Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Барабанные аппараты для термической обработки сыпучих материалов (в частности, барабанные сушилки) широко используются в строительной, химической и других отраслях промышленности. При обработке традиционных материалов, по которым накоплен опыт их проектирования и эксплуатации, они зарекомендовали себя как аппараты, обеспечивающие достаточно высокую эффективность проводимых в них процессов и высокую надежность эксплуатации.
Однако спектр перерабатываемых материалов, их свойств и индивидуальных физико-механических и химических особенностей непрерывно расширяется. Разработанные к настоящему времени математические модели этих процессов, основанные, как правило, на интегральных балансах тепла и массы и обобщающие большой опытный материал по эксплуатации существующего оборудования, >же не могут служить надежной основой для проектирования новых процессов и аппаратов для материалов с существенно иными свойствами.
В последнее время значительная часть научных исследований в этой области была направлена на углубление описания тепломассообменных процессов между одиночной частицей дисперсного материала и газом, и в этом направлении достигнут значительный прогресс. Однако при переходе к описанию процессов в большом коллективе частиц, то есть в реальном аппарате, по-прежнему используются простейшие модели идеального вытеснения компонентов, представляющие собой весьма приближенный переход от интегральных моделей аппарата в целом к его моделям, описывающим развитие процессов по длине аппарата. Кроме того, вводимые в расчет модели собственно тепло- и массообмена между сыпучим материалом и газом зачастую неразрывно связаны с описанием механизма движения компонентов вдоль барабана, в результате чего каждая новая или уточняющая модель тепломассообмена приводит к необходимости пересматривать модель всего процесса и соответствующего аппарата. Естественно, что это существенно снижает универсальность предлагаемых моделей и алгоритмов расчета, которые могут быть использованы в практике инженерного проектирования. Сложившаяся ситуация определила цель настоящей работы, которая выполнялась в рамках ФЦП «Интеграция» (2.1 -А118 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и планом НИР ГОУВПО «ИГХТУ»
Цель работы состояла в повышении универсальности и достоверности расчета и проектирования барабанных аппаратов для термической обработки сыпучих материалов на основе создания математических моделей, построенных на единых универсальных представлениях эволюции в тепла и массы в компонентах при их движении и инвариантных к описанию тепло- и массообмена между компонентами.
На\чная новизна-результатов работы заключается в еле і\ ющем.
/рос. национальная
j БИБЛИОТЕКА
| СПелрвмг А-,;м
-
На основе теории цепей Маркова разработана одномерная математическая модель переноса масс компонентов и тепла и влаги в них при движении материала вдоль барабана, учитывающая стохастическую составляющую этого движения и тепло- и массообмен между компонентами.
-
Разработанная модель обобщена на случай многомерного движения сыпучего материала, учитывающая его движение в поперечном сечении барабана, в частности, его пребывание в пристенной части и свободное падение в разреженном состоянии.
-
Выполнены численные эксперименты, позволившие оценить чувствительность характеристик всего процесса к параметрам описания его составляющих.
-
Разработано программно-алгоритмическое обеспечение математического моделирования указанных процессов.
Практическая ценность результатов работы состоит в следующем.
-
На основе разработанных моделей предложен инженерный метод расчета термической обработки сыпучих материалов в барабанных аппаратах, позволяющий использовать любые модели тепло- и массообмена между сыпучим материалом и газом.
-
Выполнена идентификация параметров модели и на ее основе предложен метод расчета сушки керамзита в барабанной сушилке.
-
Выработаны рекомендации по совершенствованию процессов тепло- и массообмена в барабанных аппаратах.
Автор защищает:
-
Разработанный на основе цепей Маркова универсальный алгоритм построения одномерных и многомерных математических моделей тепло- и массообмена в барабанных аппаратах при движении компонентов в них с наличием стохастической составляющей, позволяющий «подключать» любые описания собственно тепло- и массообмена между компонентами.
-
Методику и результаты численных экспериментов по исследованию влияния характеристик отдельных процессов на показатели процесса в целом.
-
Рекомендации по совершенствованию процессов термической обработки в барабанных аппаратах.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы были доложены, обсуждены и получили одобрения на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития экономики» (Иваново. 2003)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованных источников (99 наименований работ) и приложений.
