ИНТЕНСИВНОМ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ПОРИСТУЮ ВЛАГОСОДЕРЖАЩУЮ СРЕДУ А. М. Воробьев,

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

1. Т е п л о в о й расчет котельных агрегатов (нормативный метод) / под ред. Н. В. Кузнецова [и др.]. М.: Энергия, 1973. 96 с. 13. Р о д д а т и с, К. Ф. Котельные установки / К. Ф. Роддатис. М.: Энергия,

ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2001. Т. 42, N- 6 93 УДК 532 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА СТЕНКУ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ, ФОРМИРУЕМОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ Г. А. Барбашова, В. М. Косенков

ВЕСТНИК ТОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА Математика и механика () УДК 53.5.3.+66. И.М. Васенин, А.Ю. Крайнов, А.А Шахтин, Р.Л. Мазур, П.В. Зернаев, М.В. Чуканов МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА И ЭФФЕКТИВНОГО ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ Прибор для определения средней длины

КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ Кафедра физики МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ для студентов специальностей 903, 90, 907, 908, 90 Лабораторная работа

38 ТЕЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ Задание 1. Выберите правильный ответ: 1. Внутреннее трение является следствием переноса... а) электрического заряда; б) механического импульса; в) массы; г) количества теплоты;

104 АВ Татосов АВ Татосов atatosov@utmnru УДК 5433 Растекание жидкости во влажной пористой среде АННОТАЦИЯ Рассмотрен процесс растекания жидкости во влажной пористой среде вдоль поверхности насыщения SUMMARY

УДК 532.6 + 531.715.1 НЕМОНОТОННЫЙ ХАРАКТЕР ИСПАРЕРИЯ ЛЕЖАЩЕЙ КАПЛИ В.Л. Ушаков, Г.П. Пызин По результатам проведенных экспериментов с испаряющейся каплей воды установлено, что скорость ее испарения носит

ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 007. Т. 8, N- 5 53 УДК 53.593+536.7 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ ПОРИСТОЙ СМЕСИ ПРИ БОЛЬШИХ ДАВЛЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ Р. К. Бельхеева

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО ФИЗИКЕ. 014 015 ГОД ШКОЛЬНЫЙ ЭТАП. 10 КЛАСС 1 1 Два одинаковых пластилиновых шарика при помощи пружинного пистолета подбрасывают из одной точки вертикально вверх вдоль

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВЛИЯЮЩИХ НА ПРОЦЕСС ФИЛЬТРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ФИЛЬТРОВ Битус Е.И., Цыганов А.В. МГУТУ им. К.Г. Разумовского Аннотация: Приведены результаты исследования влияния

Лабораторная работа 1.1 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ УСКОРЕННОГО ДВИЖЕНИЯ Цель работы: изучение законов ускоренного движения на примере материальной точки, движущейся в поле силы тяжести Земли, путем компьютерного

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО ФИЗИКЕ. 014 015 ГОД ШКОЛЬНЫЙ ЭТАП. 11 КЛАСС 1 1 Два одинаковых пластилиновых шарика при помощи пружинного пистолета подбрасывают из одной точки вертикально вверх вдоль

Тихомиров Ю.В. СБОРНИК контрольных вопросов и заданий с ответами для виртуального физпрактикума Часть 1. Механика 1_1. ДВИЖЕНИЕ С ПОСТОЯННЫМ УСКОРЕНИЕМ... 2 1_2. ДВИЖЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ...7

УДК 622.7 В.И. КРИВОЩЕКОВ, канд. техн. наук (Украина, Днепропетровск, Национальный горный университет) ОСОБЕННОСТИ ОТРЫВА ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ОБТЕКАНИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО

ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 006. Т. 47, N- 6 7 УДК 5.5:59.6 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБТЕКАНИЯ СТУПЕНЬКИ ПОТОКОМ ИДЕАЛЬНОЙ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ М. Г. Хажоян, Г. С. Хакимзянов Институт вычислительных

ЛЕКЦИЯ 7 Средняя длина и среднее время свободного пробега молекул. Явления переноса в газах. Диффузия. Столкновения между молекулами играют очень важную роль во всех процессах, происходящих в газах. В

УДК 66.067+628.33+532.546+51-74 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ЧАСТИЦ В ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ФИЛЬТРЕ НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННЫХ РАСЧЕТОВ 2010 В.А. Девисилов, Е.Ю. Шарай Московский государственный технический университет

С.Д. Варламов Вода на стекле 1 Капля воды на поверхности стекла. Все наблюдательные читатели не раз видели капли тумана на поверхности оконных стекол. Можно подышать на чистое холодное оконное стекло и

Задача Турнир имени МВ Ломоносова Заключительный тур 5 г ФИЗИКА Небольшой кубик массой m = г надет на прямую горизонтальную спицу, вдоль которой он может перемещаться без трения Спицу закрепляют над горизонтальным

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА План лекции: 1. Теплоотдача при свободном движении жидкости в большом объёме. Теплоотдача при свободном движении жидкости в ограниченном пространстве 3. Вынужденное движение жидкости (газа).

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРАЦИИ С УБЫВАЮЩЕЙ СКОРОСТЬЮ К.Л. Тюпич, УрГУПС (научный руководитель д.б.н., профессор Асонов А.М.) Modeling of the filtration process with decreasing rate K.L.Typich Ekaterinburg,

Лекция 3. Дифференциальное сечение рассеяния. Формула Резерфорда. Неустойчивость классического атома 1 Дифференциальное сечение рассеяния Когда быстрая частица налетает на частицу-мишень, то для того,

Введение Гидродинамика (от гидро... и динамика), раздел гидромеханики, изучает движение жидкостей и воздействие их на обтекаемые ими твердые тела. Теоретические методы гидродинамики основаны на решении

Межрегиональная олимпиада школьников на базе ведомственных образовательных учреждений (2015 г) Очный тур Физика 11 класс Вариант 1 Задача 1 (2 балла) Саша бросил камень горизонтально с отвесного обрыва

ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 211. Т. 52, N- 5 155 УДК 539.3 РАСПРОСТРАНЕНИЕ УПРУГИХ ВОЛН В ОДНОРОДНЫХ ПО СЕЧЕНИЮ КРУГЛЫХ СТЕРЖНЯХ Е. В. Баянов, А. И. Гулидов Новосибирский государственный

УДК 621.315 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ С ГРЕЮЩИМ КАБЕЛЕМ Л.А.Ковригин 1, А.А. Шиллинг 1, А.А. Акмалов 2 1 Пермский государственный технический университет 2 ООО «Сервис подземного

ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2001. Т. 42, N- 5 93 УДК 532.516; 532.582 О ПОВЕДЕНИИ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ТВЕРДОГО ТЕЛА В ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В ПРИСУТСТВИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ В. Л. Сенницкий Институт гидродинамики

НЕЛИНЕЙНЫЙ МАССОПЕРЕНОС С ОБРАТИМОЙ АДСОРБЦИЕЙ НА ПОЛУПРОНИЦАЕМЫХ МЕМБРАНАХ В ТУПИКОВЫХ ФИЛЬТРАХ Поляков Ю.С.*, Казенин Д.А.** * Технологический институт Нью-Джерси, Ньюарк, США, [email protected]

Лабораторная работа 1 ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ СОУДАРЕНИЯ УПРУГИХ ТЕЛ В данной работе проводится измерение времени упругого соударения двух одинаковых стальных шаров для нескольких пар шаров различного диаметра.

Раздел II Течение идеальной жидкости Равновесие несжимаемой жидкости В покоящейся жидкости v i и уравнение Эйлера и описывает условия равновесия: p f i xi Рассмотрим простейшие примеры решения этого уравнения

Майер РВ, г Глазов Метод компьютерного моделирования при изучении физических явлений Часто аналитические методы не позволяют исследовать эволюцию сложных систем, или их применение связано со сложными математическими

9 класс. 1. Перейдем в систему отсчета, связанную с кораблем А. В этой системе корабль В движется с относительной r r r скоростью Vотн V V1. Модуль этой скорости равен r V vcos α, (1) отн а ее вектор направлен

Лабораторная работа 1.1 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА В ПОЛЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ЗЕМЛИ: ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА, БРОШЕННОГО ПОД УГЛОМ К ГОРИЗОНТУ. Цель работы: путем численного моделирования выяснить основные

12 Лекция 2. Динамика материальной точки. гл.2 План лекции 1. Законы Ньютона. Основное уравнение динамики поступательного движения. 2. Виды взаимодействий. Силы упругости и трения. 3. Закон Всемирного

Лекция 4 Тема: Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея. Силы в механике. Сила упругости (закон

Краевая научно-практическая конференция учебно-исследовательских и проектных работ учащихся 6-11 классов «Прикладные и фундаментальные вопросы математики» Прикладные вопросы математики Конвекция жидкости

Майер Р.В. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ГИДРОДИНАМИКА: АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ Изучение численных методов и основ компьютерного моделирования предполагает решение задач вычислительной физики различного уровня сложности.

Дифференцирование неявно заданной функции Рассмотрим функцию (,) = C (C = const) Это уравнение задает неявную функцию () Предположим, мы решили это уравнение и нашли явное выражение = () Теперь можно

44 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2003. Т. 44, N- 6 УДК 534.04 О ВИБРАЦИОННОМ ПЕРЕМЕЩЕНИИ В ПОЛЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ С. А. Герасимов Ростовский государственный университет, 344090 Ростов-на-Дону Рассмотрено

7 ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ Собственные колебания Гармоническими колебаниями материальной точки называется движение, при котором смещение от положения устойчивого равновесия зависит от времени по закону

УДК 532.517.4 ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТОКА ЖИДКОСТИ СО СВОБОДНОЙ ГРАНИЦЕЙ МЕТОДОМ ОБЪЕМА ЖИДКОСТИ А.Ж. Жайнаков, А.Ы. Курбаналиев Представлены результаты трехмерного нестационарного моделирования течения

Лекция 1 Движение вязкой жидкости. Формула Пуазейля. Ламинарное и турбулентное течения, число Рейнольдса. Движение тел в жидкостях и газах. Подъемная сила крыла самолета, формула Жуковского. Л-1: 8.6-8.7;

Физика. класс. Демонстрационный вариант (9 минут) Диагностическая тематическая работа по подготовке к ЕГЭ по ФИЗИКЕ по теме «Механика» (кинематика, динамика, статика, законы сохранения) Инструкция по выполнению

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА.3. Динамика. Динамика это часть теоретической механики, в которой рассматривается движение материальной точки или тела под действием приложенных сил, а также устанавливается связь

УДК 532.529 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДА СИЛЫ МЕЖФАЗНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДЛЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГАЗОВЗВЕСИ, ИНВАРИАНТНОЙ ОТНОСИТЕЛЬНО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГАЛИЛЕЯ Ю.М. Ковалев В данной работе проведен анализ инвариантности

4 Колебания и волны Основные формулы и определения Уравнение гармонических колебаний материальной точки имеет вид: x = A sin (ω 0 t + α) или x = A cos (ω 0 t + α), где x - смещение частицы от положения

Тема. Определение размеров частиц полидисперсной системы. Методы дисперсионного анализа. Реальные дисперсные системы с подвижной дисперсной фазой (аэрозоли, суспензии и эмульсии) являются полидисперсными,

7. ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РАСЧЁТОВ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ 7.1 Виды расчётов искусственных сооружений 7.2 Гидромеханические расчёты мостовых переходов 7.3 Расчёты мостов по методу предельных состояний 7.4

УДК 532.525 МОДИФИЦИРОВАННАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ «ЗАМОРОЖЕННОЙ» ГАЗОВЗВЕСИ Н.Л. Клиначева Проведен анализ инвариантности относительно преобразования Галилея широко применяемой математической модели «замороженной»

Сафронов В.П. 1 ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ - 1 - ЧАСТЬ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ Глава 8 ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ 8.1. Основные понятия и определения Опытное

УДК 54.4 В. С. З а р у б и н, Г. Н. К у в ы р к и н, И. Ю. С а в е л ь е в а ЭФФЕКТИВНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ КОМПОЗИТА ПРИ НЕИДЕАЛЬНОМ КОНТАКТЕ ШАРОВЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ И МАТРИЦЫ Построена математическая

Вестник Челябинского государственного университета 009 4 (6) Физика Вып 5 С 65 70 МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ ГАЗА И ПЛАЗМЫ В Ф Куропатенко А А Марченко Обоснование силы кластерного взаимодействия компонентов смеси

ДИНАМИКА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА ВОКРУГ НЕПОДВИЖНОЙ ОСИ Основные формулы Момент силы F действующей на тело относительно оси вращения M = F l где F проекция силы F на плоскость перпендикулярную

26 декабря 01;03 Влияние вариаций угловой скорости вращения космического корабля на тепловую конвекцию в условиях невесомости Ю.А. Половко, В.С. Юферев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, С.-Петербург

ФИЗИКА. МЕХАНИКА. ХИМИЯ УДК 666.9.017:536.4:539.21:536.12 (575.2) (04) ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПОРИСТОЙ ВОЛЛАСТОНИТОВОЙ КЕРАМИКИ А.Н. Айтимбетова Установлено влияние на проницаемость

1.4.1 Технологическое моделирование процесса фильтрования

Моделирование технологических процессов основано на предположении, что при изменении процесса в определенных пределах физическая сущность явлений, воспроизводимых на производстве, не изменяется и силы, действующие на объект разработки, не меняют своей природы, а только величину. Технологическое моделирование особенно эффективно, когда чисто математическое описание процесса затруднительно и эксперимент является единственным средством его изучения. В этих случаях применение методов моделирования избавляет от необходимости экспериментирования с большим числом возможных вариантов выбора параметров процесса, сокращает длительность и объем экспериментальных исследований и позволяет путем несложных вычислений найти оптимальный технологический режим.

Применение методов технологического моделирования в области очистки воды имеет важное значение как научная основа интенсификации и улучшения работы действующих очистных сооружений. Эти методы указывают на систему сравнительно простых экспериментов, обработка результатов которых позволяет обнаружить скрытые резервы производительности и установить оптимальный технологический режим работы сооружений. Использование технологического моделирования дает также возможность обобщить и систематизировать экспериментальные и эксплуатационные данные по различным типам водоисточников. А это позволяет значительно сократить объем экспериментальных исследований, связанных с проектированием новых и интенсификацией существующих сооружений.

Для проведения фильтрационного технологического анализа необходимо иметь установку, схема которой представлена на рисунке 3. Основным элементом установки является фильтровальная колонка, оборудованная пробоотборниками. Для снижения влияния пристеночного эффекта, а также для того, чтобы расход воды, отбираемой пробоотборниками, не был больше допустимого для практических экспериментов значения, фильтровальная колонка должна иметь диаметр не менее 150...200 мм. Высота колонки принимается равной 2,5...3,0 м, что обеспечивает расположение в ней достаточного слоя фильтрующего материала и образование достаточного пространства над загрузкой для повышения уровня воды при увеличении потери напора в фильтрующем материале.

Пробоотборники устанавливают равномерно по высоте загрузки фильтровальной колонки на расстоянии 15...20 см друг от друга. Пробоотборник, расположенный до входа воды в загрузку, служит для контроля концентрации взвеси в исходной воде. Пробоотборник, расположенный за загрузкой, служит для контроля качества фильтрата. Остальные пробоотборники предназначены для определения изменения концентрации взвеси в толще зернистой загрузки. Для получения достоверных результатов фильтровальная колонка должна иметь не менее 6 пробоотборников. В ходе проведения опыта обеспечивают непрерывное истечение воды из пробоотборников. Суммарный расход воды из пробоотборников не должен превышать 5 % общего расхода воды, проходящей через колонку. Колонка оснащается также двумя пьезометрическими датчиками для определения общей потери напора в толще фильтрующей загрузки.

Фильтровальную колонку загружают возможно более однородным зернистым материалом. Желательно, чтобы средний диаметр зерен загрузки составлял от 0,7 до 1,1 мм. Толщина слоя песка должна быть не менее 1,0...1,2 м. Необходимое количество загрузки рассчитывают по формуле

m = r (1 - n) V ,

где m - масса отмытого и отсортированного фильтрующего материала, кг; r - плотность загрузки, кг/ м 3 ; n - межзерновая пористость фильтрующей загрузки; V - требуемый объем загрузки, м 3 .

После заполнения фильтрующей колонки фильтрующий материал уплотняют постукиванием по стенке колонки, пока верхняя поверхность материала не дойдет до метки, соответствующей заданному объему загрузки, когда пористость загрузки будет равна пористости этого материала в реальном крупномасштабном фильтре. (5...10 м/ч.)

2 Расчетно-технологическая часть

2.1 Применение фильтрующих материалов в водоподготовке

2.1.1 Основные параметры фильтрующей загрузки

Фильтрующая загрузка является основным рабочим элементом фильтровальных сооружений, поэтому правильный выбор ее параметров имеет первостепенное значение для их нормальной работы. При выборе фильтрующего материала основополагающими являются его стоимость, возможность получения в районе строительства данного фильтровального комплекса и соблюдение определенных технических требований, к числу которых относятся: надлежащий фракционный состав загрузки; определенная степень однородности размеров ее зерен; механическая прочность; химическая стойкость материалов по отношению к фильтруемой воде.

Степень однородности размеров зерен фильтрующей загрузки и ее фракционный состав существенно влияют на работу фильтра. Использование более крупного фильтрующего материала влечет за собой снижение качества фильтрата. Использование более мелкого фильтрующего материала вызывает уменьшение фильтроцикла, перерасход промывной воды и удорожание эксплуатационной стоимости очистки воды.

Важным показателем качества фильтрующего материала является его механическая прочность. Механическую прочность фильтрующих материалов оценивают двумя показателями: истираемостью (т.е. процентом износа материала всдледствие трения зерен друг одруга во время промывок - до 0,5) и измельчаемостью (процентом износа вследствие растрескивания зерен - до 4,0).

Важным требованием, предъявляемым к качеству фильтрующих материалов, является их химическая стойкость по отношению к фильтруемой воде, то есть, чтобы она не обогащалась веществами, вредными для здоровья людей (в питьевых водопроводах) или для технологии того производства, где она используется.

Кроме вышеизложенных технических требований фильтрующие материалы, используемые в хозяйственно-питьевом водоснабжении, проходят санитарно-гигиеническую оценку на микроэлементы, переходящие из материала в воду (бериллий, молибден, мышьяк, алюминий, хром, кобальт, свинец, серебро, марганец, медь, цинк, железо, стронций).

Наиболее распространенным фильтрующим материалом является кварцевый песок - речной или карьерный. Наряду с песком применяют антрацит, керамзит, горелые породы, шунгизит, вулканические и доменные шлаки, гранодиорит, пенополистирол и др. (таблица 2).

Керамзит представляет собой гранулированный пористый материал, получаемый обжигом глинистого сырья в специльных печах (рисунок 4).

Горелые породы представляют собой метаморфизированные угленосные породы, подвергнутые обжигу при подземных пожарах.

Вулканические шлаки - материалы, образовавшиеся в результате скопления газов в жидкой остывающей лаве.

Шунгизит получают путем обжига природного малоугленосного материала, - шунгита, который по своим свойствам близок к дробленому керамзиту.

В качестве фильтрующих материалов могут быть использованы также отходы промышленных производств, доменные шлаки и шлаки медно-никелевого производства.

В качестве фильтрующего материала на фильтрах также используется пенополистирол. Этот зернистый материал получают вспучиванием в результате тепловой обработки исходного материала - полистирольного бисера, выпускаемого химической промышленностью.

Таблица 3. Основные характеристики фильтрующих материалов

Материалы	Крупность,	Насыпная объемная масса	Плотность,	Пористость,	Механическая прочность,		Коэффициент
	Крупность,	Насыпная объемная масса	Плотность,	Пористость,	стираемость	измельчаемость	Коэффициент
Кварцевый песок	0.6¸1.8		2.6	42			1.17
Керамзит дробленый	0.9	400	1.73	74	3.31	0.63	-
Керамзит недробленый	1.18	780	1.91	48	0.17	0.36	1.29
Антрацит дробленый	0.8¸1.8		1.7	45			1.5
Горелые породы	1.0	1250	2.5	52¸60	0.46	3.12	2.0
Шунгизит дробленый	1.2	650	2.08	60	0.9	4.9	1.7
Вулканические шлаки	1.1	-	2.45	64	0.07	1.05	2.0
Аглопорит	0.9	1030	2.29	54.5	0.2	1.5	-
Гранодиорит	1.1	1320	2.65	50.0	0.32	2.8	1.7
Клиноптилолит	1.15	750	2.2	51.0	0.4	3.4	2.2
Гранитный песок	0.8	1660	2.72	46.0	0.11	1.4	-
Доменные шлаки	1.8		2.6	44.0			-
Пенополистирол	1.0¸4.0		0.2	41.0			1.1
Габбро-диабаз	1.0	1580	3.1	48.0	0.15	1.54	1.75

Указанные фильтрующие материалы не охватывают всего многообразия местных фильтрующих материалов, предложенных в последние годы. Имеются данные о применении аглопорита, фарфоровой крошки, гранодиорита и так далее.

Находят применение активные фильтрующие материалы, которые благодаря своим свойствам могут извлекать из воды не только взвешенные и коллоидные примеси, но и истинно растворенные загрязнения. Все широко применяют активные угли для извлечения из воды веществ, обусловливающих привкусы и запахи. Применяют природный ионообменный материал цеолит для удаления из воды различных растворенных соединений. Доступность и дешевизна этого материала позволяют все более широко применять его в качестве загрузки фильтровальных аппаратов.

Учебные работы на заказ

Моделирование процесса фильтрования зернистыми слоями газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой

Тип работы: Диссертация Предмет: Физико-математические науки Страниц: 175

Оригинальная работа

Выдержка из работы

Выполненная работа посвящена решению важной проблемы — разработке новой математической модели, метода расчета и аппаратурного оформления процесса фильтрования слабоконцентрированных высоко дисперсных аэрозолей (ВДА) зернистыми слоями для обеспечения надежной защиты окружающей среды от токсичных и дефицитных пылевых выбросов.

Актуальность темы. Высокопроизводительные системы, интенсификация технологических процессов и концентрация оборудования обуславливают высокое пылевыделение в производственные помещения и окружающую среду. Концентрации аэрозолей, выбрасываемых в атмосферу, многократно превышает предельно допустимые нормы. С пылью теряется не только дорогостоящее сырье, но и создаются условия для токсикологического поражения человека. Особенно опасны для органов дыхания аэрозоли с размерами пылевых частиц от 0,01 до 1,0 мкм. Пыли, содержащие свободную или связанную кремниевую кислоту, губительно действуют на легкие. Особую опасность представляют радиоактивные аэрозоли, образующиеся в атомной промышленности. Многие процессы пищевой промышленности отличаются высоким пылевыделением. При производстве минеральных удобрений, обжиге пирита при получении серной кислоты, при проведении технологических процессов в строительной индустрии, производстве порошкового молока, полуфабрикатов кондитерской промышленности, переработке подсолнечника с пылью теряется большое количество исходного сырья и конечного продукта. С каждым годом эти факторы обостряют экологическую ситуацию и приводят к значительным потерям ценного продукта.

Используемое очистное оборудование не соответствует задачам современных условий производства и безопасности жизнедеятельности человека. В связи с этим уделяется большое внимание процессам разделения газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой, разработке и изучению новых систем пылеулавливания.

Наиболее распространенный способ удаления частиц из запыленных газовых потоков — фильтрование. Особое место среди газоочистного оборудования занимают зернистые фильтровальные перегородки, совмещающие возможность высокоэффективной санитарной и технологической очистки запыленных газовых потоков.

Зернистые слои позволяют улавливать мелкодисперсные пылевые частицы, обеспечивают высокую степень разделения, обладают прочностью и термостойкостью в сочетании с хорошей проницаемостью, коррозионностойкостью, возможностью регенерации различными способами, способностью противостоять резким изменениям давления, отсутствием электрокапиллярных явлений, позволяют обеспечить не только предельно допустимые выбросы (ПДВ) в атмосферу, но и утилизовать уловленную пыль . В настоящее время для очистки аэрозолей используют следующие типы зернистых слоев: 1) неподвижные, свободно насыпанные или уложенные определенным образом гранулированные материалы- 2) периодически или непрерывно перемещающиеся материалы-

3) зернистые материалы со связанной структурой слоя (спеченные или спрессованные порошки металлов, стекла, пористые керамика, пластмасса и др.) —

4) псевдоожиженные гранулы или порошки.

Единственным методом, позволяющим улавливать субмикронные частицы с эффективностью > 99,9%, является фильтрация глубинным зернистым слоем , где в качестве фильтровальной перегородки используют мелкий щебень, песок, кокс или другой зернистый материал. Установки с глубинным зернистым слоем нашли практическое применение для улавливания радиоактивных аэрозолей, стерилизации воздуха .

Однако закономерности процесса фильтрования ВДА изучены недостаточно. Современный уровень развития средств вычислительной техники дает возможность широкого применения информационных технологий на базе использования математического аппарата и автоматизированных систем, которые позволяют существенно повысить эффективность эксплуатации оборудования, сократить сроки этапов, предшествующих эксплуатации.

Особый интерес представляет анализ гидродинамических особенностей и кинетики фильтрования ВДА зернистыми слоями, математическое описание такого процесса и создание на его основе метода расчета для определения рационального режима эксплуатации существующего очистного оборудования, времени выработки и частоты регенерации зернистого слоя, возможности автоматизированного управления процессом фильтрования.

Таким образом, широкое распространение, а также высокий уровень развития средств вычислительной техники и автоматизированных систем управления с одной стороны и специфические особенности оборудования и процессов фильтрования газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой с другой, обуславливают актуальность проблемы создания и совершенствования математического описания таких процессов.

Цель работы — математическое моделирование процесса и разработка на этой основе метода расчета и усовершенствование аппаратурного оформления разделения запыленных газовых потоков зернистыми слоями. Средством достижения поставленных задач является анализ процесса фильтрования ВДА зернистыми слоями, синтез математической модели и ее вариантных модификаций, аналитическое, численное и экспериментальное исследование полученных зависимостей, разработка методики расчета промышленных фильтров и пакета программ для ее реализации, создание унифицированных лабораторных стендов и опытно-промышленных установок, разработка конкретных аппаратурных решений для процесса очистки газовых выбросов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— разработана математическая модель и ее вариантные модификации для анализа процесса разделения ВДА в стационарных зернистых слоях при постоянной скорости фильтрования с закупориванием пор и с учетом диффузионного механизма осаждения-

— получено и экспериментально апробировано аналитическое решение системы уравнений математической модели при линейном законе изменения порозности зернистого слоя-

— на основе разработанной модели предложен и численно реализован комплекс математических моделей для различных законов изменения порозно-сти зернистого слоя-

— впервые исследованы физико-механические свойства ряда промышленных пылей и технологических порошков, предложено уравнение расчета значения предельной порозности зернистого слоя для соответствующих пылей.-

— предложены модели построения инженерных номограмм для оценки и прогнозирования перепада давлений в зернистом слое, определения режимов движения пылегазового потока в каналах зернистого слоя и прогнозирования общих и фракционных коэффициентов проскока-

— на основе разработанной модели предложен метод расчета процесса фильтрования и реализующий его пакет программ, дающий возможность определять рациональные режимы работы глубинных зернистых фильтров и их конструктивные размеры.

На защиту выносятся:

— математическая модель и ее вариантные модификации для анализа, расчета и прогнозирования процесса фильтрования ВДА зернистыми слоями-

— методики и результаты экспериментального определения параметров математической модели процесса фильтрования ВДА зернистыми слоями-

— метод расчета глубинных фильтров для ВДА и пакет оригинальных программ для реализации этого метода-

— новое конструктивное решение аппарата для высокоэффективной очистки запыленных газов методом осаждения в центробежном поле с последующим фильтрованием через зернистый слой на основе результатов моделирования процесса.

Практическая ценность диссертации. Разработан новый метод расчета зернистых фильтров и реализующий его пакет программ. Алгоритм предложенного метода расчета применяется в промышленности при проектировании конструкций зернистых фильтров и для определения рациональных режимов эксплуатации работающих аппаратов. Применение в промышленности фильтрциклона (патент РФ № 2 150 988) позволило осуществить высокоэффективную очистку промышленных пылегазовых потоков. Разработаны принятые промышленными предприятиями рекомендации по усовершенствованию процесса фильтрования газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой зернистыми слоями. Отдельные результаты работы используются в учебном процессе (лекции, практические занятия, курсовое проектирование) при изложении курсов «Процессы и аппараты химической технологии», «Процессы и аппараты пищевой технологии» в ВГТА.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены и обсуждены:

— на Международной конференции (XIV Научные чтения) «Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений», г. Белгород, 6−9 октября 1997 г.;

— на Международной научно-технической конференции «Теория и практика фильтрования», г. Иваново, 21−24 сентября 1998 г.;

— на II и IV Международных симпозиумах студентов, аспирантов и молодых ученых «Техника и технология экологически чистых производств» (ЮНЕСКО) г. Москва, 13−14 мая 1998 г., 16−17 мая 2000 г.

— на Международной научно-технической конференции «Газоочистка 98: Экология и технология», Хургада (Египет), 12−21 ноября 1998-

— на Международной научно-практической конференции «Охрана атмосферного воздуха: системы мониторинга и защиты», Пенза, 28−30 мая 2000-

— на Шестых академических чтениях «Современные проблемы строительного материаловедения» (РААСА), Иваново, 7−9 июня 2000-

— на Научных чтениях «Белые ночи-2000» Международного экологического симпозиума «Перспективные информационные технологии и проблемы управления рисками на пороге нового тысячелетия», Санкт-Петербург, 1−3 июня 2000 г .

— на российско-китайском Научно-практическом семинаре «Современная техника и технологии машиностроительного комплекса: оборудование, ма

— на XXXVI, XXXVII и XXXVIII отчетных научных конференциях ВГТА за 1997, 1998 и 1999 гг., Воронеж, март 1998, 1999, 2000 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 156 наименований и приложений. Работа изложена на 175 стр. машинописного текста и содержит 38 рисунков, 15 таблиц, 4 блок-схемы и 9 приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Обобщая выполненные исследования в сочетании с экспериментальными результатами, полученными в лабораторных и производственных условиях на реальных высокодисперсных пылегазовых потоках, можно заключить:

1. Разработана и проанализирована новая математическая модель, представляющая собой систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, описывающая процесс разделения высокодисперсных аэрозолей в стационарных зернистых слоях при постоянной скорости фильтрования, закупоривании пор и с учетом диффузионного механизма осаждения. Получено аналитическое решение системы уравнений модели, позволяющие описать кинетические закономерности и определить параметры процесса фильтрования в различные моменты времени.

2. Разработан алгоритм расчета коэффициентов массоотдачи, с учетом режимов движения пылегазового потока в каналах зернистого слоя.

3. На основе разработанной модели предложена, численно реализована и проанализирована модель с модифицированными граничными условиями.

4. Разработаны, численно реализованы и проанализированы оригинальные модификации основной математической модели процесса фильтрования ВДА зернистыми слоями при различных законах изменения порозности.

5. На реальных пылегазовых потоках в лабораторных и производственных условиях экспериментально исследован процесс разделения газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой насыпными зернистыми слоями. На основе экспериментов предложено уравнение регрессии для расчета значения предельной порозности зернистого слоя при фильтровании ряда промышленных пыл ей.

6. Предложены инженерные номограммы для определения режимов движения пылегазового потока в каналах зернистого слоя, его гидравлического сопротивления, оценки и прогнозирования общих и фракционных коэффициентов проскока.

7. На основе разработанной математической модели предложен метод расчета, позволяющий определять рациональные режимы работы глубинных зернистых фильтров и их конструктивные размеры. Создан пакет прикладных программ для расчета промышленных фильтров.

8. Разработан комплексный метод дисперсного анализа пыли, включающий в себя применение квазивиртуального каскадного импактора НИИОГАЗ и растровой электронной микроскопии, позволивший впервые получить достаточно представительные данные по дисперсному составу пыли керамических пигментов и оценить форму частиц дисперсной фазы в пылегазовом потоке.

9. Разработано, защищено патентом РФ (приложение 3) и апробировано новое конструктивное решение аппарата для высокоэффективной очистки газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой, сочетающее инерционное осаждение и фильтрование через вращающийся металлокерамический элемент.

Полученные результаты внедрены:

— на ОАО «Семилукский огнеупорный завод» (приложение 4) при модернизации действующих и создании новых систем и аппаратов для улавливания пыли из отходящих технологических газов и аспирационных выбросов (пневмотранспорт глинозема из силосных башен в бункера, аспирационные выбросы от пересыпных устройств, дозаторов, мешалок, шаровых и трубомельниц, технологические газы после сушильных барабанов, вращающихся и шахтных печей и т. д.), для расчета и прогнозирования эффективности фильтрующих устройств и при выборе оптимальной области их эксплуатации, для организации представительного отбора пылегазовых проб и внедрения новейших способов экспресс-анализа дисперсного состава пылей и порошков промышленного происхождения-

— в цехах ЗАО ПКФ «Воронежский керамический завод» (приложение 5) при расчете высокоэффективных систем и аппаратов для пылеулавливания, а также при использовании оригинальных, защищенных патентами РФ, конст

141 руктивных решений комбинированных пылеуловителей при «сухом» способе производства керамических пигментов и красок-

— при изложении лекционных курсов, проведении практических занятий, выполнении домашних заданий, курсовых проектов и расчетно-графических работ, выполнении НИР по линии СНО и при подготовке научных кадров по линии аспирантуры, в учебной практике кафедр «Процессы и аппараты химических и пищевых производств», «Промышленной энергетики», «Машины и аппараты пищевых производств» Воронежской государственной технологической академии (приложение 6).

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ.

1. ОСОБЕННОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЕО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ ГАЗОВЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ С ТВЕРДОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗОЙ ЗЕРНИСТЫМИ СЛОЯМИ.

1.1.Анализ современных способов фильтрования пылегазовых потоков и их аппаратурное обеспечение.

1.2. Основные свойства моделируемого объекта.

1.2.1.Модели структур реальных зернистых слоев.

1.2.2. Моделирование механизмов осаждения частиц дисперсной фазы в зернистых слоях.

1.3. Математические модели глубинного фильтрования гетерогенных технологических сред зернистыми слоями.

1.4. Выводы и постановка задачи исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ГЛУБИННОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ СЛАБОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ВЫСОКО ДИСПЕРСНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ

С ТВЕРДОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗОЙ ЗЕРНИСТЫМИ СЛОЯМИ.

2.1. Математическая модель фильтрования высокодисперсных аэрозолей зернистыми слоями при линейном характере изменения коэффициента уноса.

2.1.1. Синтез математической модели.

2.1.2. Анализ математической модели.

2.1.2.1. Аналитическое решение системы уравнений с постоянными коэффициентами.

2.1.2.2. Анализ адекватности модели.

2.1.3. Синтез математической модели с модифицированными граничными условиями.

2.1.4. Анализ математической модели.

2.1.4.1. Построение модели разностной схемы и решение системы уравнений.

2.1.4.2. Анализ адекватности модели.

2.2. Математические модели глубинного фильтрования слабоконцентрированных высокодисперсных аэрозолей при нелинейных законах изменения коэффициента уноса.

2.2.1. Синтез математических моделей.

2.2.2. Построение моделей разностных схем и решение систем уравнений.

2.2.3. Анализ адекватности моделей.

2.3. Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Планирование и проведение экспериментов.

3.2. Экспериментальная модель анализа физико-механических свойств исследуемых пылей.

3.3. Анализ экспериментальных данных.

3.3.1. Математическая модель определения предельного значения порозности фильтрующего зернистого слоя для аэрозолей из керамического пигмента ВК-112.

3.4. Выводы.

4. ПАКЕТ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Особенности и специфика расчета.

4.2. Описание программного обеспечения.

4.3. Работа с пакетом прикладных программ.

4.4. Промышленный эксперимент по расчету зернистых фильтров.

4.5. Модели построения инженерных номограмм к математическим моделям фильтрования.

4.6. Перспективные решения фильтров на основе полученных результатов.

4.7. Оценка надежности и долговечности конструктивных решений и рекомендуемых аппаратов.

4.8. Перспективы реализации полученных результатов.

Список литературы

1. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. М.: Наука, 1971. — 283 с.

2. Андрианов Е. И. Устройство для определения слипаемости тонкодисперсных материалов / Е. И. Андрианов, А. Д. Зимон, С. С. Янковский // Заводская лаборатория. 1972. — № 3. — С. 375 — 376.

3. Аэров М. Э. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем / М. Э. Аэров, О. М. Тодес. Л.: Химия, 1968.- 512 с.

4. Аэров М. Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М. Э. Аэров, О. М. Тодес, Д. А. Наринский. Л.: Химия, 1979. — 176 с.

5. Балтренас П. Методы и приборы контроля запыленности техносферы / П. Балтренас, Ю. Кауналис. Вильнюс: Техника, 1994. — 207 с.

6. Балтренас П. Зернистые фильтры для очистки воздуха от быстрослипающейся пыли / П. Балтренас, А. Прохоров. Вильнюс: Техника, 1991. — 44 с.

7. Балтренас П. Воздухоочистные зернистые фильтры / П. Балтренас, А. Спруогис, Ю. В. Красовицкий. Вильнюс: Техника, 1998. — 240 с.

8. Бахвалов H.C. Численные методы. М.: Наука, 1975. — 368 с.

9. Берд Р. Явления переноса / Р. Берд, В. Стьюарт, Е. Лайтфут / Пер. с англ.- H.H. Кулакова, B.C. Круглова- Под ред. акад. АН СССР Н. М. Жаворонкова и чл.-корр. АН СССР В. А. Малюсова. М.: Химия, 1974. — 688 с.

10. Блох JI.C. Практическая номография. М.: Высшая школа, 1971. — 328 с.

11. Боришанский В. М. Сопротивление при движении воздуха через слой шаров. В кн.: Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах / Под ред. Г. Ф. Кнорре. — M.-JL: Госэнергоиздат, 1958. — С. 290−298.

12. Бретшнаидер Б. Охрана воздушного бассейна от загрязнений / Б. Бретшнаидер, И. Курфюрст. JL: Химия, 1989. — 288 с.

13. Броуновское движение. JL: ОНТИ, 1936.

14. Вальдберг А. Ю. Теоретические основы охраны атмосферного воздуха от загрязнения промышленными аэрозолями: Учебное пособие / А. Ю. Вальдберг, J1.M. Исянов, Ю. И. Яламов. Санкт-Петербург: СпбТИ ЦБП, 1993. — 235 с.

15. Викторов М. М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты. JL: Химия, 1977. — 360 с.

16. Витков Г. А. Гидравлическое сопротивление и тепломассообмен / Г. А. Витков, Л. П. Холпанов, С. Н. Шерстнев М.: Наука, 1994. — 280 с.

17. Высокоэффективная очистка воздуха / Под ред. П. Уайта, С. Смита. -М.: Атомиздат, 1967. 312 с.

18. Газоочистное оборудование: Каталог. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1988.- 120 с.

19. Годунов С. К. Разностные схемы / С. К. Годунов, B.C. Рябенький. М.: Наука, 1977. — 440 с.

20. Гордон Г. М. Контроль пылеулавливающих установок / Г. М. Гордон, И. Л. Пейсахов. М.: Металлургиздат, 1951. — 171 с.

21. ГОСТ 17 .2.4.01−84. Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения контроля загрязнения. М.: Изд-во стандартов, 1984. 28 с.

22. ГОСТ 17 .2.4.02−81. Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ. М.: Изд-во стандартов, 1982. 56 с.

23. ГОСТ 17 .2.4.06−90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения. М.: Изд-во стандартов, 1991. — 18 с.

24. ГОСТ 17 .2.4.07−90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения давления и температуры газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения. М.: Изд-во стандартов, 1991. — 45 с.

25. ГОСТ 17 .2.4.08−90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения влажности газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения. М.: Изд-во стандартов, 1991. — 36 с.

26. ГОСТ 21 119 .5−75. Красители органические и пигменты неорганические. Метод определения плотности. М.: Изд-во стандартов, 1976. — 14 с.

27. ГОСТ 21 119 .6−92. Общие методы испытаний пигментов и наполнителей. Определение уплотненного объема, кажущейся плотности пыли, уплотнения и насыпного объема. М.: Изд-во стандартов, 1993. — 12 с.

28. ГОСТ Р 50 820−95. Оборудование газоочистное и пылеулавливающее. Методы определения запыленности газопылевых потоков. М.: Изд-во стандартов, 1996. — 34 с.

29. Гоулдстейн Дж. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: В 2-х томах / Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин и др.- Пер. с англ. М.: Мир, 1984. — 246 с.

30. Градус Л. Я. Руководство по дисперсному анализу методом микроскопирования. М.: Химия, 1979. — 232 с.

31. Грин X. Аэрозоли Пыли, дымы и туманы / X. Грин, В. Лейн- Пер. с англ. — М.: Химия, 1969. — 428 с.

32. Дуров B.B. Проблема надежности пылеулавливающего оборудования // Цемент. 1985. — № 9. — С. 4−5,16.

33. Дуров В. В. Задача автоматизированного исследования эксплуатационной надежности пылеулавливающего оборудования / В. В. Дуров, A.A. Доценко, П. В. Чартий // Тр. НИПИОТСТРОМа. Новороссийск, 1987. — С. 3−7.

34. Дуров В. В. Метод автоматического исследования эксплуатационной надежности пылеулавливающего оборудования / В. В. Дуров, A.A. Доценко, П. В. Чартий // Тезисы докл. VI Всесоюзного совещ. Техническая диагностика. -Ростов н/Д, 1987. С. 185.

35. Жаворонков Н. М. Гидравлические основы скрубберного процесса и теплопередача в скрубберах. М.: Советская наука, 1944. — 224 с.

36. Жуховицкий A.A. // A.A. Жуховицкий, Я.JI. Забежинский, А. Н. Тихонов // Журн. физ. химии. -1964. Т. 28, вып. 10.

37. Зимон А. Д. Адгезия пыли и порошков. М.: Химия, 1976. — 432 с.

38. Зимон А. Д. Аутогезия сыпучих материалов / А. Д. Зимон, Е. И. Андрианов. М.: Металлургия, 1978. — 288 с.

39. Зотов А. П. Исследование массоотдачи в стационарных зернистых слоях при больших диффузионных числах Прандтля: Дис. канд. техн. наук. -Воронеж, 1981. 139 с.

40. Зотов А. П. Исследование массоотдачи в неподвижных зернистых слоях при ламинарном режиме движения / А. П. Зотов, Т. С. Корниенко, М. Х. Кишиневский // ЖПХ. 1980. — Т. 53, № 6. — С. 1307−1310.

41. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. — 560 с.

42. Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 1981. — Т. 14, № 4. — С. 509.

43. Каталог газоочистного оборудования: Методическое пособие. СПб., 1997.-231 с.

44. Каталог завершенных и перспективных разработок. Новороссийск: НИПИОТСТРОМ, 1987. — 67 с.

45. Кафаров В. В. Математическое моделирование основных процессов химических производств /В.В. Кафаров, М. Б. Глебов. М.: Высшая школа, 1991. — 400 с.

46. Кейс Д. Конвективный тепло-массообмен. М.: Энергия, 1971. — 354 с.

47. Кирсанова Н. С. Новые исследования в области центробежной сепарации пыли // Обзорная информация. Сер. ХМ-14 «Промышленная и санитарная очистка газов». М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989. — 40 с.

48. Кишиневский М. Х. Осаждение высоко дисперсных частиц аэрозоля из турбулентной среды / М. Х. Кишиневский, Т. С. Корниенко, А. М. Голиков // ЖПХ. 1988. — № 5. — С. 1164 — 1166.

49. Кишиневский М. Х. Влияние начального участка на массоотдачу при ламинарном режиме движения и больших числах Шмидта / М. Х. Кишиневский, Т. С. Корниенко, А. П. Зотов // Библиографический указатель «Депонированные рукописи». ВИНИТИ, 1979. — № 6, б/о 240.

50. Кишиневский М. Х. Явления переноса. Воронеж: ВТИ, 1975. — 114 с.

51. Клименко А. П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли. -М.: Химия, 1978.-208 с.

52. Комплексный метод определения дисперсности пыли в пылегазовом потоке / С. Ю. Панов, В. А. Горемыкин, Ю. В. Красовицкий, М.К. Аль-Кудах, Е. В. Архангельская // Инженерная защита окружающей среды: Сб. науч. тр. междунар. конф. М.: МГУИЭ, 1999. — С. 97−98.

53. Корниенко Т. С. Массоотдача в зернистых слоях при турбулентном режиме движения и 8с «1 / Т. С. Корниенко, М. Х. Кишиневский, А. П. Зотов // Библиографический указатель «Депонированные рукописи». ВИНИТИ, 1979. -№ 6, б/о 250.

54. Корниенко Т. С. Массоотдача в неподвижных зернистых слоях при больших числах Прандтля / Т. С. Корниенко, М. Х. Кишиневский // ЖПХ. 1978. -Т. 51, вып. 7. — С. 1602−1605.

55. Коузов П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пыл ей и измельченных материалов. Л.: Химия, 1987. — 264 с.

56. Коузов П. А. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей / П. А. Коузов, Л.Я. Скрябина. Л.: Химия, 1983. — 143 с.

57. Красовицкий Ю. В. Обеспыливание промышленных газов в огнеупорном производстве / Ю. В. Красовицкий, П. Б. Балтренас, В. И. Энтин, Н. М. Анжеуров, В. Ф. Бабкин. Вильнюс: Техника, 1996. — 364 с.

58. Красовицкий Ю. В. Обеспыливание газов зернистыми слоями / Ю. В. Красовицкий, В. В. Дуров. М.: Химия, 1991. — 192 с.

59. Красовицкий Ю. В. Разделение аэрозолей фильтрованием при постоянной скорости процесса и постепенном закупоривании пор перегородки // Ю. В. Красовицкий, В. А. Жужиков, К. А. Красовицкая, В.Я. Лыгина // Химическая промышленность. 1974. — № 4.

60. К теории и расчету слоевого фильтра / В. А. Успенский, О. Х. Вивденко, А. Н. Подолянко, В. А. Шарапов // Инж.-физ. журн. 1974. — Т. XXVII, № 4. — С. 740−742.

61. Курочкина М. И. Удельная поверхность дисперсных материалов: Теория и расчет / М. И. Курочкина, В.Д. Лунев- Под ред. чл.-кор. АН СССР П. Г. Романкова. Л.:Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. — 140 с.

62. Лев Е. С. Фильтрация газа через слой сыпучего материала / в кн. Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах- Под ред. Г. Ф. Кнорре. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958. — С. 241−251.

63. Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Наука, 1952. — 537 с.

64. Лыгина В. Я. Исследование некоторых закономерностей разделения газовых гетерогенных систем с твердой дисперсной фазой зернистыми фильтровальными перегородками: Дис. канд. техн. наук. Волгогр. политехи, ин-т, 1975.- 175 с.

65. Мазус М. Г. Фильтры для улавливания промышленных пылей / М. Г. Мазус, А. Д. Мальгин, M. J1. Моргулис. М.: Машиностроение, 1985. — 240 с.

66. Мазус М. Г. Тканевые фильтры. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1974. 68 с. (Сер. ХМ-14 Промышленная и санитарная очистка газов. Обзорная информация.)

67. Медников Е. П. Вихревые пылеуловители. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1975. 44 с. (Сер. ХМ-14 Промышленная и санитарная очистка газов. Обзорная информация.)

68. Медников Е. П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей. М.: Наука, 1981. — 176 с.

69. Мелешкин М. Т. Экономика и окружающая среда взаимодействие и управление / М. Т. Мелешкин, А. П. Зайцев, К. А. Маринов. — М.: Экономика, 1979. — 96 с.

70. Методика определения дисперсного состава пыли с помощью каскадного импактора с плоскими ступенями. М.: НИИОГАЗ, 1997. — 18 с.

71. Методика определения дисперсного состава пыли с помощью квазивиртуального каскадного импактора. М.: НИИОГАЗ, 1997. — 18 с.

72. Минц Д. М. Теоретические основы технологии очистки воды. М.: Энергия, 1964. — 238 с.

73. Минц Д. М. Гидравлика зернистых материалов / Д. М. Минц, С. А. Шуберт. М.: Министерство коммунального хозяйства РСФСР, 1955. — 174 с.

74. Муллокандов Р. Н. Гидравлическое сопротивление слоя сферических частиц при изотермическом и неизотермическом воздушном потоке // Журн. физ. химии. 1948. — Т. 21, вып. 8. — С. 1051−1062.

75. Описание изобретения к патенту Российской Федерации RU 2 150 988 С1, МКИ 7 В 01D 50/00, В 04 С 9/00. Циклон-фильтр для очистки запыленных газов / А. П. Зотов, Ю. В. Красовицкий, В. И. Ряжских, Е. А. Шипилова. Опубл. 20.06.2000, Бюл. № 17.

76. Определение дисперсности пыли керамических пигментов в пылегазовом потоке / В. А. Горемыкин, Ю. В. Красовицкий, Б. Л. Агапов,

77. С. Ю. Панов, M.K. Аль-Кудах, Е. А. Шнпнлова // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1999. — № 5. — С. 28 — 30.

78. Панов С. Ю. Разработка способа сухой тонкой очистки аспирационных выбросов от пыли при производстве керамических пигментов по энергосберегающей технологии: Дис. канд. техн. наук. Иван, хим.-технолог. академия, 1999. — 198 с.

79. Пасконов В. М. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.: Химия, 1984. — 237 с.

80. Пирумов А. И. Обеспыливание воздуха. М.: Стройиздат, 1981. — 294 с.

81. Примак A.B. Защита окружающей среды на предприятиях стройиндустрии / A.B. Примак, П. Б. Балтренас. Киев: Будивельник, 1991. — 153 с.

82. Радушкевич Л. В. // Acta phys. chim. U.R.S.S. 1937. — V. 6. — P. 161.

83. Рачинский B.B. Введение в общую теорию динамики сорбции и хроматографии. М.: Химия, 1964. — 458 с.

84. Романков П. Г. Гидродинамические процессы химической технологии / П. Г. Романков, М. И. Курочкина. Л.: Химия, 1974. — 288 с.

85. Справочник по пыле и золоулавливанию / Под ред. A.A. Русанова. -М.: Энергия, 1975. — 296 с.

86. Справочник по химии полимеров. Киев: Наукова думка, 1991. — 536 с.

87. Справочник сахарника. М.: Пищ. пром., 1965. — 779 с.

88. Страус В. Промышленная очистка газов. М.: Химия, 1981. — 616 с.

89. Сухие способы очистки отходящих газов от пыли и вредных выбросов. М.: ВНИИЭСМ, 1988. — № 3. — 48 с. (Обзорная информация. Серия 11 Использование отходов, попутных продуктов в производстве строительных материалов и изделий. Охрана окружающей среды.)

90. Счетчик аэрозольных частиц ПК. ГТА-0,3−002. Паспорт № 86 350.

91. Тихонов А. Н. Уравнения математической физики / А. Н. Тихонов, A.A. Самарский. М.: Наука, 1966. — 724 с.

92. Трущенко Н. Г. Фильтрация газов зернистой средой / Н. Г. Трущенко, К. Ф. Коновальчук // Тр. НИПИОТСТРОМ. Новороссийск, 1972. Вып. VI. — С. 54−57.

93. Трущенко Н. Г. Очистка газов зернистыми фильтрами / Н. Г. Трущенко, А. Б. Лапшин // Тр. НИПИОТСТРОМ. Новороссийск, 1970. Вып. III. — С. 75−86.

94. Ужов В. Н. Очистка промышленных газов от пыли / В. Н. Ужов, А. Ю. Вальдберг, Б. И. Мягков, И. К. Решидов. М.: Химия., 1981. — 390 с.

95. Ужов В. Н. Очистка промышленных газов фильтрами / В. Н. Ужов, Б. И. Мягков. М.: Химия, 1970. — 319 с.

96. Федоткин И. М. Гидродинамическая теория фильтрования суспензий / И. М. Федоткин, Е. И. Воробьев, В. И. Вьюн. Киев: Вища школа, 1986.- 166 с.

97. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. — 487 с.

98. Фукс H.A. Механика аэрозолей. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1955. — 352 с.

99. Хованский Г. С. Основы номографии. М.: Наука, 1976. — 352 с.

100. Холпанов Л. П. Математическое моделирование нелинейных термогидрогазодинамических процессов / Л. П. Холпанов, В. П. Запорожец, П. К. Зиберт, Ю. А. Кащицкий. М.: Наука, 1998. — 320 с.

101. Холпанов Л. П. Новый метод расчета массопереноса в двухфазных многокомпонентных средах / Л. П. Холпанов, Е. Я. Кениг, В. А. Малюсов, Н. М. Жаворонков // Докл. АНСССР. 1985. — Т. 28, № 3. — С. 684 — 687.

102. Холпанов Л. П. Исследование гидродинамики и массообмена при турбулентном течении пленки жидкости с учетом входного участка / Л. П. Холпанов, В. А. Малюсов, Н. М. Жаворонков // Теорет. основы хим. технологии. 1978. — Т. 12, № 3. — С. 438 — 452.

103. Холпанов Л. П. Методы расчета гидродинамики и тепломасообмена в системах с подвижной поверхностью раздела // Теорет. основы хим. технологии. 1993. — Т. 27, № 1. — С. 18 — 28.

104. Холпанов Л. П. Некоторые математические принципы химии и химической технологии // Хим. пром-сть. 1995. — № 3. — С. 24 (160) — 35 (171).

105. Холпанов Л. П. Физико-химические и гидродинамические основы нелинейных процессов химии и химической технологии // Изв. РАН. Сер. хим. -1996.-№ 5.-С. 1065- 1090.

106. Холпанов Л. П. Гидродинамика и тепломассообмен с поверхностью раздела / Л. П. Холпанов, В. Я. Шкадов. М.: Наука, 1990. — 280 с.

107. Хужаеров Б. Влияние кольматации и суффозии не фильтрацию суспензий // ИФЖ. 1990. — Т. 58, № 2. — С. 244−250.

108. Хужаеров Б. Модель фильтрации суспензии с учетом кольматации и суффозии // ИФЖ. -1992. Т. 63, № 1. — С. 72−79.

109. Шехтман Ю. М. Фильтрация малоконцентрированных суспензий. -М.: Химия, 1961.-246 с.

110. Энтин В. И. Аэродинамические способы повышения эффективности систем и аппаратов пылеулавливания в производстве огнеупоров / В. И. Энтин, Ю. В. Красовицкий, Н. М. Анжеуров, A.M. Болдырев, Ф. Шраге. Воронеж: Истоки, 1998.-362 с.

111. Эпштейн С. И. К условиям подобия процесса фильтрования через зернистую загрузку // ЖПХ. 1995. — Т. 68, вып. 11. — С. 1849−1853.

112. Эпштейн С. И. К вопросу о моделировании процесса фильтрования суспензии через зернистую загрузку / С. И. Эпштейн, З. С. Музыкина // Тез. докл. Междунар. конф. Теория и практика фильтрования. Иваново, 1998. — С. 68−69.

113. Bakas A. Mazqju elektrostatiniц oro valymo i’iltrij tyrimal ir panaudojimas. Daktaro disertacijos santrauka. Lietuvos Respublika. VTU. -1996. 27 c.

114. Brattacharya S.N. Mass Transfer to Ziquid in Fixed Beds / S.N. Brattacharya, M. Rija-Roa // Indian Chem. Eng. 1967. — V. 9, № 4. — P. 65 — 74.

115. Calvert S. Scrubber Handbook. Prepared for EPA, A.P.T. Inc., California, 1972.

116. Carman P. Fluid Flow through Granular Beds // Trans. Inst. Chem. Eng.- 1937.-V. 15, № 1.-P. 150−166.

117. Chen C.Y. // Chem. Rev. -1955. V. 55. — P. 595.

118. Chilton T.H. Particle-to-Fluid Head and Mass Transfer in Dense Systems of Fine Particles / T.H. Chilton, A.P. Colburn // Ind. Eng. Chem. Fundamentals. 1966. — V. 5, № 1. — P. 9−13.

119. Coulson J.M., Richardson K. // Chemical Engineering. -1968. V. 2. — P. 632.

120. Davies J.T. Local eddy diffusivities related to «bursts» of fluid near solid walls // Chem. Eng. Sei. 1975. — V. 30, № 8. — P. 996 — 997.

121. Davies C.N. // Proc. Roy. Soc. A, 1950. — P. 200.

122. Determining Ceramic Pigment Dust Particle Size in a Flowing Dusty Gas / V.A. Goremykin, B.L. Agapov, Yu.V. Krasovitskii, S.Yu. Panov, M.K. AT -Kaudakh, E.A. Shipilova // Chemical and Petrolium Engineering. 2000. — V. 35, № 5−6. — P. 266−270.

123. Dullien F.A.L. New Network Permeabillity Model of Porous Media // AIChE Journal. 1975. — V. 21, № 2. — P. 299−305.

124. Dwivedi P.N. Particle-Fluid Mass Transfer in Fixed and Fluidized Beds / P.N. Dwivedi, S.N. Upadhyay // Ind. Eng. Chem., Process. Des. Dev. 1977. — V. 16, № 2. — P. 157−165.

125. Fedkin P. Etrance Region (Zevequelike) Mass Transfer Coefficients in Packed Bed Reactors / P. Fedkin, J. Newman // AIChE Journal. 1979. — V. 25, № 6.- P. 1077−1080.

126. Friedlander S.K. // A.I.Ch.E. Journal. 1957. — V. 3. — P. 43.

127. Friedlander S.K. Theory of Aerosol Filtration // Ind. and Eng. Chemistry. 1958. — V. 50, № 8. — P. 1161 — 1164.

128. Gaffeney B.J. Mass Transfer from Packing to Organic Solvents in Single Phase Flow through a Column / B.J. Gaffeney, T.B. Drew // Ind. Eng. Chem. 1950. -V. 42, № 6. P. 1120- 1127.

129. Graetz Z. Uber die Warmeleitungsfahigkeit von Flu? igkeiten // Annalen der Physik und Chemie. Neue Folge Band. 1885. — T. XXV, № 7. — S. 337−357.

130. Herzig J. P. Le calkul previsionnel de la filtration a travers un lit epais. lre part. Proprietes generales et cinetique du colmatage. Chim. et Ind / J. P. Herzig, P. Le Goff // Gen. chim. 1971. — T. 104, № 18. — P. 2337−2346.

131. Kozeny J. Uber kapillare Zeitung des Wassere im Boden // Sitzungs Serinchte Akad. Wiss. Wien. Nat. Kl. -1927. Bd 136 (Abt. IIa). S. 271−306.

132. Krasovitzkij Ju.W. Zur Frage der mathematische Modelirung der Filtration heterogener Systeme mit fester disperser Phase // Kurzreferate «Mekhanische Flusskeitsabtrenunge», 10. Diskussionstagung, 11−12 Oktober, 1972, Magdeburg, DDR. — S. 12−13.

133. Langmuir, I., Blodgett, K.B. General Electric Research Laboratory, Rep. RL-225.

134. Marktubersicht uber Filterapparate // Chemie-Ingenieur-Technik. -1995. T. 67, № 6. S. 678−705.

135. Mass Transfer in Packed Bed Elektrochemical Cells Having Both Uniform Mixed Particle Sizes / R. Alkaire, B. Gracon, T. Grueter, J.P. Marek, A. Blackburn // Journal Electrochemical Science and Technology. 1980. — V. 127, № 5. — P. 1086 — 1091.

136. MATHCAD 2000 PROFESSIONAL. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 98. M.: Филинъ, 2000. — 856 с.

137. McKune Z.K. Mass and Momentum Transfer in Solid-Ziquid System. Fixed and Fluidized Beds / Z.K. McKune, R.H. Wilhelm // Ind. Eng. Chem. 1949. -V. 41, № 6.-P. 1124- 1134.

138. Pajatakes A.S. Model of the Constructed Unit cell Type for Isotropic Granular Porous Media / A.S. Pajatakes, M.A. Neira // AIChE Journal. 1977. — V. 23, № 6. — P. 922−930.

139. Pasceri R.E., Friedlander S.K., Can. J. // Chem. Eng. -1960. V. 38. — P. 212.

140. Richardson J.F., Wooding E.R. // Chem. Eng. Sei. 1957. — V. 7. — P. 51.

141. Rosin P., Rammler E., Intelmann N. // W., Z.V.D.I. 1932. — V. 76. -P. 433.

142. Seilars J.R. Heat Transfer to Laminar Flow in a Round Tube or Flat Conduit The Greatz Problem Extended / J.R. Sellars, Tribus Myron, J.S. Klein // Trans. ASME. — 1956. — V. 78, № 2. — P. 441−448.

143. Silverman L. Perfomance of Industrial aerosol filter // Chem. Eng. Prog. -1951. V. 47, № 9. — P. 462.

144. Slichter C.S. Theoretical Investigation of the Motion of Ground Water // U.S.Geol. Surv. 1897. — V. 98, part. 2. — P. 295−302.

145. Spruogis A. Mazo nasumo grudetq filtrq kurimas oro valymui statybinii^ medziagij pramoneje. Daktaro disertacijos santrauka. Lietuvos Respublika. VTU, 1996. 26 c.

146. Towsend J.S. Electricity in Gases. Oxford, 1915.

147. Towsend J.S. // Trans. Roy. Soc. 1900. V. 193A. — P. 129.

148. Upadhyay S.N. Mass Transfer in fixed and Fluidized Beds / S.N. Upadhyay, G. Tripathi // J. Scient. Ind. Res. 1975. — V. 34, № 1. — P. 10−35.

149. Upadhyay S.N. Studies on Particle-Fluid Mass Transfer. Part II -Multiparticle System. Fixed and Fluidised Beds / S.N. Upadhyay, G. Tripathi // Indian Journal of Technology. 1972. — V. 2, № 10. — P. 361 — 366.

150. Wells A.C. Transport of small particles to vertical surfaces / A.C. Wells, A.C. Chamberlain // Brit. J. Appl. Phys. 1967. — V. 18, № 12. — P. 1793 — 1799.

151. Williamson J.F. Ziquid-Phase Mass Transfer at Zow Reynolds Numbers / J.F. Williamson, K.E. Bazaire, C.J. Geankoplis // Ind. Eng. Chem. Fundamentals. -1963. V. 2, № 2. — P. 126 — 129.

152. Wilson J. Ziquid Mass Transfer at Zow Reynolds Number in Packed Beds / J. Wilson, C.J. Geankoplis // Ind. Eng. Chem. Fundamentals. 1966. — V. 5, № 1. — P. 9 -14.

153. Программа расчета процесса // фильтрования ВДА зернистыми слоями

154. FILE *in,*outl,*out2,*out3,*out4,*out5,*out6,*p-1. Начало головной программыvoid main (void) {textcolor (1) — textbackground (7) — clrscr () —

155. Вывод на экран заголовочного сообщения printf («nt г «nt «nt «ntnt »)getch () —

156. Программа расчета параметров процесса фильтрования ВДА зернистыми слоями

157. Начало основного цикла по вводу данныхdo {с1гэсг ()-о222:printf («nt Выберите цель расчета»)-printf («n I п «п «п

158. Определение ресурса работы зернистого слоя.1

159. Расчет вспомогательных величин al=l-enp- а2=1-е0- аЗ=1+еО- а4=е0+епр- а5=е0-епр-аб=п0+е0-епр- а7=е0/епр- a8=pow (e0,2.) — а9=1+епр- al0=pow (enp, 2.) — f1=а1*а2*аЗ- f2=a4*a5*al- f3=2*e0*a2*a5- f4=2*еО*аЗ*а4-

160. Расчет промежуточных слагаемых и значения Q K=(-a9*al*log (al)+a3*a2*log (a2)+а5*а4/2.+2*a5-al*log (al) -a2*log (а2))/(fl*a6) —

161. M=(-a5*a4*log (a5)-al0+enp*e0+a5*a4/2.-a5*log (а5)+а5)/ (f2*а6) —

162. TT=(a5*a4*log (a5)+e0*enp-a8-a5*a4/2.+a5*log (a5)-a5)/ (f3*a6) —

163. H=(a5*a4*log (a5)+e0*enp-al0+a4*log (a4)-2*e0*log (2*e0)+a5)/f4*a6) — Q=K+M-TT-H-

164. Расчет скорости движения фронта U=2*vf*e0*n0/(a4*a5) — if (zz=="2") {xk=U*tau-printf («n Необходимая высота зернистого слоя H=%lf м», xk)->printf («nn Скорость движения фронта U=%e м/с», U) -//getch () — z=2*vf*eO/U-

165. Расчет гидродинамических характеристик m=(17.Зе-6*397/(Т+124))*pow (Т/273,3./2.) — рд=(29.0/22.4)*273*Рд/(Т*1.013е5) — h=m/pg-

166. Начало цикла по высоте слояdo {е0.=е0- // Присвоение начального значения е1. Начало цикла по времениfor (t=l., i=l-t<=900 000.-t=t+900., i=i+l) {

167. Расчет и сравнение значения коэффициента массоотдачи b=beta () — // Вызов подпрограммы для расчета betaif (b==0.) {printf («n Значение безразмерного времени релаксации > 0.22 «)-getch ()-return-1. B=6*b/dz-

168. Расчет значения Р P=-U*z*a5/B-

169. Расчет текущего значения е е1.=epsilon (ei-1.) — еср=(е+е[i])/2.-

170. Подпрограмма записи результатов в файл и накопления массивов // для вывода графиковvoid vyv (void) {

Моделирование химических процессов в зоне проникновения фильтратов технологических жидкостей

В процессе массообменных взаимодействий фильтрата промывочной жидкости с составляющими коллектор веществами происходит изменение общей минерализации дисперсионной среды, а из-за гидратации гидрофильной породы изменяется текущая водонасыщенность, эффективная проницаемость и пористость. На разделах жидкой и твердой фаз появляются адсорбционные силы и силы прилипания, возникают поверхности свободной энергии, изменяется поверхностное натяжение.

Процесс гидратации приводит к присоединению воды к глинистой составляющей скелета породы-коллектора и ее набуханию, сорбция ионов на поверхности породы - к обеднению, а десорбция - к обогащению определенными солями фильтрата промывочной жидкости.

Рассмотрим процессы, протекающие при фильтрации в породе, и опишем их математически.

1. Образование труднорастворимых осадков в порах и трещинах

Пусть в реакции участвует молей ионов типа и молей ионов типа, и при этом образуется новое соединение. Тогда реакцию образования осадка в общем виде можно представить следующим уравнением:

Условие возможности образования осадка при любых задаваемых концентрациях ионов следующее:

Продукт реакции выпадает в осадок при соотношении, согласно которому произведение концентраций ионов в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам, больше произведения растворимости продукта.

2. Набухание глинистых пород

Величина набухания пород в различных средах может быть установлена экспериментально на приборе Жигача-Ярова. Зная эту величину, можно рассчитать конечную пористость породы.

3. Адсорбция реагентов на поверхности породы

Чем выше у элемента, входящего в состав породы, сродство к электрону и ниже сродство к протону, тем лучше он сорбирует органические вещества. Таким образом, сорбция на минералах глин, цементов, мела, песков в основном идет по центрам, содержащим такие элементы, как .

Для определения величины адсорбции органических реагентов рассчитывается безразмерный температурный показатель (при температуре от 20 до 100 C) .

Для расчета коэффициента адсорбции при температурах свыше 100C необходимо дополнительно учитывать константу молярного превышения точки кипения раствора.

4. Образование граничных слоев воды

В результате адсорбции на границе раздела твердое тело - жидкость, образуются граничные слои жидкости, свойства которых отличны от тех, которые в объеме. Характер влияния ионов на структуру такой пленочной адсорбированной воды зависит от их радиуса, заряда, конфигурации и строения электронной оболочки. Установлено два случая воздействия ионов. Они либо связывают ближайшие молекулы воды, при этом структура пленки упрочняется, либо увеличивают подвижность молекул воды, структура пленочной воды при этом разрушается .

Такие электролиты, как, снижают глубину проникновения фильтрата бурового раствора в пласт. Электролиты типа, наоборот, способствуют снижению вязкости фильтрата и повышают его подвижность, тем самым глубина проникновения жидкости увеличивается.

Чем больше становится концентрация электролита в поре, тем меньше толщина двойного электрического слоя (ДЭС). Взаимосвязь толщины ДЭС с другими его параметрами без учета реальных размеров ионов выражается формулой :

Если свободный раствор содержит несколько солей, в формулу (5) вместо подставляют выражение - ионную силу раствора, в котором суммируются произведения молярной концентрации на валентности каждого иона, присутствующего в растворе.

В поровых каналах конечного размера реальное значение будет значительно отличаться от теоретического. Для щелевидного сечения предложена следующая формула для расчета реального значения:

Формулу (6) можно использовать для оценки величины () в цилиндрическом капилляре, подставив вместо ширины щели удвоенный радиус .

К наиболее существенным значимым управляемым факторам отнесены химический состав бурового раствора, его рН и величина краевого угла смачивания на границе нефть - фильтрат. Неуправляемые факторы: химический состав нефти и остаточной воды в пласте, химический состав породы и глинистого цемента, а также его коллоидальность.

Для того чтобы правильно учитывать влияние каждого фактора на породу коллектора при фильтрации, был разработан специальный алгоритм, основанный на различии в скоростях происходящих процессов.

Так, за время мгновенной фильтрации предположительно в первую очередь происходит взаимодействие фильтрата с пластовыми флюидами, а затем с гидрофильной породой. При определенных условиях может произойти выпадение нерастворимых осадков в каналах пласта и их сужение.

При контакте фильтрата бурового раствора и породы протекают процессы адсорбции, которые приводят к накоплению на поверхности стенок каналов полимерной пленки.

Если в составе породы коллектора присутствует глинистый цемент, то возможно дополнительно его набухание.

Одновременно с осадкообразованием протекает процесс образования водных пленок на поверхности породы. Их толщина может значительно изменяться из-за набухания глинистого цемента и адсорбции реагентов. Для коллекторов с проницаемостью k пр > 0,5 Ч10 -12 м 2 образование граничных слоев воды оказывает незначительное влияние .

На основании вышеизложенного алгоритм расчета можно представить следующим образом:

а) По формуле (2) проверяется возможность выпадения нерастворимых осадков при взаимодействии фильтрата бурового раствора и пластовой воды, затем расчет их возможного количества. Данное явление сильно влияет на эффективный радиус поровых каналов.

б) На основании данных о составе пород определяется коэффициент набухания пород, и по формуле (3) рассчитывается конечная пористость.

в) По формуле (4) рассчитывается количество реагентов, адсорбирующихся на поверхности породы. Это позволит узнать изменение концентрации реагентов в фильтрате бурового раствора.

г) С учетом данных, полученных в п.п.а - в, по формулам (5) - (6) производится расчет толщины образовавшихся граничных слоев воды и, следовательно, конечный радиус поровых каналов.

Данный алгоритм применили для оценки ухудшения коллекторских свойств пласта Ач 3 Верхненадымского месторождения для пресного бурового раствора. В результате набухания пород проницаемость пласта уменьшается на 18%, пористость на 48%. Потери полимеров в результате адсорбции на шламе составляют 0,4% от их начального количества. Толщина поверхностных пленок воды увеличивается на 21%. В результате всех этих явлений проницаемость пласта снижается почти на 96%.

Разработанная модель удовлетворяет следующим требованиям:

2) имеет набор установленных петрофизических характеристик;

3) позволяет проводить инженерное обобщение установленных фактов и прогнозировать в удобной форме необходимые технологические параметры.

Список использованной литературы

фильтрат минерализация дисперсионный

1. Мавлютов М.Р. Физико-химическая кольматация истинными растворами в бурении. - М.: Обзор/ВНИИ экон. минер. сырья и геол.-развед. работ. (ВИЭМС), 1990.

2.Михайлов Н.Н. Изменение физических свойств горных пород в околоскважинных зонах. - М.: Недра, 1987.

Подобные документы

Отрицательное влияние фильтрата технологических жидкостей. Образование стойких водонефтяных эмульсий и нерастворимых солей и интенсификация проявления капиллярных сил. Схема деформации капли нефти при её сдвиге в капилляре. Эффект Жамена, скин-фактор.

презентация , добавлен 16.10.2013

Обзор и анализ существующих методов оптимизации химико-технологических процессов. Определение параметров уравнения Аррениуса. Определение оптимальной температуры. Расчёт зависимости оптимальной скорости химической реакции от степени превращения.

курсовая работа , добавлен 18.06.2015

Математическое моделирование полидисперстных систем; применение полимерных микросфер. Электронная микроскопия; пакет программы TableCurve. Анализ дисперсности эмульсий в процессе полимеризации, построение гистограмм распределения глобул полистирола.

реферат , добавлен 08.05.2011

Гетерогенный катализ, закономерности. Свойства пористых катализаторов. Взаимодействие катализатора и реакционной среды. Кинетическое и математическое моделирование гетерогенных процессов. Некаталитические гетерогенные процессы в системе газтвердое тело.

учебное пособие , добавлен 06.11.2012

В настоящее время состояние окружающей среды – одна из наиболее остро стоящих перед человечеством проблем. Для городов и промышленных регионов наибольшую экологическую опасность представляют промышленные и выхлопные газы, выбрасываемые в атмосферу.

дипломная работа , добавлен 04.01.2009

Философские аспекты моделирования как метода познания окружающего мира. Гносеологическая специфика моделей. Классификация моделей и виды моделирования. Моделирование молекул, химических процессов и реакций. Основные этапы моделирования в химии.

реферат , добавлен 04.09.2010

Анализ стационарных состояний проточных реакционных систем. Реализация селективного вывода продуктов реакции из системы. Корреляция избыточных энергий Гиббса. Модель Вильсона. Математическое описание совмещенных реакционно-ректификационных процессов.

дипломная работа , добавлен 04.01.2009

Рецептура грунтовки водно-дисперсионной глубокого проникновения, количество и порядок закладки необходимого сырья. Стадии технологического процесса изготовления краски. Технология изготовления полуфабриката грунтовки, метод определения ее готовности.

реферат , добавлен 17.02.2009

Современное состояние исследований в области азеотропии. Термодинамико-топологический анализ структур диаграмм парожидкостного равновесия. Новый подход к определению классов диаграмм трехкомпонентных биазеотропных систем. Математическое моделирование.

дипломная работа , добавлен 12.11.2013

Вычисление относительной молекулярной массы газа. Составление электронной формулы атома, молекулярных химических уравнений реакций. Написание электронных уравнений анодного и катодного процессов, протекающих при коррозии технического цинка в кислой среде.