Методическое пособие 805

меры, существенно различаются звукоизолирующей способностью на частотах выше 500 Гц (рис. 4).

Рис. 4. Влияние на звукоизолирующую способность материала сотового заполнителя

Заполнитель панели №5 выполнен из материала ПСП – 2, модуль сдвига которого в 2,5 раза меньше по сравнению с модулем сдвига заполнителя из материала АМг2 – Н панели №3.

Мероприятия по повышению звукоизолирующей способности сотовых конструкций

Предлагается использовать двухслойную сотовую конструкцию с толщиной сотового заполнителя 17 и 18 мм улучшения звукоизолирующей способности (рис. 5)

Рис. 5. Предлагаемая сотовая конструкция

Проведен анализ звукоизолирующей способности сотовых конструкций. Разработана новая конструкция панелей интерьера самолета, проведены испытания. Данная конструкция панелей может найти широкое применение в самолетах, подводных лодках, кораблях, локомотивах и т.д.

Литература

1.Способ изготовления сотовой конструкции. Патент № 2544043 от 25.10.2012 Максименков В.И. Молод М.В. и др.

2.Панин В. Ф. Конструкции с сотовым заполнителем / В. Ф. Панин. – М.: Машиностроение. – 1982. – 152 с.

3.Боголепов И. И., Ефимцов Б. М., Панин В. Ф. Экспериментальные исследования звукоизолирующей панели с сотовым заполнителем. – Труды ЦАГИ, вып. 1902, 1978.

110

УДК 621.396.67

Исследование излучательной способности антенны с последовательным питанием в режиме поперечного излучения

А.И. Рябчунов

Аспирант факультета радиотехники и электроники, a2007wanderer@ya.ru ФГБОУ ВО "Воронежский государственный технический университет"

На основе моделирования исследована зависимость излучательной способности интерферометрической схемы антенны с последовательным питанием. Выявлены предпочтительные параметры раскрыва, реализованного в виде планарного диэлектрического волновода с нанесенной на его поверхность решеткой проводников.

Ключевые слова: антенна, диэлектрический волновод, решетка проводников, интерферометр, КПД.

В системах радиосвязи на КВЧ все более широкое применение находят открытые излучающие линии передачи с минимальными тепловыми потерями. На их основе созданы антенны, в которых замедленная волна линии с помощью периодической решетки трансформируется в направленное излучение [1-3].

Антенна с последовательным питанием (АПП) периодического раскрыва замедленной волной обладает ярко выраженной частотной зависимостью направления излучения. Излучательная способность реальной АПП в поперечном направлении резко падает из-за дифракции Брэгга (рис. 1). Поэтому в наиболее предпочтительном режиме излучения АПП оказывается крайне неэффективной.

Вместе с тем интерферометрические схемы АПП не имеют указанного недостатка [4]. В таких схемах каждое плечо интерферометра излучает в направлении, близком к поперечному. Диаграмма направленности (ДН) формируется в результате интерференции излученных плечами полей, а волны, отраженные решеткой, взаимно компенсируются.

Рис. 1. АПП в режиме поперечного излучения

111

Целью работы является исследование интерферометрической схемы АПП ленточных проводников на диэлектрическом волноводе для обеспечения высокой излучательной способности в режиме поперечного излучения.

Анализ выполнен на основе моделирования с использованием метода, заимствованного из [5]. На основе материала статьи [5] разработана программа для ПК, в которой при одностороннем возбуждении решетки замедленной волной диэлектрического волновода рассчитываются токи, наводимые в проводниках. По токам рассчитывается ДН, КПД, максимальный уровень боковых лепестков и другие вторичные параметры антенны.

На рис. 2 показаны зависимости углового положения главного лепестка ДН и КПД антенны от величины периода решетки. Для указанных значений периода АПП излучает в поперечном направлении. При этом КПД резко уменьшается из-за дифракции Брэгга. В антенне устанавливается режим, близкий к режиму стоячей волны, и антенна практически не излучает.

Рис. 2. Параметры излучения АР для разных значений периода

Исходная математическая модель [5] модифицирована применительно к встречному возбуждению излучающего раскрыва АПП (рис. 3). Предполагалось, что оба плеча схемы антенны идентичны, содержат решетки с одинаковыми проводниками и возбуждаются синфазно. В силу линейности задачи возбуждения ДН антенны рассчитывалась методом суперпозиции; при встречном возбуждении плечей это потребовало модификации правой части токовой системы уравнений [6].

112

Рис. 3. Интерферометрическая схема АПП

На рис. 4 показана расчетная ДН антенны при встречном возбуждении плечей с параметрами, обеспечивающими режим поперечного излучения. Если при одностороннем возбуждении КПД был равен всего лишь 9.5 %, то в интерферометрической схеме – 38 %. Так как амплитудное распределение является практически равномерным, максимальный уровень боковых лепестков составляет "минус" 13.2 дБ.

Рис. 4. Расчетная ДН АПП интерферометрического типа

Уменьшим шаг решетки так, чтобы обеспечить наклонное излучение плечей с небольшим углом. Период решетки и ДН антенны показаны на рис. 5. Амплитудное распределение при этом близко к косинусоидальному, поэтому антенна обеспечивает относительно низким уровнем боковых лепестков ДН – "минус" 28 дБ. КПД антенны при этом составляет 43 %, КИП – 83 %.

Рис. 5. ДН антенны при наклонном излучении плеч интерферометра

113

Увеличим дополнительно период решетки (рис. 6). При таком периоде гарантируется максимально плоская ДН. КПД антенны составляет 78 %, уровень бокового излучения – "минус" 12 дБ, КИП – 36 %.

Таким образом, интерферометрическая схема реализации АПП позволяет обеспечить разнообразные по форме ДН с относительно высокой излучательной способностью в режиме поперечного излучения.

Рис. 6. Максимально плоская ДН антенны-интерферометра

Литература

1.Банков, С.Е. Антенные решетки с последовательным питанием. – Москва: ФизМатЛит, 2013. – 414 с.

2.Останков, А.В. Анализ и синтез раскрыва антенн дифракционного излучения, построенных на основе квазипериодических гребенчатых решеток / А.В. Останков, С.А. Антипов, Ю.Е. Калинин. – Воронеж: ФГБОУ ВО ВГТУ, 2016. – 181 с.

3.Евдокимов, А.П. Антенны дифракционного излучения / А.П. Евдокимов // Физические основы приборостроения. – 2013. – Т. 2, № 1. – С. 108-124.

4.Останков, А.В. Оптимизация антенны дифракционного излучения, реализованной по интерферометрической схеме / А.В. Останков // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2010. – Т. 6. – № 11. – С. 51-54.

5.Калиничев, В.И. Дифракция поверхностной волны на решетке металлических стержней и анализ антенны вытекающей волны / В.И. Калиничев // Радиотехника и электроника. – 1991. – № 10. – С. 1902-1909.

6.Останков, А.В. Электродинамические модели резонансных гребенчатых структур для анализа и синтеза высокоэффективных дифракционных антенн: дисс. на соиск. уч. ст. д-ра техн. наук. – Воронеж: ФГБОУ ВПО ВГТУ, 2011. – 415 с.

114

УДК 66.096.5

Исследование процесса сушки дисперсных материалов в аппарате кипящего слоя

А.Ю. Андреев1, А.В. Бараков2 1Аспирант кафедры ТПТЭ, aayurevich@gmail.com

2Д-р техн. наук, профессор, pt_vstu@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В работе рассмотрены результаты экспериментального исследования процесса сушки силикагеля в аппарате периодического с центробежным псевдоожиженным слоем. Сделан вывод о высокой интенсивности протекающих процессов в нём процессов тепло-и массообмена.

Ключевые слова: сушилка, псевдоожиженный слой, дисперсный материал, теплоноситель, экспериментальное исследование.

Сушка твёрдых материалов является одним из наиболее энергозатратных теплотехнологических процессов в различных отраслях промышленности, что определяет необходимость проведения исследований в этой области и создания новых конструкций энергоэффективных сушильных установок.

Внастоящее время остается актуальной задача интенсификации процессов тепло- и массообмена в аппаратах с псевдоожиженным слоем, представляющим интерес благодаря ряду преимуществ [1-2]. Один из способов решения этой задачи подробно рассмотрен в работах [3, 4] и заключается в организации центробежного псевдоожиженного слоя. В данной работе рассматриваются результаты экспериментального исследования процесса периодической сушки дисперсных материалов с использованием данного принципа.

Для проведения экспериментальных исследований в лаборатории кафедры ТПТЭ был создан экспериментальный стенд, включающий сушильную установку периодического действия с центробежным псевдоожиженным слоем, вентилятор, элетрокалорифер, а также измерительное оборудование. Устройство и принцип работы стенда и аппарата, а также методика экспериментального исследования подробно изложены в работе [5].

Вкачестве объекта сушки использовался силикагель, температура тепло-

носителя на входе в рабочую камеру t поддерживалась равной 45 до 55 °C.

г

Остальные параметры режима сушки были следующими: масса материала в рабочей камере Mт 1 кг; скорость теплоносителя на входе в рабочую камеру

камеры – tг , °C и , %. Методика измерения температуры материала tт , °C была изменена относительно применённой в [5] и теперь осуществляется при помощи инфракрасного датчика температуры. В процессе сушки производилось изъятие небольших проб материала, которые затем помещались в анализатор влажности для определения текущего значения влагосодержания u , кг/кг.

На рис. 1. представлены полученные временные зависимости для режима

t 55 °C.

г

единовременный минимум и максимум, отражающие максимальное насыщение воздуха водяным паром. Кривая сушки имеет стандартный вид и позволяет выделить два периода – первый (период постоянной скорости сушки) и второй

(период падающей скорости сушки) [6]. Критическая влажность материала uкр , соответствующая переходу первого периода сушки во второй, при данном режиме составляет 33,6 %. Кривая температуры материала имеет форму, характерную для капиллярно-пористых тел, каким является и силикагель.

На рис. 2 приведено сравнение кривых сушки и нагрева силикагеля для режимов: г 2, 2 м/с, uн = 0,82 кг/кг, tг = 45 °C (1), tг =55 °C (2).

Из данных зависимостей видно, что при увеличении температуры теплоносителя возрастает интенсивность удаления влаги из материала и прогрева материала.

116

Рис. 2. Сравнение кривых сушки и нагрева силикагеля для двух температурных режимов

Результаты экспериментальных исследований позволят произвести верификацию математической модели, представленной в работе [7] и могут быть использованы при проектировании сушилок с псевдоожиженным слоем. Также они позволят получить зависимость коэффициента теплоотдачи от влагосодержания материала, т.к. значение данного коэффициента в начале сушки может в 1,2-2 раза превышать его значение в конце сушки [8]. Полученные результаты демонстрируют надёжность методики исследования, работоспособность стенда и сушильного аппарата, а также высокую интенсивность сушки в нём.

Литература

1.Муштаев, В. И. Сушка дисперсных материалов / В. И. Муштаев, В. М. Ульянов. – М.: Химия, 1988. – 352 с.

2.Gibilaro, L. G. Fluidization Dynamics / L. G. Gibilaro. – Oxford: Butter- worth-Heinemann, 2001. – 256 р.

3.Агапов, Ю. Н. Оценка гидравлического сопротивления и межфазного теплообмена в центробежном псевдоожиженном слое / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. В. Жучков, А. В. Санников // Химическая промышленность. – 1986. – Т. 63. – № 4. – С. 61-63.

4.Фалеев, В. В. Исследование межфазного теплообмена в регенеративном теплообменнике с дисперсной насадкой / В. В. Фалеев, А. В. Бараков // Промышленная энергетика. – 2003. – № 6. – С. 35-37.

5.Надеев, А. А. Экспериментальное исследование процесса сушки силикагеля в аппарате с центробежным псевдоожиженным слоем / А. А. Надеев, А. В. Бараков, В. Ю. Дубанин, А. Ю. Андреев // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2018. – Т. 14. – № 2. С. 44-50.

6.Лыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. – М.: Энергия, 1968. – 472 с.

7.Barakov, A. V. The asymptotic solution of model equations for heat capacities of fluidized bed phases / A. V. Barakov, A. P. Byrdin, V. Yu. Dubanin, A. A. Nadeev // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – № 891. – P. 012325.

8.Коновалов, В.И. Макрокинетика промышленных процессов / В. И. Коновалов, Н. Ц. Гатапова // Теоретические основы химической технологии. – 2004. – Т. 38. – № 2. – С. 123-132.

117

УДК 621.186.68

Исследование теплогидравлических характеристик атмосферных деаэраторов

А.В. Акатушев1 , Н.Н. Кожухов2 1Магистрант гр. мПТ-121, akatushevav@yandex.ru 2Канд. техн. наук, доцент, k0zhukhov@yandex.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В статье представлены результаты моделирования работы атмосферного деаэратора. Проведено исследование гидродинамики в баке и струеобразующей колонке. Получены данные для анализа и определения количества удаленных газов.

Ключевые слова: деаэратор, кислород, углекислый газ, моделирование.

Одним из неотъемлемых процессов в промышленности и энергетике является процесс водоподготовки. Повышение качества воды в таких производствах необходимо не только для снижения кислородной и кислотной коррозии, но и для повышения эффективности технологических процессов. Для осуществления процесса удаления растворенных газов в воде, как правило, используют деаэраторы. Большой выбор моделей, исполнений и конструктивных особенностей позволяет использовать их для подготовки различных видов теплоносителей: турбинного конденсата, питательной воды котлов, добавочной воды цикла, подпиточной воды тепловых сетей [1].

Пример конструкции деаэратора струйно-барботажного типа атмосферного давления с деаэрационной колонкой типа ДСА разработки ЦКТИ, с затопленным барботажным устройством в деаэраторном баке [2] представлен на рис. 1.

Эффективность дегазации теплоносителей в отдельных элементах, с учетом сложного характера протекания тепломассообменных процессов при деаэрации, определяется совокупностью значений многих конструктивных и режимных параметров. Возникающие при проектировании и эксплуатации теплоэнергетических установок задачи обеспечения требуемой эффективности деаэрации теплоносителя могут быть решены в настоящее время только при использовании данных испытаний, проведение которых сопряжено с затратами ресурсов, а в ряде случаев затруднено или вовсе невозможно. Дополнительные затраты связаны с устранением ошибок проектирования, которые часто удается обнаружить лишь при эксплуатации объекта. Существующие на данный момент математические формулы имеют весьма обобщенный вид, содержат ряд эмпирических коэффициентов, не учитывают множества вариантов конструктивного исполнения и условия эксплуатации. Все это не позволяет с достаточной степенью точности получить степень десорбции растворенных газов [3].

118

Рис. 1. Деаэратор струйно-барботажного типа атмосферного давления:

1 – подвод деаэрируемой воды; 2 – охладитель выпара; 3, 6 – выпар в атмосферу; 4 – подвод стороннего «холодного» конденсата; 5 – регулятор уровня; 7 – деаэрационная колонка; 8, 9 – струеобразующие тарелки; 10 – деаэраторный бак; 11 – предохранительно-сливное

устройство; 12 – подвод барботажного пара; 13 – приборы контроля давления; 14 – регулятор давления; 15 – подвод основного пара; 16 – отвод деаэрированной воды; 17 – указатель уровня; 18 – дренаж; 19 – подвод «горячего» конденсата

Для моделирования гидродинамики и теплообмена в деаэраторе в программном комплексе численного моделирования разработана математическая модель, позволяющая рассматривать ее как инструментарий при выборе оптимальных расходов пара при заданном расходе воды и для получения нормативных показателей. В результате моделирования получено: точное численное решение гидравлической и тепловой подзадач, определены потери давления, температуры теплоносителей, локальные скорости и числа Нуссельта и Рейнольдса; учтено количество сконденсированного пара.

В исследовании была рассмотрена конструкция атмосферного деаэратора ДА-25 в сборе с деаэрационной колонкой КДА-100. Для решения задачи приняты следующие допущения и граничные условия. В целях упрощения расчета и проверки адекватности модели для дальнейшего сопоставления с результатами моделирования других авторов, выполняющих аналогичные исследования в рассматриваемой области разработки, общий вид модели выполнен в двухмерном виде. В качестве физического модуля гидродинамики течений сред выбран модуль Bubbly Flow с k-ε моделью течения. В нем паровая фаза представлена пузырьковый средой, имеющий диаметр условных пузырьков не более 0,01 мм. Граничные условия задаются расходами теплоносителей, их температурами, давлениями, абсолютным давлением в аппарате. Также условно заданы поля скоростей и давлений. В сеточном генераторе деаэратор разбит на конечные объемы. Количество элементов расчетной сетки составило 24313, а среднее качество элементов 0,875. Результаты расчета представлены на рис. 2.

119