3174
.pdf
УДК 66.096.5
К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦЫ В КОЛЬЦЕВОЙ КАМЕРЕ
Д.Д. Кирнев1, Ю.Н. Агапов2, А.М. Наумов3, Д.А. Давыдов4
1Студент гр. бПТ-31, kirnev.d@mail.ru
2Д-р тех. наук, профессор, pt_vstu@mail.ru 3Канд. техн. наук, доцент, pt_vstu@mail.ru
4Аспирант, davydovdenis48@yandex.ru
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Аннотация: в настоящей работе определены параметры, влияющие на длину траектории частицы, при равномерном движении в установке с центробежным псевдоожиженным слоем. Приведены системы уравнений для равномерно движущейся частицы и определена траектория её движения
Ключевые слова: псевдоожиженный слой, частица, траектория, сушилка, длина, движение
Увеличение поверхности контакта способствует ускорению тепломассообмена, а непрерывное перемешивание частиц материала обеспечивает выравнивание температуры в слое, что позволяет проводить процесс быстро и в небольших рабочих объёмах. Процессы в центробежном слое легко регулируются и поддаются автоматизации. Как показала практика, в центробежном слое можно обрабатывать зерна твёрдых материалов размером от долей миллиметра до 10 мм при различной влажности, так как влага, попадающая в центробежной слой, почти мгновенно испаряется. На рис. 1 показана модель кольцевой камеры с центробежным слоем.
Рис. 1. Кольцевая камера установки для сушки полидисперсных сыпучих материалов в центробежном псевдоожиженном слое
30
Теплоотдача от сушильного агента к высушиваемому материалу происходит с началом движения частиц. Для определения скорости движения частиц необходимо знать траекторию движения. Исходя из второго закона Ньютона, в случае равномерного движения в горизонтальной плоскости векторная сумма сил действующих на частицу равна нулю. Проекция вектора силы давления газа в слое направлена перпендикулярно к ребру лопатки на рис. 2.
Рис. 2. Силы, действующие на частицу в слое
Система уравнений для частицы движущейся равномерно:
Fтрz Fц |
0; |
|
|
|
(1) |
|
|
|
Fcx Fтрx |
0, |
|
|
|
|
где Fтрz – сила трения по оси z; Fтрx |
– сила трения по оси x; |
|
Fcx – горизонтальная проекция |
силы |
давления газа; Fц – |
центробежная сила.
Горизонтальная проекция силы давления газа уравновешивается силой трения возникающая вдоль оси z при движении.
Центробежная сила, действующая на частицу, уравновешивается силой трения вдоль оси x.
Траектория движения частиц в плоскости xz на рис. 3. с учётом уравновешенных сил представляет ломаную линию, каждое звено
31
которой направленно перпендикулярно радиус вектору в точке пересечения с ребром лопатки.
Расстояние, пройдённое частицей вдоль оси z |
a2 определяется |
||||
из выражения |
|
|
|
|
|
a2 |
|
b1 |
|
, |
(2) |
|
|
|
|||
|
|
sin( ) |
|
||
где участок кривой b1 |
определяется из прямоугольного |
||||
треугольника с острым углом |
|
|
|
|
|
b1 a1 tg( ). |
(3) |
||||
Угол образован рёбрами лопаток и определяется из формулы |
|||||
2 |
, |
|
(4) |
||
|
|
m |
|
|
|
где m - количество лопаток.
Рис. 3. Траектория движения частиц в плоскости xz
Подставляя (3) в (2) получим
1 |
|
|
a2 a1 cos( ) |
, |
(5) |
32
a3 a1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
. |
(6) |
|
|
|
|
||||||
cos( ) cos( ) |
|||||||||
Числовая последовательность |
an , является геометрической |
||||||||
прогрессией |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
1 |
n 1 |
|
|||||
an a1 |
|
|
|
|
|
. |
(7) |
||
|
|
|
|
||||||
|
cos( ) |
|
|
|
|
||||
Если a1 радиус внутренний, a2 наружный |
|
||||||||
a1 Rвн , |
|
|
|
|
(8) |
||||
an Rнр. |
|
|
|
|
(9) |
||||
То справедлива формула |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
n 1 |
|
|||
Rнр Rвн |
|
|
|
|
, |
(10) |
|||
|
|
|
|||||||
|
|
cos( ) |
|
|
|
|
|||
из которой определяется общее количество образованных траекторией движения частицы.
|
|
|
Rнр |
|
|
|
|||
|
ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
n |
|
|
Rвн |
|
|
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
|
|||
|
ln |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
2 |
|||||
|
cos |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
m |
|||||
треугольников
(11)
Полный угол поворота частицы относительно
определяется по формуле
n n,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rнр |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Rвн |
|
||||||
n 2 |
|
|
1 . |
||||||
m |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
ln |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
cos |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
центра n
(12)
(13)
33
Выражая отрезок ломанной кривой bn через an , получим:
bn an tg( ) . |
(14) |
||||
|
|
1 |
n 1 |
|
|
bn Rвн |
|
|
|
tg( ). |
(15) |
|
|||||
|
cos( ) |
|
|
||
Для определения длины |
пути |
S , |
проходящего частицей при |
||
равномерном движении, необходимо проинтегрировать выражение
(15):
|
n |
|
|
1 |
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
S Rвн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
tg( )dn , |
|
|
|
|
(16) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
0 |
|
cos( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
2 tg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
S Rнр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
ln 2 cos |
|
|
1 tg |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(17) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
2 cos |
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 Rвн tg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|||||||||
m |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
ln |
2 cos |
|
|
1 |
1 tg |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
m |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходя из полученной формулы только при условии постоянной скорости перемещения частиц вдоль оси x и z видно что, на длину траектории окажет влияние только величина радиуса наружного, внутреннего и общее количество лопаток.
При значениях: |
радиус |
наружный |
Rнр 190 мм, радиус |
внутренний Rвн 100 |
мм, количество лопаток m 32 шт. |
||
Полный угол |
поворота |
и длина |
траектории составит: |
т 383, 426 .
При равномерном движении, пройденное расстояние частицы при заданных условиях составит: S 942,40 мм.
Литература
1. Пат. 84519 Российская Федерация, МПК F26B17/10 Сушилка термочувствительных сыпучих материалов с центробежным псевдоожиженным слоем / Надеев А.А., Агапов Ю.Н., Стогней В.Г.;
34
заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет». – № 2008117601/22; опубл. 10.07.2008; Бюл. № 19. – 3 с.
2.Шенк, Х. Теория инженерного эксперимента / Х. Шенк. – М.: Мир, 1975. – 378 с.
3.Гельперин, Н.И. Основы техники псевдоожижения / Н.И. Гельперин, В.Г. Айнштейн, В.В. Кваша. – М.: Химия, 1967. – 664 с.
4.Псевдоожижение / под ред. В.Г. Айнштейна, А.П. Баскакова.
–М.: Химия, 1991. – 397 с.
5.Промышленная теплоэнергетика и теплотехника : справочник / Под ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 558 с.
УДК 536.2.022
ФИНАНСОВЫЙ АСПЕКТ ВЫБОРА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ КОНДЕНСАТА ИЛИ ЕГО ВОЗВРАТ
А.А. Ткачев
Магистрант гр. мПТ-21, leha.tkachev.1995@mail.ru
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Аннотация: в данной работе представлен расчёт для определения финансовый выгоды при выборе использования тепла конденсата в водоводяных пластинчатых теплообменниках или возврат его на ТЭЦ
Ключевые слова: конденсат, пластинчатый теплообменник, ТЭЦ, исследование
Вслучае нахождения предприятия или другого крупного потребителя теплоты около ТЭЦ, экономически обоснованным является решение покупка пара с ТЭЦ. После конденсации пара возникает вопрос о дальнейшем использовании теплоты конденсата или возврата его на станцию.
Вслучае использования тепла конденсата необходимо установить теплообменники с более низкими параметрами, чем в случае отбора тепла от пара. Также в их стоимость входят системы автоматизации [1, 2].
35
Второй вариант – это возврат конденсата обратно на станцию, но тогда необходимо учесть возросшую стоимость теплоизоляции.
Схема и общий вид пластинчатого теплообменника типа «водавода» представлена на рисунке. Он представляет собой аппарат постоянного действия для передачи тепловой энергии от более нагретой среды к менее нагретой.
Схема и общий вид пластинчатого теплообменника:
1 – передняя неподвижная плита; 2 – верхняя направляющая; 3 – задняя подвижная плита; 4 – задняя стойка (штатив);
5 – рабочая пластина; 6 – уплотнения; 7 – нижняя направляющая; 8 – патрубки; 9 – ролики для перемещения пластин вдоль направляющих; 10 – шильд с названием и техническими данными
36
Теплообменник состоит из пластин 5, соединённый между собой уплотнениями 6 и ограниченных передней и задней плитами 1,3. Жёсткости конструкции придаёт верхняя и нижняя направляющие 2 и 7.
Горячая и холодная среды входят в патрубки 8 и в аппарате по ходу движения потоков происходит теплообмен.
Рассмотрим уравнение теплового баланса для пароводяного и
водо-водяного теплообменника:
Q r G c G t ,
где G – массовый расход, кг/с; r – теплота парообразования, Дж/кг; c – массовая теплоёмкость, Дж/(кг·K); t – перепад температур, °C.
Таким образом, (при t = 50 °С) доля отбираемой теплоты в водо-водяных теплообменниках менее 9 %.
Согласно расчётам калькулятора толщины наружной изоляции трубопроводов (при t 
= 50 °С), разница между толщинами изоляций составляет менее 10 мм [3 - 5].
Следовательно, имеет смысл в случае близкого расположения потребителя теплоты и ТЭЦ проводить индивидуальный расчёт финансового преимущества возврата конденсата на станцию или его дальнейшего использования для отбора теплоты, учитывая непрерывные изменения цен на капитальные и иные затраты.
Литература
1.Барановский, Н.В. Пластинчатые и спиральные теплообменники / Н.В. Барановский, Л.М. Коваленко, А.Р. Ястребенецкий. – М.: Машиностроение, 1973. – 388 с.
2.Промышленные тепломассообменные процессы и установки: учебник для вузов / А.М. Бакластов, В.А. Горбенко, О.Д. Данилов и др.; под ред. А.М. Бакластова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 328 с.
3.Производственно-инжиниринговая компания «Ридан». – Режим доступа: http://www.ridan.ru [Электронный ресурс].
4.Калькулятор технической изоляции «Технониколь». – Режим доступа: http://teplo.tn.ru/calcs/tech-izol [Электронный ресурс].
5.Надеев, А.А. Определение коэффициентов тепловой эффективности многоступенчатых аппаратов с центробежным слоем
/А.А. Надеев, Д.Ю. Агапов, К.Н. Родионов, В.Г. Стогней, Ю.Н. Агапов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2011. – Т. 7. – № 10. – С. 132-135.
37
УДК 62-69
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОЛОЖЕНИЯ ШИБЕРА ПЕРВИЧНОГО ВОЗДУХА ОТ ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВНОГО ГАЗА НА ВХОДЕ В АТМОСФЕРНУЮ ГОРЕЛКУ
И.Ю. Жеребятьев1, Р.В. Гавриленко2, Ю.Н. Агапов3
1Магистрант гр. мПТ-21, zherebyatjew.igor@yandex.ru
2Магистрант гр. мПТ-21, ruslangvrn36rus@gmail.com
3Д-р техн. наук, профессор, pt_vstu@mail.ru ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Аннотация: в статье описана необходимость контроля параметров дымовых газов, для улучшения процесса горения и нормализации вредных выбросов в атмосферу, а также определена зависимость положения шибера первичного воздуха от давления топливного газа на входе в горелку атмосферную, применяемую на подогревателях теплоносителя
Ключевые слова: зависимость, давление, шибер, горелка, газ
На газодобывающих промыслах, в холодное время года, есть необходимость в обеспечении теплом на установках предварительной подготовки газа (УППГ) технологического оборудования, в частности для предотвращения гидратообразования и замерзания конденсата в запорно-регулирующей арматуре и магистральных трубопроводах. Гидраты и замерзший конденсат могут повлечь за собой обмерзание запорно-регулирующей арматуры и образование пробок в трубопроводе, что влечет за собой выход из строя запорно-регулирующей арматуры и препятствие движения газового потока. Также, есть необходимость в поддержании микроклимата в малых группах административных зданий, где работает персонал промысла. УППГ на промыслах могут находиться на большом расстоянии друг от друга.
Применение котельных установок не рационально для обеспечения тепловой энергией групп УППГ из-за достаточно больших капиталовложений, долгой окупаемости, протяженной тепловой сети, вытекающими отсюда потерями тепла при транспортировке, и необходимости установки водоподготовительного оборудования для умягчения воды, применяемой в качестве теплоносителя. Для решения данной проблемы нашли применение подогреватели с атмосферными
38
газовыми горелками, с использованием в качестве теплоносителя незамерзающих жидкостей (антифризы) и природного газа в качестве топлива.
Рис. 1. Номограмма равновесного влагосодержания природного газа
39