Учебное пособие 800499

УДК 51-74

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ПРОДОЛЬНЫХ ОСЕВЫХ СЕЧЕНИЯХ ЗАМКНУТОЙ

ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ С ПОЛУСФЕРИЧЕСКИМИ ДНИЩАМИ

Е.А. Кожухова1, А.Ю. Трошин2

1Аспирант, ekozhukhova@cchgeu.ru 2Канд. техн. наук, доцент, atroshin@cchgeu.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация: представлена методика редукции трёхмерной задачи к последовательности двухмерных путём разбиения рассматриваемой области на продольные осевые сечения. В каждом сечении решается двухмерная задача, а совокупность решений даст трёхмерную картину тепломассопереноса вдоль оси рассматриваемой ёмкости

Ключевые слова: моделирование, тепломассоперенос, продольное осевое сечение, цилиндрическая ёмкость

Конвективный теплоперенос происходит не только в плоскостях поперечных сечений, но и вдоль оси цилиндра. Поэтому для более полного отражения процесса рассмотрим не только поперечное, но и продольные сечения. Для каждого такого сечения фиксируется ( const ) (рис. 1).

Рис. 1. Схема разбиения на продольные сечения

Одно из осевых продольных сечений изображено на рис. 2.

40

Рис. 2. Схема общего вида осевого продольного сечения

Температурное поле в каждом из продольных осевых сечений будет описываться также системой дифференциальных уравнений Навье-Стокса в приближении Буссинеска с соответствующими граничными условиями [1-7].

Предположим const , тогда в каждом из показанных сечений

На внутренней границе стенки существует равенство потоков:

41

Для определения температуры давления и проекции скорости U , V на фиксированном продольном сечении необходимо решить систему дифференциальных уравнений (1) – (9), учитывая соответствующие граничные условия для каждого фиксированного момента времени.

Итак, трёхмерная задача редуцируется к последовательности двумерных задач. А именно, на каждом временном шаге решается не трёхмерная, а двумерная задача:

а) для поперечного сечения; б) для продольного сечения.

Литература 1. Кожухова, Е.А. Математическое моделирование теплообмена в

цилиндрической емкости с полусферическими днищами / Е.А. Кожухова, А.Ю. Трошин // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды 21-й научно-

42

технической конференции. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2019. – С. 3-14.

2.Кожухова, Е.А. Моделирование тепломассопереноса в замкнутой газожидкостной емкости при перемещении границы раздела фаз / Е.А. Кожухова, А.Ю. Трошин // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды 20-й научно-технической конференции. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018. – С. 60-66.

3.Трошин, А.Ю Математическое моделирование процессов тепломассопереноса при перемещении границы раздела фаз и наличии стока жидкости / А.Ю Трошин // Энергетика и энергосбережение: теория и практика материалы III Всероссийской научно-практической конференции. – Кемерово: Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева – 2017. – С. 178.

4.Трошин, А.Ю. Математическое моделирование термогидродинамических процессов происходящих в стационарно расположенном горизонтальном цилиндрическом баке, а также при его повороте на заданный угол вокруг оси симметрии / А.Ю. Трошин // Комплексные проблемы техносферной безопасности Материалы Международной научно-практической конференции. – Воронеж: Воронежский государственный технический университет,

2017. – С. 125-129.

5.Трошин, А.Ю. Моделирование процессов тепломассопереноса в замкнутой шарообразной криогенной емкости

сизменяющейся цилиндрической вставкой / А.Ю. Трошин, К.Г. Хрипунов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2012. – Т. 8. – № 3. – С. 63-66.

6.Трошин, А.Ю. Математическая модель, описывающая процессы тепломассопереноса в замкнутой сферической газожидкостной емкости / А.Ю. Трошин // Техника машиностроения. – 2006. – № 4 (60). – С. 45-47.

7.Трошин, А.Ю. Моделирование нестационарного конвективного тепломассопереноса в горизонтальной закрытой газожидкостной цилиндрической емкости: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук (01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника) / А.Ю. Трошин; рук. работы С.В. Фалеев. – Воронеж: ВГТУ, 2001. – 114 с.

43

УДК 621.928.97

ПРЕДМЕТНЫЕ ЗАДАЧИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ПО ГАЗООЧИСТКЕ ОТ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

П.А. Солженикин1, В.В. Черниченко2

1Канд. техн. наук, доцент, scorpion-050806@yandex.ru

2Канд. техн. наук, доцент, vlad1427@yandex.ru ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация: не менее важной, чем перевод веществ в аэрозоли, является обратная задача в технологии – утилизация аэрозолей, что актуально для ряда производственных процессов. Аэрозольное осаждение имеет двойное назначение: улавливание ценных веществ (например, металлургические пары) и ликвидация вредного воздействия на человека и окружающую природу

Ключевые слова: аэрозоль, газоочистка, осаждение, конденсация, пересыщение

В промышленном производстве широкое распространение получило применение сжатого воздуха. С его помощью приводятся в движение различные пневмоустановки, станки, приборы и т.д.

Для получения требуемого качества сжатого воздуха перед подачей к потребителям необходима его тщательная очистка от таких примесей как водяной пар и мелкие твёрдые включения. Глубокая газоочистка здесь направлена на повышение производительности компрессора и увеличение срока его службы [1].

Газоочистка находит свое применение также в нефтяной и газовой промышленности. Здесь содержание вредных примесей в природных газах достигает высоких концентраций, что требует значительных затрат на их приведение к предельно допустимым значениям. Без глубокой газоочистки работа газопроводов ещё на стадии транспортировки может быть нарушена из-за коррозионного воздействия и образования гидратных пробок. Содержащаяся влага в газовом потоке способна создавать твердые кристаллы, которые накапливаются в трубопроводе и блокируют его.

Особые технические требования к газам, добываемым с промыслов, направлены на снижение жидкой фазы в них до значений 25…50 г на 1000 м3 очищаемого газа. Что касается твёрдой

44

фазы, то здесь концентрация не должна превышать 0,05 мг/м3. Такие жёсткие требования оправдываются возможным значительным износом технологического оборудования и газопровода в целом.

Когда пар конденсируется из своей смеси с неконденсирующимся газом, что бывает в различных производственных процессах, то создается туман за счет образования условий пересыщения. Например, при производстве фосфорной и серной кислот, наблюдается ядовитый туман, значительная часть которого проходит через фильтр и вместе с уходящими газами выбрасывается в атмосферу. В результате выделения такого тумана происходят значительные потери кислоты, и, как следствие, массовые разрушения в районе, прилегающем к химическому заводу, отравляется атмосфера [2].

Улавливание паров и запахов из воздуха применяется для специального оборудования и дыхательных систем в фармацевтической и пищевой промышленности.

Основной проблемой устройств кондиционирования воздуха являются высокие требования к осушению насыщенного атмосферного воздуха, поступающего в помещение при вентиляции, согласно требованиям стандарта "Вентиляция для обеспечения приемлемого качества воздуха". Воздушная сушка применяется здесь для снижения и поддержания определенного уровня влажности в помещениях, а также для предотвращения образования коррозии, плесени и пятен; для сокращения времени сушки; улучшения естественных условий сушки, снижения затрат на техническое обслуживание и хранение; уменьшения потребности в отоплении; ускорения процесса сушки поврежденных водой помещений [3].

В гидравлических системах сухой воздух предотвращает конденсацию на холодных поверхностях труб, сосудов, насосов и электрооборудования; сухой воздух помогает защитить внутренние части стальных конструкций, таких как мосты, корабли, двигатели, котлы, паровые турбины и самолеты от коррозии; на складах, например, обмундирование, продовольствие и оружие поддерживается в сухой атмосфере. Крытые бассейны подвержены влиянию конденсации паров влаги на холодных поверхностях, вызывая коррозию и разрушение материалов. Также окна в помещениях бассейнов запотевают, что создает неудобные условия

45

для присутствующих людей. Поэтому наиболее важным элементом инженерного оборудования бассейна может являться оборудование, применяющее системы осушения воздуха конденсацией. Это следует рассматривать как наиболее эффективное средство в борьбе с избыточной влажностью. В строительстве за счет воздушной сушки сокращается время высыхания плитки, напольных покрытий и т.д. [4].

Если эффективность улавливания недостаточна, а тем более если она полностью отсутствует, аэрозоли могут представлять серьезную угрозу для человека. Кроме химической природы частиц, которая в основном определяет профессиональный вред аэрозолей, очень важны их размеры и некоторые другие физические факторы.

Аэрозоли, которые могут быть вредными для дыхательной системы человека, выделяются в различных отраслях промышленности.

Так, минеральная пыль образуется при шлифовании, в литейном и керамическом производстве, а также при изготовлении силикатного и огнеупорного кирпича, при обрабатывании асбеста, при разработке угля и золота. Количество вредной пыли, образующейся при переработке хлопка, льна и конопли, значительно ниже, чем у неорганической пыли. Однако здесь довольно много пыли, которая может нанести сравнительно небольшой ущерб. Можно добавить пыльцу к органическим пылям, которые выделяются из меха и перьев при чистке ковров и т.д. Все это может вызвать аллергию.

Воздухоочистка применяется для обработки древесины при изготовлении древесностружечных плит (ДСП) и для механической обработки древесных материалов.

Источниками загрязнения окружающего воздуха при производстве ДСП являются операции по транспортировке, погрузке и выгрузке древесины, сырой и сухой щепы; операции сушки и сортировки щепы; шлифование плит. Также загрязняют атмосферу операции по переработке отходов (древесная щепа, опилки, порошки), которые появляются на разных стадиях технологического процесса, с целью максимального использования отходов для производства древесностружечных плит.

Наиболее распространенным источником загрязнения, причиняющим наибольший ущерб, являются газообразные и аэрозольные выбросы при сжигании топлива в промышленных

46

печах и котлах. Органическая часть сжигаемого топлива образует продукты сгорания, которые состоят в основном из сажи, смолы и золы, а также небольшого количества металлических загрязнений [2].

Выброс аэрозолей в атмосферу является одной из наиболее актуальных гигиенических проблем современности. Особое внимание уделяется устранению причин возникновения неблагоприятных явлений, таких как промышленные выбросы. Общепризнано, что борьба с загрязнением воздуха может быть достигнута только путем комплексного сокращения выбросов дыма

илетучей золы при использовании бездымного топлива, обогащения

иболее полного сжигания топлива, а также использования высокоэффективного газоочистного оборудования.

Литература

1.Солженикин, П.А. Конденсационный метод очистки газовых потоков и установка для его реализации / П.А. Солженикин, В.Г. Стогней, И.И. Зварыкин, А.И. Павелко // Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и социальной сфере: материалы Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов, ученых. – 2015. – Т. 3. – № 1. – С. 84-87.

2.Фукс, Н.А. Механика аэрозолей / Н.А. Фукс. – М.: Изд-во АН

СССР, 1955 – 351 с.

3.Солженикин, П.А. Моделирование тепломассообмена и совершенствование конструкции аппарата для очистки промышленных газов от аэрозольных включений: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук (01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника) / П.А. Солженикин; рук. работы В.Г. Стогней. – Воронеж: ВГТУ, 2008. – 179 с.

4.Ряжских, В.И. Математическая модель тепло-массообменного процесса в конденсационной камере / В.И. Ряжских, В.Г. Стогней, П.А. Солженикин, В.В. Черниченко // Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий

винновационных проектах (Инноватика – 2006): материалы Международной конференции и Российской научной школы. Часть 5. – М.: Радио и связь, 2006. – Т. 2. – С. 74-78.

47

УДК 66.096.5

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ АППАРАТА С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ

А.А. Надеев1, А.М. Надеев2, Д.А. Прутских3

1 Канд. техн. наук, anadeev@cchgeu.ru

2 Ст. преподаватель, alekn85@yandex.ru

2 Канд. техн. наук, dprutskikh@cchgeu.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация: в данной работе приведены результаты экспериментального исследования гидравлического сопротивления аппарата, предназначенного для сушки дисперсных материалов в центробежном псевдоожиженном слое. Приведена схема испытательного стенда и газораспределительного устройства аппарата. Результаты экспериментов представлены для «холодной» модели в виде зависимости потерь давления и высоты слоя от расхода воздуха и массы материала в рабочей камере аппарата

Ключевые слова: газораспределитель, испытательный стенд, псевдоожиженный слой, перепад давления, силикагель

На эффективность работы теплотехнологических аппаратов с различными типами псевдоожиженного слоя дисперсного материала оказывают влияние такие параметры как тип рабочей камеры и газораспределительного устройства, вид и размер дисперсного материала, вид ожижающего агента и т.д. При этом одним из основных параметров таких аппаратов их является гидравлическое сопротивление, определяющее расход электроэнергии на работу высоконапорного вентилятора, обеспечивающего устойчивое псевдоожижение материала.

Гидравлическое сопротивление аппарата в основном определяется потерями давления на газораспределительном устройстве Pг и потерями давления при прохождении

ожижающего агента через псевдоожиженный слой Pс . При этом

суммарные потери давления P не являются суммой данных двух величин [1, 2].

В данной работе исследуется влияние расхода ожижающего агента (воздуха) и высоты псевдоожиженного слоя на гидравлическое сопротивление аппарата периодического действия с

48

центробежным псевдоожиженным слоем при вертикальной подаче ожижающего агента для случая «холодной» модели.

Схема аппарата и испытательного стенда приведена на рис. 1. Рабочая камера аппарата 1 имеет диаметр и высоту 0,4 м. Кольцевой канал, служащий для формирования центробежного псевдоожиженного слоя 2, образуется корпусом рабочей камеры и её внутренней конической обечайкой 3, имеющей диаметр основания 0,2 м.

Рис. 1. Схема аппарата и испытательного стенда:

1 – рабочая камера; 2 – псевдоожиженный слой; 3 – коническая обечайка; 4 – центробежный вентилятор; 5, 6 – воздуховоды; 7 – преобразователь частоты; 8 – термоанемометр;

9 – газораспределительное устройство; 10 – дифференциальный микроманометр

Ожижающий агент подаётся в аппарат центробежным вентилятором 4 типа Ц10-28 № 4 через воздуховод 5. Его производительность регулируется с помощью преобразователя частоты 7 типа Delta VFD150E43A. Скорость воздуха измеряется с

49