Расчет теплопередачи и перемешивания жидкости

[Bakae 0]

Всем здравствуйте, я тут новенький и только начинаю разбираться в моделировании процессов. Мне для дипломного проекта нужно расчитать перемешивающее устройство(с этим проблем нет) и обосновать его целесообразность(вот с этим уже имеются проблемы). В общем имеется установка пастеризации молока. Принцип действия: "Ванна длительной пастеризации ВДП состоит из внутреннего корпуса, выполненного из нержавеющей стали, заключенного в двухстенный наружный корпус. Нагрев продукта осуществляется путем подачи пара в рубашку, предварительно заполненную водой. Уровень воды является фиксированным и определяется высотой переливной трубы. Охлаждение продукта осуществляется путем подачи ледяной воды в рубашку. Эффективное перемешивание в процессе тепловой обработки обеспечивается мешалкой."

Нужно смоделировать процесс передачи тепла от рубашки с горячей водой и емкости с молоком, и смоделировать потоки создаваемые мешалкой и определить продолжительность перемешивания и время нагрева емкости с молоком до определенной темпрературы, далее я планирую изенить конструкцию перемешивающего органа, тем самым увеличив скорость прогрева молока и эффективность перемешивания. Точности в расчетах не нужно практически ни какой , нужно получить лишь красивые картинки, поскольку это не основная часть дипломного проекта, а лишь обоснование рациональности замены мешалки.

Хотелось бы узнать у уважаемых гуру, где можно смоделировать подобное и можно ли вообще? И способен ли с этим справится начинающий. Спасибо

[MotorManiac 130]

далее я планирую изенить конструкцию перемешивающего органа, тем самым увеличив скорость прогрева молока

Это ничего не даст

[Bakae 0]

Наверное я не так выразился, скорее не скорость а равномерность во всем обьеме, спасибо что поправили, скорость прогрева нужно изменять количеством передаваемой теплоты и плошадью поверхности теплообмена

Изменено 5 марта 2013 пользователем Bakae

[MotorManiac 130]

Дак зачем вам площадь если известно кол-во передаваемой теплоты )))) Равномерность тоже вещь такая - неужели существующая конструкция не усредняет поле температуры внутри ? Думаю что это мешалка отлично выполняет свою роль.

[Bakae 0]

Меня поставили перед фактом вот тебе "бочка с мешалкой" нужно заменить мешалку на другую(конструктивно), а уж обьяснить для чего все это и зачем придется мне, поскольку нужно будет еще экономический эффект от такой"модернизации" расчитывать. Мне самому все это не нравится, но делать надо. Тут дело в чем: температура пара в рубашке 95 градусов, температура пастеризации 63, при температуре свыше 65 градусов происходит денатурация белков в молоке и мне кажется, что при приближении температуры молока к 63 градусам, то молоко, что находится в зоне контакта со стенками резервуара будет нагреваться свыше 65 градусов, врезультате терять свои свойства... На этом и хочу обосновать выбор другого перемешивающего аппарата, других вариантов не придумать. Доказывать все это цифрами очень сложно и муторно, а уж тем более различное поведение мешалок в среде, а картинки с турбулентными потоками бы были как не зря кстати

Да забыл сказать, обороты действующей мешалки 35 об в мин, так что там не такая уж и большая скорость потоков и градиент температур думаю всеже имеет место быть

Изменено 5 марта 2013 пользователем Bakae

[MotorManiac 130]

Теперь ясно в чем дело. А вариант с плавным нагревом не рассматривается ? Все тоже самое только температура теплоносителя в рубашке не выше критической, тогда проблем вообще не будет как бы.

[Bakae 0]

Тогда возможно увеличится время нагрева, что не желательно, нагрев производится паром и его темпреатуру до 63 градусов не понизить думаю. И самая главная проблема: как мне обьяснить необходимость замены мешалки! Поэтому вижу только один вариант решения задачи моделирование тепловых процессов(((.

[a_schelyaev 366]

Интересная задача по своей сути. Вы можете использовать для этого любой современный CFD-пакет.

Можете попробовать демо-версию FlowVision - www.flowvision.ru

Там же на сайте найдете упоминание по программе "Учись, студент!" для получения полной версии.

[MotorManiac 130]

Тогда возможно увеличится время нагрева, что не желательно, нагрев производится паром и его темпреатуру до 63 градусов не понизить думаю. И самая главная проблема: как мне обьяснить необходимость замены мешалки! Поэтому вижу только один вариант решения задачи моделирование тепловых процессов(((.

Я вижу тут следующий путь - сначала нужно рассчитать существующую конструкцию, понять какие недостатки есть у нее. Дальше по логике предложить свою конструкцию, в которой учтены замечания по первой.

[Bakae 0]

MotorManiac, с этим все понятно, но это уже не тянет на дипломный проект. У меня специализация -механика, соответственно в дипломе нужен механический расчет, а из механики там только мешалка, я не могу приложить тепловые расчеты потому что это выходит за рамки профиля, поэтому поставленная мной задачав пе6рвом посте носит исключительно прикладной характер и не является основной частью диплома. Наверняка всем известно, что дипломный проект- совершенная дурость в большинсте случаев не имеющая ничего общего с реальной жизнью, просто как-бы является итоговой работой обобщающей полученные знания. Дак вот мне нужно из откровенного бреда(замена мешалки) сделать правдоподобную работу. Самому все это не нравится но вариантов других не вижу. А делать тепловые расчеты для двух вариантов, без применения специализированных програмных модулей- имхо утопия, поскольку математически смоделировать рабочий орган мешалки(в двух вариантах) я думаю многим не под силу.

Касательно Flow vision, начал потихоньку разбираться сложности возникают с применением границ сред, да и вообще с заданием параметров, ну я пока на простом примере разбираюсь, но думаю все получится. Свой "агрегат" пока еще не чертил. Собственно хотелось бы узнать, возможно ли будет импортировать сборку целиком из компаса или солида, а потом наложить параметры, а неиспользуемые элементы просто игнорировать или же для моделирования будет нужен другая модель. И хотелось бы узнать хватит ли демоверсии для моей задачи, насколько я знаю там ограничение сетки, но к сожалению не осознаю как оно действует. Спасибо.

[MotorManiac 130]

Надо делать нормально диплом ) Что вам даст механический расчет этой мешалки ? будете анализировать напряжения на вале и рабочих органах мешалки ? подбирать сечения труб ? Тогда действительно сложно обосновать замену одного девайса на другой. Я же вас подталкиваю к комплексному решению - расчет гидродинамики, теплообмена, массообмена. А из этого уже последует выбор вашей мешалки.

[Bakae 0]

Я в принципе не против такого расчета, но боюсь что не осилю подобное. А расчет мешалки это расчет редуктора, расчет валов на прочность, в общем 3 класс вторая четверть, но и большего не требуют. Может подскажете где можно прочитать про массообмен и прочее, я пару лет назад рассчитывал примитивный перемешивающий орган для курсача однкурснику, но ничего подобного найти не мог, пришлось сильно утрировать(выдумывать) расчет, все прокатило, и только потому что преподы сами не понимают в этом ничего.

[MotorManiac 130]

Михеева, тепломассоперенос. Лучше с прогой разберитесь в которой это все можно посчитать, ну либо самому мат модель клепать руками.

[ILL 241]

при температуре свыше 65 градусов происходит денатурация белков в молоке

помнится, нас учили, что 72 градуса предел.. И плюс зависит от времени нагрева молока..

Стерилизацию вообще при 140 градусах делают, но там молоко на проход движется..

Поэтому когда сгущеное молоко делают, его упаривают за 5 минут и не нагревают выше 70 градусов..

ЗЫ. УрФУ, МАПП, не??

[MotorManiac 130]

ЗЫ. УрФУ, МАПП, не??

Это же УПИ бывший ?

Автор что нибудь посчитал уже что нибудь ?

[ILL 241]

Это же УПИ бывший ?

Он, родимый..

Вообще, эта задача решается без всяких CAE при помощи книг по ПАХТу..

ЗЫ. а

экономический эффект от такой"модернизации"

получается уменьшением стоимости новой мешалки по сравению со старой.. Это при замене мешалки при ремонте существующего аппарата или изготовлении абсолютно нового..

Или уменьшением затрат на электроэнергию и пар, т.е. снижением себестоимости продукта на молокозаводе..

Возможно, суммарный эффект..

ЗЗЫ.. А вообще, нужно знать объем молока в пастеризаторе.. Потому что, если это 3хлитровая банка, то мешалка в принципе не нужна..

А если молока пару тонн, то

обороты действующей мешалки 35 об в мин

может быть в принципе маловато..

[MotorManiac 130]

получается уменьшением стоимости новой мешалки по сравению со старой..

Не совсем соглашусь. В моем представлении мешалка тут нужна для выравнивания поля температур по молоку, что бы слой молока возле стенки не перегрелся.

Соответственно нужно принудительное перемешивание с затратой эл-ва (момент на валу * угловую скорость). Момент зависит от профиля, скорости натекания свойств жидкости итд.

Мое мнение такое - что в этой задачи нужно подобрать такой профиль мешалки что бы она не позволяла подгорать слою молока возле стенки при минимальном расходе эл-ва на эту операцию.

[ILL 241]

Так я и написал, что это зависит от задачи, стоящей перед ТС..

Либо уменьшить себестоимость изготовления и продать за туже цену..

Либо улучшить рабочие характеристики и снизить энергозатраты..