Оценка эффективности механических перемешивающих устройств вертикальных емкостных аппаратов с применением системы конечно-элементного анализа

исследование влияния параметров конструкции и режима функционирования механических перемешивающих устройств (МПУ) на эффективность перемешивания с применением системы конечно-элементного анализа. В качестве критерия эффективности МПУ вертикальных емкостных аппаратов впервые предложена дисперсия длины суммарного вектора скорости перемешиваемой среды в объеме аппарата, минимизация которой позволяет определять сочетание параметров МПУ, обеспечивающее максимальную степень равномерности поля скоростей, а затраты мощности на перемешивание превышают допустимые не более, чем на 10 %. Разработана математическая модель процесса механического перемешивания с применением осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса при допущении о симметричности поля скоростей перемешиваемой среды в вертикальном емкостном аппарате относительно оси вращения мешалки, замкнутых RNG k-ε моделью турбулентности с использованием интегралов Бернулли для определения составляющих вектора гидродинамического давления. Адекватность разработанной модели подтверждена результатами экспериментов на лабораторной установке: измерениями напряжения питания и силы тока, потребляемого электродвигателем при перемешивании однородной гомогенной жидкости и вращении мешалки в пустом аппарате. Проведены исследования влияния параметров конструкции и режима функционирования МПУ на эффективность перемешивания, результаты которых позволили уточнить рекомендации РД 26-01-90-85 «Механические перемешивающие устройства. Метод расчета» в части ширины и высоты лопастей наиболее распространенных механических мешалок. Предложен алгоритм определения параметров конструкции и режима функционирования МПУ с применением технологии многофакторного вычислительного эксперимента, позволивший минимизировать необходимое количество расчетов поля скоростей в объеме перемешиваемой среды. Разработана проблемно-ориентированная система определения параметров конструкции и режима функционирования МПУ (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №202361382), прошедшая успешную апробацию и внедренная в проектно-конструкторском отделе АО "Пигмент", г. Тамбов, эффективность применения которой подтверждена актом испытаний предложенной конструкции МПУ промышленного аппарата (сокращение длительности стадии с 20 до 18 ч., уменьшение потребляемой мощности привода на 16 %.) и справкой об использовании результатов научно-исследовательской работы.