Обґрунтування технічних характеристик змішування та проектування обладнання для в’язких матеріалів
Автор: Іванишин Віталій Ігорович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Магістерська робота присвячена обґрунтуванню технічних характеристик процесу змішування та розробці рекомендацій для проектування обладнання, призначеного для роботи з в’язкими матеріалами. У роботі проведено аналіз фізико-механічних властивостей в’язких середовищ, досліджено основні закономірності процесів перемішування та їх вплив на якість кінцевого продукту. Особливу увагу приділено розробці інженерних рішень для оптимізації процесу змішування, зокрема покращення масо- та теплопереносу. У дослідженні представлено сучасні конструкції змішувального обладнання, виконано їхню порівняльну оцінку та обґрунтовано вибір оптимальних параметрів роботи. На основі чисельного моделювання та експериментальних даних розроблено рекомендації щодо конструктивних і технологічних особливостей змішувачів, які забезпечують високу ефективність при мінімальних витратах. Результати роботи можуть бути застосовані в різних галузях промисловості, зокрема в хімічній, харчовій та фармацевтичній, для проектування нового обладнання або модернізації. Об’єкт дослідження: Обладнання для перемішування в’язких середовищ, яке використовується для обробки рідин із високою в’язкістю. Предмет дослідження: Параметри процесу перемішування та конструкційні особливості різних типів імпелерів Мета дослідження: аналіз існуючих методів та технічних рішень у сфері розмішування, обґрунтування вибору оптимальних технічних характеристик для забезпечення ефективного функціонування процесу, а також розробка рекомендацій щодо вдосконалення обладнання. У першому розділі проведено аналіз процесу змішування рідких сумішей, а також сучасного обладнання для перемішування в’язких рідин. Проведено огляд CAD/CAM програм для моделювання процесів гідродинаміки. У другому розділі розглянуто метод оцінки ефективності перемішування, вибрано обладнання та параметр перемішування, проведено визначення в’язкості рідини яка перемішується. У третьому розділі було здійснено моделювання процесу перемішування в програмному забезпеченні ANSYS. Де в першу чергу виконана перевірка сіткової збіжності випробуваних моделей. Детально описано результати моделювання імпеллерів, що продемонстровано на графіках з програмного забезпечення. У результаті аналізу конструктивних особливостей міксерів та огляду відомих програмних продуктів для моделювання фізичних процесів, визначено підхід до розв’язування задачі механічного перемішування в міксерах з використанням пакетів програм Ansys Fluent v17.2 та Ansys CFX v17.2 Розроблено програми, що адаптують комплекси програм Ansys Fluent v17.2 і Ansys CFX v17.2 до розрахунку механічного змішування. Виявлено розподіли швидкостей при перемішуванні в гелі різними імпелерами зі швидкістю 4000 спз; Розроблено рекомендації щодо вибору параметрів і режимів роботи в міксері, що дають змогу підвищити його продуктивність і якість. За аналізом рисунків лінія потік рідини в євро-кубі та рисунків швидкості, можна визначити найкращий вид імпелерів для нашого перемішування. 1. Порівняння швидкості необхідної для ефективного перемішування, показало, що найбільша ефективна швидкість перемішування відповідає фрезерному імпелеру. Різниця в ефективних швидкостях перемішування між чашковими та пропелерним імпелерами практично не велика. 2. Крім порівняння максимальної швидкості, важливо також розглянути розподіл швидкості в євро-кубі. З Рис. 3.5, 3.8, 3.10 можна відзначити, що розподіл швидкості по глибині рідини. Оскільки синє світло показує маленьку швидкість перемішування, для оцінки ефективності можна порівняти лише діапазони швидкості з червоного до блакитного світла. За допомогою шкали масштабів видно, що діапазон середньо високої швидкості фрезерного імпелера найвужчий: близько 30 мм за глибиною перемішування, а діапазони чашкового і дротяного імпелера є більшим, а саме: 60 мм для пропеллерного і 80 мм для чашкового. Звідси можна зробити висновок, що з точки зору швидкості, чашковими імпелерами є найефективніший варіант. Ключові слова: процес перемішування, Ansys Fluent та Ansys CFD, в’язкі рідини, імпелер..