Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии

Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии

В работе представлена теплофизическая модель силового взаимодействия закипающих в результате резкого сброса давления частиц дисперсной фазы эмульсии, которая позволяет определить эффект дробления данных частиц. Указана возможность применения разработанной модели для изучения процессов дробления дисп...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2010
Автори: Павленко, А.М., Климов, Р.А., Басок, Б.И.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут технічної теплофізики НАН України 2010
Назва видання:Промышленная теплотехника
Теми:
Тепло- и массообменные процессы
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60599
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии / А.М. Павленко, Р.А. Климов, Б.И. Басок // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 5. — С. 14-17. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-60599
record_format dspace
spelling irk-123456789-605992014-04-18T03:01:25Z Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии Павленко, А.М. Климов, Р.А. Басок, Б.И. Тепло- и массообменные процессы В работе представлена теплофизическая модель силового взаимодействия закипающих в результате резкого сброса давления частиц дисперсной фазы эмульсии, которая позволяет определить эффект дробления данных частиц. Указана возможность применения разработанной модели для изучения процессов дробления дисперсной фазы. В роботі представлено теплофізичну модель силової взаємодії частинок дисперсної фази емульсії, яка дозволяє визначити ефект подрібнення даних частинок, що адіабатично закипають в результаті різкого скидання тиску. Вказано можливість застосування розробленої моделі для вивчення процесів подрібнення дисперсної фази. The mathematical model of power cooperation of beginnings to the boil as a result of sharp up cast of pressure particles of dispersion phase of emulsion which allows defining possibility of crushing of these particles is presented in this work. Possibility of application of the developed model is indicated for the study processes of crushing dispersion phase. 2010 Article Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии / А.М. Павленко, Р.А. Климов, Б.И. Басок // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 5. — С. 14-17. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60599 621.01.216 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Тепло- и массообменные процессы
Тепло- и массообменные процессы
spellingShingle Тепло- и массообменные процессы
Тепло- и массообменные процессы
Павленко, А.М.
Климов, Р.А.
Басок, Б.И.
Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии
Промышленная теплотехника
description В работе представлена теплофизическая модель силового взаимодействия закипающих в результате резкого сброса давления частиц дисперсной фазы эмульсии, которая позволяет определить эффект дробления данных частиц. Указана возможность применения разработанной модели для изучения процессов дробления дисперсной фазы.
format Article
author Павленко, А.М.
Климов, Р.А.
Басок, Б.И.
author_facet Павленко, А.М.
Климов, Р.А.
Басок, Б.И.
author_sort Павленко, А.М.
title Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии
title_short Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии
title_full Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии
title_fullStr Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии
title_full_unstemmed Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии
title_sort особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate 2010
topic_facet Тепло- и массообменные процессы
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60599
citation_txt Особенности силового взаимодействия закипающих частиц эмульсии / А.М. Павленко, Р.А. Климов, Б.И. Басок // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 5. — С. 14-17. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv AT pavlenkoam osobennostisilovogovzaimodejstviâzakipaûŝihčasticémulʹsii
AT klimovra osobennostisilovogovzaimodejstviâzakipaûŝihčasticémulʹsii
AT basokbi osobennostisilovogovzaimodejstviâzakipaûŝihčasticémulʹsii
first_indexed 2025-07-05T11:38:53Z
last_indexed 2025-07-05T11:38:53Z
_version_ 1836806867614957568
fulltext ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №514 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ УДК 621.01.216 Павленко А.М.1, Климов Р.А.1, Басок Б.И.2 1Днепродзержинский государственный технический университет МОН Украины 2Институт технической теплофизики НАН Украины ОСОБЕННОСТИ СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗАКИПАЮЩИХ ЧАСТИЦ ЭМУЛЬСИИ В роботі представлено теплофізичну модель силової взаємодії частинок дисперсної фази емульсії, яка дозволяє виз- начити ефект подрібнення даних частинок, що адіабатично закипа- ють в результаті різкого скидання тиску. Вказано можливість засто- сування розробленої моделі для вивчення процесів подрібнення дисперсної фази. В работе представлена теплофизическая модель силового взаимодействия закипающих в результате резкого сброса давления частиц дисперсной фазы эмульсии, которая позволяет определить эффект дробления данных частиц. Указана возможность применения разработанной модели для изучения процессов дробления дисперсной фазы. The mathematical model of power cooperation of beginnings to the boil as a result of sharp up cast of pressure particles of dispersion phase of emulsion which allows defining possibility of crushing of these particles is presented in this work. Possibility of application of the developed model is indicated for the study processes of crushing dispersion phase. Введение В промышленности широкое примене- ние находят смазочно-охлаждающие жидкос- ти (СОЖ), которые в наибольшей степени определяют снижение изнашивания режуще- го инструмента и улучшение качества обра- батываемых поверхностей, как в технологии металлообработки, так и других производств [1]. Для снижения затрат экономически целе- сообразным является повторное использование отработанных СОЖ, но для этого их составы необходимо привести к нормативным, т.е. очи- стить от механических примесей, а также по- лучить наиболее устойчивую к расслоению структуру, т.е. необходимо получить наимень- ший размер дисперсной фазы. Поэтому, изуче- ние процессов дробления капель дискретно распределенной фазы является важным для определения оптимальных режимов диспер- гирования, что влечет за собой значительное снижение затрат энергии, как при самом про- цессе измельчения и дробления, так и финан- совых затрат при многократном использовании одной и той же СОЖ, предварительно подготов- ленной перед каждым циклом использования. Постановка задачи. Проведем исследо- вание дробления капель дисперсной фазы, на- ходящейся в окружении других капель при их закипании. При этом процесс дробления возможен из-за значительных разностей в ускорениях (скоростях) роста границ разде- ла масло-пар, вызванных различными ампли- тудами и частотами их колебаний при резком сбросе давления для частиц различных разме- ров. Данные условия могут привести к появ- лению неустойчивостей типа Релея-Тейлора и Кельвина-Гельмгольца [2]. В качестве объекта исследования примем эмульсию, показанную в [3] и схематически представленную на рис. 1. Рассматривая каплю эмульсии, можно сделать вывод о том, что основную роль на процессы ее разрушения будут оказывать силы, действую- щие по нормальной составляющей к поверхно- сти капли, т.е. силы направленные либо к цен- тру капли, либо от него. Ускорение и скорость, как показатели сил, действующих на поверх- ность капли от нескольких источников, опреде- ляются выражениями (1) ( ) ( ) 1 0 0 0 0 1 , , , i N n i n i g x y g x y k − = = ⋅∑ ( ) ( ) 1 0 0 0 0 1 , , , i N n i n i w x y w x y k − = = ⋅∑ ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №5 15 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ где x0, y0 – координаты точки на поверхности капли; g, w – ускорение и скорость в искомой точке, действующее от какого-либо источника [4]; N – общее число закипающих капель дис- персной фазы; kn – поправка на нормальную со- ставляющую , (2) где β – угол от вертикальной оси, выходящей из центра рассматриваемой капли, определяет координаты точек поверхности данной капли; di(x0,y0) – радиус-вектор от центра i -ой капли до поверхности рассматриваемой частицы. Важным является рассмотрение сил, дей- ствующих на противоположные стороны включения. Находя, например, ускорение и вы- званную им силу на одной стороне капли и на ее противоположной стороне, будем считать, что если две противоположные силы направ- лены к центру рассматриваемой капли, то об- щая сила, действующая на каплю, равна сумме данных двух сил. Если обе силы направлены от центра капли, то общая сила также равна сумме двух векторных сил. В том случае, если обе силы действуют разнонаправлено по отно- шению к центру капли, т.е. однонаправлены в пространстве, определяющей будем считать ту силу, которая имеет большее значение из двух действующих. Таким образом, на включение дисперсной фазы, которая не закипает (т.е. не создает никакого противодействия силам, дей- ствующим на него), определяющим воздей- ствием, приводящим к возможному разруше- нию, будет максимум двух сил, действующих на противоположные стороны, при условиях описанных выше. В случае же, когда капля эмульсии начина- ет закипать, она имеет свою силу, которая будет противодействовать внешнему воздействию со стороны других источников. Тогда определяю- щей силой может быть та, которая действует на одну сторону включения и превышает силу противодействия. Все это является основным отличием в рассмотрении сил, действующих на каплю, которая закипает, в отличие от незаки- пающей капли. Это означает, что необходимо учитывать два данных максимума и определять из них главный. Возможно совпадение в суще- ствовании этих максимумов сил. Общее, действующее на каплю, ускорение определится уравнением , (3) где gp1, gp2 – результирующие ускорения, определяемые с противоположных сторон по- верхности рассматриваемой капли, соответ- ственно. При несовпадении максимумов сил (уско- рений, скоростей), действующих на противопо- ложные стороны включения и с одной стороны, считаем определяющей ту общую силу, которая имеет большее значение (4) где Δg1 Δg2 – общие, действующие на каплю ускорения, рассчитанные по максимумам, дей- ствующим на противоположные стороны и с одной стороны, соответственно. Были проведены исследования того, как из- меняются силы, действующие на каплю с те- чением времени, а также как изменяется угол максимального воздействия силы. Для данных Рис. 1. К расчетной модели дробления ка- пель дисперсной фазы эмульсии (характерные размеры в микронах). ( ) ( ) ( ) 0 0 0 0 sin cos , i i n i x x y y k d x y − β+ − β = 1 2p pg g g∆ = + 1 1 2 2 1 2 , ; , ,d g g g g g g g ∆ ∆ > ∆ = ∆ ∆ < ∆ ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №516 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ условий силы равны [2, 4] , , , , (5) , , где Fg1т, Fg2т – силы, действующие на каплю; – сила противодействия самой капли; – суммарная действующая на каплю сила; – критическая сила, вызывающая неустой- чивость по Бонду; Δ – сила, определяющая деформацию либо перемещение капли; т – но- 3 1 14 m mg m мF R g= π ρ 3 2 24 m mg m мF R g= π ρ 34 mg m м mF R g= π ρ 3 Bo 4 m mm м dF R g= π ρ Bo 40 m cr mF R= πσ Bo Bo 8 m m mF F R∆ = − πσ Bom crF мер капли (рис. 1). Расчет проводим либо до взаимной встречи капель, либо до выполнения условия . (6) Результаты работы Результаты расчетов по уравнениям (1) – (6) совместно с уравнениями дина- мики роста паровой фазы [4] методом се- ток представлены на рис. 2. При этом рас- чет проводился для t0 = 105 °С до момента встречи двух наиболее близко расположенных капель. Рис. 2. Изменение во времени сил, действующих на каплю №4 (а) и угла действия максимальной силы (в). Из рис. 2, а видно, что критическая сила с течением времени увеличивается, что связано с увеличением радиуса Rт рассматри- ваемой капли, а величины сил действующих на каплю стремятся во времени к нулю. Поэтому, можно сделать вывод о том, что если не учитывать дальнейшего взаимодей- ствия капель между собой при их соприкос- новении, то при t0 = 105 °С, если в начальные моменты сброса давления системы дробления крупных капель не произойдет, то до момен- та соприкосновения они уже не разрушатся. Кривые изменения Fg1, Fg2 показывают на тот максимум силы, который действует в данный момент времени. Совместное их рассмотре- ние позволяет определить силу FBo, которая в свою очередь и играет основную роль в данном процессе. Видно, что для капли №4 (рис. 2, а) Bom crF Bo Bom m crF F≥ Bom F Bom F mgF ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №5 17 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ при положительном значении силы FBo воз- можно лишь ее перемещение, на что указывает отрицательный знак Δ FBo. Наиболее резкое изменение угла действия максимальной силы наблюдается для капель № 3 и 6 (рис. 2, в). Для примера рассмотрим ка- плю № 6. Как видно из рис. 2, в, с изменением угла действия максимальной силы изменяется доминирующее воздействие либо пятой капли (β ≈ 40°), либо третьей (β ≈ 300°) совместно с четвертой. Это также видно и на рис. 2, а, как резкое снижение силы Fg2 и, как следствие, скачок действующей силы FBo из-за того, что Fg2 и Fg оказываются однонаправленными и определяющей становится сила Fg2. Можно сделать вывод о том, что угол β может резко изменяться только у тех капель, которые на- ходятся в окружении других, тогда как капли, находящиеся на «окраине», будут изменять угол действия максимальной силы на неболь- шую величину. Это объяснимо тем, что для капель, находящихся внутри эмульсии, мак- симум силы может достаточно быстро изме- няться как по значению, так и по направлению, вследствие достаточно близкого расположе- ния соседних капель, которые изменяют свое доминирующее влияние на данную части- цу. В то же время капли, находящиеся в на- ружных слоях, имеют соседей на малой доле своей окружности, что и предопределяет не- большое значение изменения угла действия максимальной силы. Выводы Рассмотрена модель дробления крупных включений дисперсной фазы эмульсии. Расче- том установлены углы действия максимальных сил, из которых видно, что процесс дробления закипающих включений протекает при различ- ных максимумах усилий (различных углах β ) в сравнении с не закипающими частицами. Это показывает на необходимость нахождения как минимум двух максимальных усилий, которые могут совпадать по углу своего действия на каплю, либо значительно различаться по это- му углу действия. Большую роль играют ПАВ, которые позволяют раздробить частицу при го- раздо меньших прикладываемых к ней усили- ях со стороны других закипающих включений. Учет этих явлений позволит еще более деталь- но и точно рассматривать процессы роста и дробления включений дисперсной фазы. ЛИТЕРАТУРА 1. Смазочно-охлаждающие технологиче- ские средства для обработки металлов резани- ем: Справочник / Под ред. С.Г. Энтелиса – М.: Машиностроение, 1986. – 352 с. 2. Долинский А.А., Павленко А.М., Басок Б.И. Теплофизические процессы в эмульсиях. – Киев, Наукова думка, 2005. – 265 с. 3. Эмульсии / Под ред. Ф.Шермана – Л.: Химия, 1972. – 312с. 4. Павленко А.М., Климов Р.А., Басок Б.И. Кинетика испарения в процессах гомогениза- ции // Пром. теплотехника. – 2006. – Т. 28.– №6. – С.14 – 20. Получено 31.05.2010 г.

Схожі ресурси