7) Теплоперенос при вынужденной конвекции.
Рассмотрим задачу
о конвективном теплопереносе в ламинарном
потоке вязкой жидкости, движущейся по
круглой трубе. Будем считать физические
свойства жидкости (
и Ср)
постоянными.
Энергия может подводиться к кольцеобразному элементу или отводиться от него механизмом молекулярной теплопроводности как в радиальном, так и в осевом направлениях. Энергия также может поступать внутрь выделенного элемента и выходить из него вместе с потоком, который характеризуется определенной энтальпией. Т. О., суммарный баланс энергии должен включать:
отвод энергии за счет теплопроводности через цилиндрическую поверхность радиуса r
(1)
- отвод энергии за счет теплопроводности через цилиндрическую поверхность радиуса r + Δr
(2)
- поступление энергии за счет теплопроводности через плоскую кольцевую поверхность с координатой z
(3)
- отвод энергии за счет теплопроводности через плоскую кольцевую поверхность с координатой z + Δz
(4)
- поступление энергии вместе с потоком жидкости через поверхность с координатой z
(5)
- поступление энергии вместе с потоком жидкости через поверхность с координатой z+ Δz
(6)
Выражения (5) и (6)
представляют собой энтальпии входящего
и выходящего потоков жидкости, отсчитанные
от энтальпии при некоторой фиксированной
температуре Т0.
Если приравнять потоки энергии,
направленные внутрь выделенного
кольцевого объема, потокам энергии,
направленным наружу, получится уравнение
энергетического баланса. Разделив это
уравнение на
,
находим:
(7)
Устремив величины Δz и Δr к нулю, получим дифференциальное уравнение теплопереноса:
(8)
(9)
(10)
Граничные условия:
Введем следующие переменные:
Тогда:
Зная распределение
температуры, можно вычислить осреднённые
характеристики температурного поля.
При исследовании конвективного
теплопереноса в жидкостях с существенно
постоянными значениями
и Ср обычно
оперируют двумя разновидностями средних
температур:
8) Технология захоронения тбо. Ферментация тбо при полигонном захоронении.
Полигон ТБО (полигон твердых и бытовых отходов) представляет собой специализированное предприятия, предназначенное для обезвреживания и захоронения отходов. Они обеспечивают защиту от загрязнения почвы, атмосферы, препятствуют распространению насекомых, болезнетворных микроорганизмов и грызунов. Полигоны ТБО широко используются во всем мире. Одни из главных достоинств технологии захоронения заключаются в простоте, малых капитальных и эксплуатационных затратах, а также относительная экологическая безопасность для окружающей среды. Чтобы минимизировать все негативное влияние полигонов ТБО специалисты проводят природоохранные мероприятия. Полигоны размещаются за пределами городов и других населенных пунктов. В Москве и Московской области сейчас насчитывается более 80 полигонов захоронения твердых и бытовых отходов.
Под полигоны ТБО отводятся карьеры, в которых отсутствуют дорогие породы деревьев, участки в лесных массивах, овраги и другие территории. Основное сооружение полигона - участок складирования ТБО. На этом участке проектируется положение котлована. Проект организации складирования в выработанных карьерах (глубоких котлованах) предусматривает для защиты от грунтовых вод и обезвреживания почвы от заражения устройство искусственных непроницаемых экранов.
Складирование (депонирование) твердых бытовых отходов (ТБО) на контролируемых свалках (полигонах) является самым распространенным методом их обезвреживания. Полигоны ТБО различаются по климатогеографическим условиям, возрасту объему, составу и сроку действия эмиссий, локальным особенностям местности. В настоящее время объекты захоронения ТБО классифицируются по форме (карьерные, отвальные, откосные, резервуарные захоронения), по годовому объему принимаемых ТБО, тыс.м3/год (10, 20, 30, 60, 120, 240 и т.д. до 3000); мощности захоронения (высоконагруженные полигоны общей высотой или глубиной более 20 м и нагрузкой 10 т/м2, и насыпные захоронения высотой до 20 м).
В России подлежат захоронению – 96,5 % от общего числа отходов. Площадь, занятая полигонами на территории РФ ежегодно увеличивается на 2,5-4 %.
Полигоны размещают на территориях, где почва представляет собой глины юрского периода, обладающие низким коэффициентом фильтрации.
Глины обрабатывают - мнут, путем прокатки трактором-катком. Это необходимо для разрушения слоистой структуры глин, так как у мятых глин меньший коэффициент фильтрации.
На глиняный экран укладывается геосинтетическая многослойная мембрана. Мембрана представляет собой слои разнородного материала. Нижний слой –пластик (1,5 – 2 мм) их полиэтилена высокого давления с добавлением сажи для прочности. Затем укладываются дренажные трубы, затем щебень.
Далее укладывают ТБО. Высота слоя составляет около 2м, пласты мусора разделяют слоями грунта, высотой в 30 – 40 см. Прокладываются трубы, для отвода газов гниения (дегазация).
Заполнение полигона отходами ведут картовым методом. Прибывающие на полигон мусоровозы разгружаются возле рабочих карт. Для этих целей вблизи каждой рабочей карты организуют площадку разгрузки, которую условно разбивают на две части: на одной разгружаются мусоровозы, на другой работают бульдозеры. Выгруженные из мусоровозов отходы накапливают на площадке и затем бульдозерами перемещают в рабочие карты. Заполнение рабочих карт ведут по методу «надвиг» при работе на нижних отметках, либо по методу «сталкивание» - на верхних отметках.
При работе по методу «надвиг» отходы перемещают с площадок разгрузки бульдозерами в пределы рабочей карты, расположенной в основании формируемого яруса, создавая на ней вал с пологим откосом (m=7) и толщиной укладываемого слоя отходов до 0,5 м.
Складирование ТБО методом «сталкивания» выполняют сверху вниз. При методе «сталкивания» мусоровозы разгружаются также на площадках разгрузки, устраиваемых возле рабочей карты, но расположенных на верхней заизолированной поверхности заполняемого яруса, сформированного в предыдущие дни.
При полигонном захоронении происходит биохимическая ферментация твердых бытовых отходов (ТБО) с выделением в атмосферу биогаза. газовые выделения из тела захоронения ТБО состоят в основном из метана (30-50 %) и углекислого газа (70-50 %)
Полигон, заполненный твердыми бытовыми отходами, представляет собой биохимический реактор, в котором при анаэробном разложении органических компонентов образуются метаносодержащие газы «биогаз». Биогаз, состоящий преимущественно из метана и углекислого газа, пожароопасен и является одним из факторов возникновения «парникового эффекта». Снизить опасные факторы можно либо сокращая захоронения органосодержащих отходов, либо организованно собирая и используя биогаз на специально оборудованных полигонах, либо предотвращая образование метана.
Биогаз, образующийся при биохимической ферментации многих видов органосодержащих отходов, таких как осадки сточных вод, отходы сельскохозяйственных производств, отходы предприятий пищевой промышленности, уже многие годы используется как альтернативное местное возобновляемое топливо. Существует и развивается рынок оборудования и технологий для производства и энергетического использования этого топлива.
При разложении ТБО химический состав биогаза следующий:
1. Метан – 60%
2. Углекислый газ – 36%
3. Водород – 0,7%
4. Сероводород – 1-2%
5. Азот – 1,5%
6. Ароматические углеводороды – 0,5%
7. Галогено-ароматические углеводороды – 0,2%
Теплотворная способность биогаза 5,0-5,5 тыс.ккал/м3 или 22 Мдж/м3.