Том 57, № 4 (2023)

В статье приводится модель для определения эффективности фракционного разделения прямоточного циклона. Модель включает параметры, характеризующие движение частицы в циклоне, влияющие на степень сепарации: расстояние, которое проходит частица, двигаясь по спирали, и ее траекторию. Представлены результаты экспериментального исследования эффективности разделения в прямоточном циклоне новой конструкции. Эксперименты проводились с кварцевой мукой четырех дисперсных составов – 15, 20, 30 и 50 мкм. При работе с частицами малой дисперсности циклон показал высокую эффективность для аппаратов такого типа. Приведен анализ кривых эффективности разделения.

В данной работе предложена методика и математическая модель для расчета химико-энерготехнологического процесса обжига рудного фосфатного сырья в движущемся плотном слое на колосниковой решетке обжиговой конвейерной машины. По результатам проведенных вычислительных экспериментов на разработанной компьютерной модели, представлен анализ предельных и оптимальных режимов процессов сушки и обжига кускового и окомкованного рудного фосфатного сырья на конвейере обжиговой машины. Определены предельные условия прокалки кускового и окомкованного рудного сырья при засыпке в виде монослоя кусков, совместном обжиге и в виде слоя фосфоритовых окатышей, с учетом технологических ограничений функционирующих обжиговых конвейерных машин. Для фосфатного рудного сырья установлено, что предельно достижимая степень декарбонизации при высокотемпературном обжиге в виде кусков в обжигово-конвейерной машине составляет 60%. Обжиг в виде окатышей, позволяет обеспечить степень декарбонизации в 80%. Предложенная в настоящей работе методика теплофизических и кинетических исследований может быть распространена на изучение закономерностей термически активируемых эндотермических химико-металлургических процессов прокалки в широком классе железорудных сырьевых материалов. Представленная компьютерная модель для расчета предельных и оптимальных условий функционирования обжиговых конвейерных машин используется для оперативной адаптации промышленных установок, к периодически изменяющимся свойствам рудных сырьевых материалов, поступающих на термическую обработку.

Рассмотрены методы исследования, математического моделирования и расчета тепломассообменных характеристик пленочных блоков оросителей (насадок) в градирнях. Основными методами являются – экспериментальные, численные и приближенные. Отмечено, что для практических целей расчета градирен наибольшее применение находят экспериментальные и приближенные методы. Одним из приближенных методов заключается в применении моделей структуры потоков – диффузионной или ячеечной моделей. Рассмотрено применение ячеечной модели для газовой и жидкой фаз в виде аналитического решения с тепловым числом единиц переноса. В результате вычисляется тепловая эффективность по газовой фазе (нагрева воздуха) и с использованием уравнения теплового баланса определяется эффективность охлаждения воды. Представлены выражения для расчета основных параметров модели – числа ячеек по газовой и жидкой фазам. Даны экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению, объемному коэффициенту массоотдачи и тепловой эффективности в газовой и жидкой фазах, полученные на макете градирни с пакетом труб (блоком оросителей) с дискретно – регулярной шероховатой поверхностью. Показано согласование результатов расчетов по ячеечной модели с экспериментом. Даны результаты расчета мини градирни с регулярными насадками, применяемые в ректификационных и абсорбционных колоннах.

В статье предложена клеточно-автоматная модель на основе кривых Безье для создания цифровых двойников пористых наноструктур различной природы, разработанная с использованием клеточно-автоматного подхода. Проведены вычислительные эксперименты по созданию цифровых двойников полученных экспериментальных образцов аэрогелей на основе хитозана. Проведено сравнение структурных характеристик цифровых копий и экспериментальных образцов, на основе которых были сделаны выводы о корректной работе модели. Полученные цифровые двойники могут быть использованы для прогнозирования свойств пористых волокнистых материалов, в частности, аэрогелей на основе хитозана, что позволит частично заменить натурные эксперименты вычислительными и, следовательно, снизить затраты при разработке новых материалов с заданными свойствами.

Обоснована расчетами воспроизводимость кондуктометрической методики количественного определения объемной доли добавленной воды к минеральной воде “Ессентуки-4” на основе анализа зависимости удельной электрической проводимости минеральной воды и модельных растворов, приготовленных на основе минеральной воды. Методика полностью соответствует принципам “зеленой” химии, так как “отходами” является минеральная вода, разбавленная дистиллированной водой.

Проведен анализ моделей, используемых для описания реологических свойств дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов, с точки зрения их структуры. На примере модельной системы на основе полиэтилена низкого давления, содержащей стеклянные микрошарики, предложена математическая модель, которая связывает относительную вязкость с параметрами дисперсной структуры. Впервые рассмотрены реологические свойства дисперсно-наполненных композиционных материалов с позиций формирования гетерогенности из частиц дисперсного наполнителя в пространстве и построения полимерной матрицы в свободном пространстве в виде трех функциональных составляющих (Θ, В и М). Применение в технологической практике данного подхода позволяет по параметрам заданного типа структуры дисперсно-наполненного полимерного композиционного материала, связанного с содержанием дисперсного наполнителя, оценить значения вязкости расплавов.

Изложены результаты использования методологии оптимизационной термодинамики для математического описания и оптимизации процессов ректификации. Рассмотрены задачи построения множества реализуемых режимов для колонн, разделяющих бинарную и многокомпонентную смесь, выбор порядка разделения многокомпонентной смеси, целесообразность использования разделяющего агента, выбор температуры и точки ввода питания, оптимизации параллельных и последовательных систем колонн ректификации. Получены расчетные формулы для производства энтропии и коэффициентов теплопередачи в кубе и в дефлегматоре колонны.