- Проведена классификация МТА по характерным особенностям, которые должны учитываться при их расчете. Предметная область исследования расширена аппаратами с периодически расположенными турбулизаторами в виде звездообразных, крестообразных, круглых и др. диафрагм; с насадочными элементами; со струйным вводом компонентов, для которых задача поставлена и рассматривается впервые.
- Сформулированы и формализованы показатели и критерии оценки функционирования МТА, система технологических ограничений, необходимые для решения задач оптимального проектирования и управления производственными процессами в МТА.
- Экспериментально исследованы гидродинамическая структура потока, особенности формирования дисперсий, конвективный теплообмен в МТА в зависимости от геометрии аппаратов и способа ввода компонентов.
- Для МТА численным решением уравнений движения, как для однофазной, так и для двухфазной среды с использованием ренормализованной k-e модели турбулентности в трехмерной постановке получены поля следующих величин: осевой, радиальной и тангенциальной скоростей фаз, объемных долей фаз, давления, удельной кинетической энергии турбулентности, скорости ее диссипации, температуры, а также других характеристик, которые выражаются через эти искомые величины (эффективный коэффициент вязкости, характерные времена турбулентного смешения и пр.).
- Проведен выбор адекватной модели турбулентности, исследовано влияние качества сетки на точность расчета. Разработан программный интерфейс, позволяющий проводить расчеты по набору параметризованных трехмерных сеточных моделей МТА различных конструкций.
- Путем анализа физической картины явлений, обработки обширных результатов численного моделирования и экспериментальных данных получены новые, приемлемые для практических инженерных расчетов, аналитические формулы для вычисления следующих осредненных по объему МТА диффузор-конфузорного типа характеристик: степени смешения; удельной кинетической энергии турбулентности и скорости ее диссипации; коэффициента турбулентной диффузии; характерных времен турбулентного смешения; параметров ячеечной и диффузионной модели; среднего диаметра капель и пузырей, образующихся при дроблении в турбулентном потоке; коэффициента массоотдачи в сплошной фазе; коэффициента полидисперсности; процентного содержания капель размером меньше 0,8 мм; коэффициента теплоотдачи от стенок аппарата; коэффициента теплопередачи. Выявлены закономерности движения среды в МТА диффузор-конфузорного типа при различных плотностях дисперсной и сплошной фаз.
- Исследованы связи конструктивных и режимных параметров с выходными характеристиками процессов, протекающих в МТА. Теоретические исследования процессов переноса, протекающих в МТА, проведены с использованием единого подхода, основанного на применении в качестве определяющего параметра -скорости диссипации кинетической энергии турбулентности.
- Разработана методика многофакторной оптимизации гидромеханических, тепло- и массообменных процессов, протекающих в МТА различных конструкций.
1. Дьяконов Г.С. Взаимосвязанные процессы переноса и химического превращения в полимеризаторах при производстве синтетических каучуков / Г.С. Дьяконов, Р.Г. Тахавутдинов, Л.М. Курочкин, А.Г. Мухаметзянова // Вестник Казанского технологического университета – 1998. - №1. - С.70-75.
2.Дьяконов Г.С. Влияние диффузионных сопротивлений на перенос мономеров у межфазной поверхности / Г.С. Дьяконов, Р.Г. Тахавутдинов, Л.М. Курочкин, А.Г. Мухаметзянова // Теоретические основы химической технологии – 2000. - Т.34. - №1. - С.82-86.
3.Dyukonov G.S. The influence of diffusion resistances on interfacial transfer of monomers / G.S. Dyukonov, R.G. Takhautdinov, L.M. Kurochkin, A.G. Mukhamedzyanova // Theoretical foundations of Chemical Engineering - 2000. – T.34. - №1.- C.76-80.
4.Захаров В.П. Смешение жидких потоков в трубчатых турбулентных аппаратах диффузор-конфузорной конструкции / В.П. Захаров, Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Башкирского университета - 2001. - №3. - С.28 – 31.
5.Минскер К.С. Многофазные течения в трубчатых аппаратах диффузор-конфузорной конструкции / К.С. Минскер, Г.С. Дьяконов, Р.Г. Тахавутдинов, Мухаметзянова А.Г. [и др.] // Доклады РАН - 2002. - Т.382. - №4. С.509-512.
6.Minsker K.S. Multiphase flows in divergent-convergent tubular apparatuses / K.S. Minsker, V.P. Zakharov, G.S. D´yakonov, R.G. Takhautdinov, A.G. Mukhametzyanova [и др.] // Doklady Chemistry -2002. - Т.382. - № 4-6. - С. 50-53.
7.Тахавутдинов Р.Г. Трубчатые турбулентные предреакторы для проведения процессов инициирования при каталитическом синтезе полимеров / Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Высокомолекулярные соединения - 2002. - Т.44. - №7. - С.1094-1100.
8.Takhautdinov R.G. Tubular turbulent prereactors for initiation processes in catalytic synthesis of polymers / R.G. Takhavutdinov, A.G. Mukhametzyanova [и др.] // Polymer Science. Series A.- 2002. -Т.44. -№7. - С.668-672.
9.Захаров В.П. Создание однородных эмульсий в трубчатых турбулентных аппаратах диффузор-конфузорной конструкции / В.П. Захаров, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Журн. прикл. химии - 2002. - Т.75. - №9. С.1462-1465.
10.Мухаметзянова А.Г. Движение многофазных потоков в трубчатых каналах диффузор-конфузорной конструкции / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Башкирского университета -2002. - №1. - С.60-62.
11.Тахавутдинов Р.Г. Интенсификация диспергирования в трубчатых турбулентных аппаратах при производстве синтетических каучуков / Р.Г. Тахавутдинов, Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Химическая промышленность - 2002. - №1. - С.22-27.
12.Дьяконов Г.С. Численное моделирование течений в трубчатых турбулентных аппаратах / Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета - 2002. - №1-2. - С.267-272.
13.Мухаметзянова А.Г. Перемешивание в трубчатых турбулентных аппаратах как способ интенсификации химико-технологических процессов / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. -С.253-260.
14.Тахавутдинов Р.Г. Влияние геометрии течения и способа ввода реагентов на гидродинамическую структуру потока в трубчатых турбулентных аппаратах / Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. - С.260-267.
15.Мухаметзянова А.Г. Исследование закономерностей движения двухфазных сред в трубчатых турбулентных аппаратах диффузор-конфузорного типа / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета - 2003. - №1. - С.113-116.
16.Данилов Ю.М. Оптимизация формы проточной части трубчатых турбулентных реакторов / Ю.М. Данилов, Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. - С.116-124.
17.Минскер К.С. Быстрые процессы при синтезе полимеров / К.С. Минскер, Ал.Ал. Берлин, В.П. Захаров, Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Журнал прикладной химии - 2003. -Т.76. - №22. – С.98-102.
18.Данилов Ю.М. Математическое моделирование течений в малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратах / Ю.М. Данилов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Химическая промышленность - 2004. - Т.81. - №9. - С.451-457.
19.Данилов Ю.М. Исследование турбулентного смешения двухкомпонентной смеси в трубе с периодически меняющимся сечением / Ю.М. Данилов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета - 2004. - №1. - С.172-180.
20.Мухаметзянова А.Г. Современные компьютерные технологии в исследовании течений в каналах различной геометрии / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета - 2005. - №2. - Ч.2. - С.164-171.
21.Мухаметзянова А.Г. Процессы переноса и химического превращения при турбулентном смешении в каналах с искусственной турбулизацией среды / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета - 2005. - №1. - С.164-172.
22.Мухаметзянова А.Г. Турбулентное смешение компонентов в трубчатых аппаратах / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Химическая промышленность - 2005. - №3. - С.205-210.
23.Мухаметзянова А.Г. Гидравлическое сопротивление турбулентного потока несжимаемой жидкости в осесимметричных каналах переменного сечения с различными формообразующими / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета – 2006. - №1. – С.209-216.
24.Минибаева Л.Р. Численное моделирование гидродинамической структуры потока в аппаратах с перемешивающими устройствами / Л.Р. Минибаева, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета - 2008. - №1. - С.191-199.
25.Клинов А.В. Расчет гидродинамики в реакторе-полимеризаторе для синтеза бутилкаучука / А.В. Клинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение – 2009. -№12. - C.3-6.
26.Klinov A.V. Analysis of the hidrodinamics in a polymerizing reactorfor the synthesis of butyl rubber / A.V. Klinov, A.G. Mukhametzyanova [и др.] // Chemical and Petroleum Engineering - Vol.45. - №11-12. - 2009. - P.735-740.
27.Мухаметзянова А.Г. Интенсификация процесса перемешивания в малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратах / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Химическая промышленность сегодня - 2010. - №9. - С.50-55.
28.Минибаева Л.Р. Модели турбулентности и адекватное описание поля скорости в аппаратах с лопастными и турбинными мешалками / Л.Р. Минибаева, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета - 2010. - №9. – С.469 - 477.
29.Минибаева Л.Р. О влиянии конструкции перемешивающего устройства на характеристики потока в аппаратах с многоярусными мешалками/ Л.Р. Минибаева, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета - 2010. - №11. – С.201 - 210.
30.Дьяконов Г.С. Интенсификация внешнего теплосъема в малогабаритных трубчатых турбулентных реакторах / Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова // Химическая промышленность сегодня - 2010. - №10. - С.53-55.
31.Данилов Ю.М. Технология проектирования малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратов на основе результатов численного моделирования / Ю.М. Данилов, А.Г. Мухаметзянова // Химическое и нефтегазовое машиностроение – 2011. - №5. - C.38-42.
32.Danilov Yu.M. Design procedure mathematically modeled for miniature turbulent tubular vessels / Yu.M. Danilov, A.G. Mukhametzyanova // Chemical and Petroleum Engineering – Vol.47 - № 5-6 -P.351-357.
33.Данилов Ю.М. Оценка эффективности перемешивания жидких компонентов в малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратах / Ю.М. Данилов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Теоретические основы химической технологии - 2011. – Т.45. - №1. - С.1-4.
34. Danilov Yu. M. Estimating the efficiency of mixing of liquid components in small tubular turbulent apparatuses / Yu.M. Danilov, A.G. Mukhametzyanova [и др.] // Theoretical Foundations of Chemical Engineering - 2011. - V.45. - №1 - Р.81-84.
35.Мухаметзянова А.Г. Формирование информационной базы данных для проектирования оптимального малогабаритного турбулентного аппарата / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Вестник Казанского технологического университета - 2011.- №11. - С.64-70.
36.Клинов А.В. Гидродинамические характеристики аппаратов с двухъярусными открытыми турбинными мешалками / А.В. Клинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Химическое и нефтегазовое машиностроение – 2011. - №12. - C.12-15.
37.Данилов Ю.М. Численное 3D моделирование смешения компонентов в малогабаритных трубчатых аппаратах (МТА) / Ю.М. Данилов, А.А. Курбангалеев, А.Г. Мухаметзянова, К.А. Алексеев // Вестник Казанского технологического университета - 2012. - №5. - С.167-169.
в журналах и сборниках:
1.Дьяконов Г.С. Взаимосвязанные процессы переноса и химического превращения в полимеризаторах при производстве синтетических каучуков / Г.С. Дьяконов, Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова // XVI Менделеевский съезд - Санкт-Петербург – Москва. Т.2. - 1998. – С.60.
2.Дьяконов Г.С. Тепломассоперенос при химических превращениях в полимеризаторе синтеза этилен-пропиленового каучука / Г.С. Дьяконов, Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // 2 Российская национальная конференция по теплообмену - 1998. - Т.3. - С.198-201.
3.Тахавутдинов Р.Г. Турбулентное движение жидкости в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции / Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Тепломассообменные процессы и аппараты химической технологии: Межвуз. тематич. сб. научн. тр. - Казань. - КГТУ. - 2000. - С.32-38.
4.Тахавутдинов Р.Г. Турбулентное смешение в малогабаритных трубчатых аппаратах / Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. - С.38-44.
5.Тахавутдинов Р.Г. Численный расчет параметров смешения двухфазного турбулентного потока в диффузор-конфузорном трубчатом аппарате / Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. - 2001. - С.30-36.
6.Тахавутдинов Р.Г. Качество образующихся дисперсных систем в малогабаритных турбулентных трубчатых аппаратах и объемных аппаратах смешения / Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. - С.50-51.
7.Тахавутдинов Р.Г. Использование малогабаритных турбулентных трубчатых аппаратов для интенсификации процессов диспергирования в производстве синтетических каучуков / Р.Г. Тахавутдинов, Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Сб. статей «Актуальные вопросы преподавания при реформировании образовательного процесса» - Казань. - 2001. - С.150-155.
8.Тахавутдинов Р.Г. Расчет параметров смешения двухфазного турбулентного потока в диффузор-конфузорном трубчатом аппарате / Р.Г. Тахавутдинов, Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. - C.135-142.
9.Захаров В.П. Совмещение режимов смешения и вытеснения в трубчатых турбулентных аппаратах как ключ к проведению быстрых химических процессов в оптимальных условиях / В.П. Захаров, Ф.Б. Шевляков, К.С. Минскер, Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Семинар РФФИ "Пути коммерциализации фундаментальных исследований в области химии для отечественной промышленности" - Казань. – 2002. - С.52-54.
10.Садыков И.В. Формирование реакционной смеси в турбулентных потоках при стереоспецифической полимеризации при стереоспецифической полимеризации изопрена на катализаторах Циглера-Натта / И.В. Садыков, В.П. Захаров, К.С. Минскер, Г.С. Дьяконов, Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. - С.57-58.
11.Дебердеев Р.Я. Энерго- и ресурсорсосберегающая технология получения галогенированных эластомеров и проблемы взаимодействия технологических сред / Р.Я. Дебердеев, К.С. Минскер, Ал.Ал. Берлин, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. - С.59-60.
12.Минскер К.С. Использование малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратов при проведении некоторых нефтехимических процессов / К.С. Минскер, В.П. Захаров, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Материалы VI международной конференции «НЕФТЕХИМИЯ – 2002». Нижнекамск. - 2002. - С.196-198.
13.Тахавутдинов Р.Г. Гидродинамическая структура потока в каналах с диффузор-конфузорами / Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Тепломассообменные процессы и аппараты химической технологии: Межвуз. тематич. сб. научн. тр. – Казань. - КГТУ. - 2002. -С.38-45.
14.Дьяконов Г.С. Моделирование массоотдачи от капель и пузырей на основе современных информационных технологий / Г.С. Дьяконов, Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. - С.32-38.
15.Бусыгин В.М. Новые высокоэффективные и экологически безопасные технологии для нефтехимической промышленности / В.М. Бусыгин, Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова // XVII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии - Казань. - 2003. - C.335.
16.Тахавутдинов Р.Г. Современные компьютерные технологии в моделировании процессов смешения / Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Международная научная конференция «ММТТ-16» - Санкт-Петербург. – 2003. - Т.3. – С.90-93.
17.Берлин Ал.Ал. Масоотдача от пузырей и капель в каналах сложной формы / Ал.Ал. Берлин, К.С. Минскер, Р.Г. Тахавутдинов, Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Сб. статей отдела полимеров и композиционных материалов ИХФ РАН - 2003. - С.121-127.
18.Дьяконов Г.С. Теоретические основы расчета и проектирования ресурсосберегающих и экологически безопасных трубчатых аппаратов и технологических процессов для нефтехимической промышленности / Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Подпрограмма №203 НТП "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" / РХТУ им. Д.И. Менделеева - М. - 2004. - С.137.
19.Мухаметзянова А.Г. Ресурсосберегающие технологии для нефтехимических производств / А.Г. Мухаметзянова, В.П. Захаров [и др.] // Материалы конференции «Инновационные процессы в области образования, науки и производства» - Нижнекамск - 2004. – Т.1. - C.64-68.
20.Данилов Ю.М. Численное исследование течений в малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратах / Ю.М. Данилов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Международная научная конференция «ММТТ-17» - 2004. – Т.3. – С.156-158.
21.Zakharov V.P. The influence of hydrodynamics on the liquid streams motion on the regime of work of tubular turbulent apparatuses / V.P. Zakharov, K.S. Minsker, A.G. Mukhametzyanova [и др.] // In book Chemical reactions: Quantitative Level of Liquid and Solid Phase. Ed by G.E. Zaikov and A. Jimenez. - 2004. - Nova Sci. Publ. Inc. - P.49-57.
22.Тахавутдинов Р.Г. Двухуровневая математическая модель процесса сополимеризации в газожидкостном каталитическом реакторе / Р.Г. Тахавутдинов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Международная научная конференция «ММТТ-18» - 2005. - Т.3. – С.32-35.
23.Дьяконов Г.С. Макрокинетические исследования процессов, протекающих в малогабаритных трубчатых турбулентных химических реакторах / Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Современные проблемы технической химии: Матер. докл. Казан. гос. технол. ун-т. Казань - 2006. - С.584-587.
24.Мухаметзянова А.Г. Оптимальное смесительное устройство узла смешения шихты в производстве синтетического каучука ДССК / А.Г. Мухаметзянова [и др] // Там же. - 2006. - С.587-594.
25.Минибаева Л.Р. Исследование процессов теплообмена, протекающих в малогабаритных трубчатых реакторах / Л.Р. Минибаева, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Там же. - 2007. - С.74-79.
26.Дьяконов Г.С. Интенсификация процессов химической технологии на основе управляемой кавитации в трубчатых турбулентных аппаратах / Г.С. Дьяконов, А.Г. Мухаметзянова // Там же. -2007. - С.79-83.
27.Данилов Ю.М. Эффективность использования плоских диафрагм в малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратах для смешения жидких компонентов / Ю.М. Данилов, А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Международная научная конференция «ММТТ-22» – 2009. - Т.3. -С.20-23.
28.Мухаметзянова А.Г. Расчет струйных течений жидкости с поправками в модели турбулентности / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Всероссийская конференция «Актуальные проблемы механики, математики, информатики – 2010» – Пермь. - 2010. – С.146.
29.Минибаева Л.Р. Модели турбулентности для расчета аппаратов с перемешивающими устройствами на основе вычислительной гидродинамики / Л.Р. Минибаева, А.В. Клинов, А.Г. Мухаметзянова // Там же – С.152.
30.Мухаметзянова А.Г. Оценка эффективности внешнего теплосъема в малогабаритных трубчатых турбулентных реакторах / А.Г. Мухаметзянова [и др.] // Международная научная конференция «ММТТ-23» - 2010. - Т.3. – С.95-97.
31.Данилов Ю.М. Методика проектирования оптимального малогабаритного трубчатого турбулентного аппарата / Ю.М. Данилов, А.Г. Мухаметзянова // Международная научная конференция «ММТТ-24» – 2011. - С.8-11.
32.Мухаметзянова А.Г. Опыт использования трехмерных параметризованных сеточных моделей при численном моделировании / А.Г. Мухаметзянова, Ю.М. Данилов, К.А. Алексеев // Международная научная конференция «ММТТ-25» – 2012. - С.6-8.