Енергоматеріальні імпульси в газорідинних середовищах

Abstract

У статті описано особливості енергоматеріальних трансформацій у газорідинних середовищах на прикладі технологій аеробного зброджування цукро- вмісних середовищ. За таких умов система характеризується сукупністю трьох складових матеріальних потоків: живильного середовища, основного рідинного середовища з мікроорганізмами і повітряного потоку для створення режимів аерації. При цьому живильне середовище у формі розчину цукрів є носієм хімічного енергетичного потенціалу, а вхідний повітряний потік — джерелом механічної енергії, визначення співвідношень між якими складає мету дослідження. Наведено математичні формалізації, які стосуються матеріальних і енергетичних трансформацій, що є складовими загальної технології аеробного бродіння, визначення ролі газоутримувальної здатності як рушійного фактора у створенні циркуляційних контурів у газорідинних системах і їх енергетичних характеристик, особливостей утворення диспергованої газової фракції. Показано, що наявність циркуляційних контурів у системах з проявами гідростатичного тиску за насиченості рідинної фракції азотом супроводжується процесами абсорбції і десорбції газової фази з впливом на загальний рівень гідродинамічного стану та інтенсивність масообмінних процесів. Визначено роль диспергованої газової фази як пружної складової газорідинного середовища, що дає змогу оцінювати останнє на рівні квазіпружного. Це стимулювало пошуки таких динамічних параметрів пружних систем, як жорсткість, приведені маси, рушійні фактори зовнішніх впливів і фактори опору. Запропоновано параметр жорсткості квазіпружного середовища визначати у формі відношення силової дії до деформації, яка дією цієї сили викликається. Приведена маса рідинної фази як розподілена визначається за принципом Релея відповідно до положення еквівалентності кінетичних енергій. Математична модель пружної системи у формі рівняння руху Д’Аламбера-Лагранжа приводить до можливості визначення співвідношень між силовими, кінематичними і енергетичними параметрами квазіпружних газорідинних систем. Наявність пропозицій щодо визначення останніх дає змогу перейти до оцінки реакцій газорідинних систем на зовнішні втручання у спробах інтенсифікації масообмінних процесів. Наведено результати щодо деформацій газорідинних систем, швидкостей таких деформацій, оцінок частот власних коливань і енергетичних витрат на їх створення. Теоретичні узагальнення приводять до пропозиції використання ефективного методу інтенсифікації енерго- і масообмінних процесів за рахунок змінних тисків у газових надрідинних об ’ємах середовищ. The article deals with the peculiarities of energy-material transformations in gas-liquid media by the example of technologies of aerobic digestion of sugar-containing media. Under these conditions, the system is characterized by the combination of three components of material flows, namely: the nutrient medium, the main liquid medium with microorganisms and the air flow to create modes of aeration. In this case, the nutrient medium in the form of the solution of sugars is a carrier of chemical energy potential, and the incoming air stream is a source of mechanical energy. Determining the relationships between them is the purpose of the study. Materials and methods. The study presents mathematical formalizations concerning material and energy transformations that are components of general aerobic fermentation technology, determination of the role of gas-holding capacity as a driving factor in the creation of circulating circuits in gas-liquid systems and their energy characteristics, peculiarities of gas formation. Research results. It is shown that the presence of circulating circuits in systems with manifestations of hydrostatic pressure at the saturation of the liquid fraction of nitrogen is accompanied by the processes of absorption and desorption of the gas phase with influence on the overall level of hydrodynamic state and the intensity of mass transfer processes. Conclusions. It is proposed to determine the rigidity parameter of a quasielastic medium in the form of the ratio of force to deformation caused by this force. The given mass of the liquid phase as distributed is determined according to the Rayleigh principle in accordance with the equivalence position of kinetic energies. The mathematical model of the elastic system in the form of the D’Alembert-Lagrange motion equation leads to the possibility of determining the relations between the power, kinematic and energy parameters of quasielastic gas- liquid systems. The presence of proposals to determine the latter allows us to proceed to the evaluation of reactions of gas-liquid systems to external interferences in attempts to intensify mass transfer processes.