Теплофізичне тестування реологічного поводження складних рідинних середовищ

Abstract

Запропоновано метод теплофізичного тестування складних рідинних середовищ для оцінки характеру їх поведінки (ньютонівської чи неньютонівської) в умовах, близьких до реальних теплотехнологічних процесів. Проаналізовані експериментальні результати взаємозв’язку еквівалентів ефективної в’язкості та швидкості зсуву в складних сумішах в складних теплогідродинамічних умовах.

Обґрунтовано доцільність запропонованого методу теплофізичного тестування поводження складних рідинних середовищ, які використовуються в теплотехнологічному обладнанні для переробки сільськогосподарської продукції, а також для утилізації відходів тваринницьких комплексів шляхом бродіння з виробництвом біогазу та добрив.

Проведено аналіз існуючих літературних джерел щодо визначення реологічних властивостей в’язких рідинних середовищ, теплофізичні та реологічні характеристики яких не вивчені або вивчені частково. Розглянуто віскозиметричні та реометричні методи тестування складних рідин. В умовах неізотермічної віскозиметрії намагаються виключити вплив ефекту саморозігріву на показники, що визначаються, або використовувати цей ефект для визначення реологічних параметрів в залежності від температури. Використовуючи результати ротаційної віскозиметрії, вводячи істотні спрощення, створюються математичні моделі теплових та гідродинамічних розрахунків. Для гідравлічних розрахунків такий підхід прийнятний на відміну від теплових. Для оцінки коефіцієнта тепловіддачі до складного полікомпонентного багатофазного рідкого середовища, необхідно спочатку ідентифікувати його поведінку, характерну для ньютонівської рідини або структурованої неньютонівської.

Показано доцільність поєднання віскозиметричних та реометричних методів з теплофізичними для оцінки поведінки рідинних середовищ. Метод можна розцінювати як можливу альтернативу ротаційної віскозиметрії, оскільки він враховує напруження зсуву і градієнти швидкостей зсуву, які виникають від спільного впливу температурного перепаду і механічного збурення в середовищі. Використання цього методу в умовах, близьких до реальних технологічних, може прискорити впровадження результатів традиційних досліджень неньютонівських рідин у інженерну практику.

The method of thermophysical testing of complex liquid media is proposed to assess the nature of their behavior (Newtonian or Non-Newtonian) in conditions close to real heat engineering processes. The experimental results of the interconnection of the equivalents of effective viscosity and shear rate in complex mixtures under complex thermodynamic conditions are analyzed.

The expediency of the proposed method of thermophysical testing of the handling of complex liquid media used in heat technology equipment for the processing of agricultural products, as well as for the utilization of animal waste by fermentation with the production of biogas and fertilizers, is substantiated.

The analysis of the existing literary information on the determination of rheological properties of viscous fluid media, the thermophysical and rheological characteristics of which have not been studied or studied in part. Viscometric and rheometric methods of testing complex liquids are considered. In nonisothermal viscometry, we try to exclude the effect of self-heating on the indicators that are determined or to use this effect to determine the rheological parameters, depending on the temperature. Using the results of rotational viscometry, introducing significant simplifications, mathematical models of thermal and hydrodynamic calculations are created. For hydraulic calculations, this approach is acceptable unlike thermal. To estimate the coefficient of heat transfer to a complex poly-component multiphase liquid medium, it is necessary to first identify its behavior — characteristic of Newtonian fluid or structured non-Newtonian.

It is shown the expediency of combining viscosimetric and rheometric methods with thermophysical methods for evaluation of liquid media behavior. The method can be regarded as a possible alternative to rotary viscometry, since it takes into account the shear stresses and gradients of shear rates that arise from the joint effect of temperature difference and mechanical perturbation in the medium. The use of this method in conditions close to the actual technological can accelerate the introduction of the results of traditional studies of non-Newtonian fluids into engineering practice

Предложен метод теплофизического тестирования сложных жидкостных сред для оценки характера их поведения (ньютоновской или неньютоновской) в условиях, близких к реальным теплотехнологическим процессам. Проанализированы экспериментальные результаты взаимосвязи эквивалентов эффективной вязкости и скорости сдвига в сложных смесях в сложных теплогидродинамических условиях.

Обоснована целесообразность предложенного метода теплофизического тестирования поведения сложных жидкостных сред, используемых в теплотехнологическом оборудовании для переработки сельскохозяйственной продукции, а также для утилизации отходов животноводческих комплексов путем брожения с производством биогаза и удобрений.

Проведен анализ существующих литературных источников по определению реологических свойств вязких жидких сред, теплофизические и реологические характеристики которых не изучены или изучены частично. Рассмотрены вискозиметрические и реометрические методы тестирования сложных жидкостей. В условиях неизотермической вискозиметрии пытаются исключить влияние эффекта саморазогрева на определяемые показатели или использовать этот эффект для определения реологических параметров в зависимости от температуры. Используя результаты ротационной вискозиметрии, вводя существенные упрощения, создаются математические модели тепловых и гидродинамических расчетов. Для гидравлических расчетов такой подход приемлем в отличие от тепловых. Для оценки коэффициента теплоотдачи к сложной поликомпонентной многофазной жидкой среде, необходимо сначала идентифицировать её поведение, характерное для ньютоновской жидкости или структурированной неньютоновской.

Показана целесообразность сочетания вискозиметрических и реометрических методов с теплофизическими для оценки поведения жидкостных сред. Метод можно расценивать как возможную альтернативу ротационной вискозиметрии, поскольку он учитывает напряжения сдвига и градиенты скоростей сдвига, которые возникают от совместного влияния температурного перепада и механического возмущения в среде. Использование предложенного метода в условиях близких к реальным технологическим может ускорить внедрение результатов традиционных исследований неньютоновских жидкостей в инженерную практику.