Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 3
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 10
1. НАУЧНЫЕ ^ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ (ШЖШ&ЩЖ
ІПРОНЕССОВіВПСЖВДООЖИЖЕННОМГСЛОЕ 12.
1>Л Гидродинамические аспекты, проблемы: 12
L2 Особенности теплообмена в.пеевдоожиженном:слое:. 21
Г.З Анализ; существующих схемги-конструкций установок с
перемещающимся псевдоожиженным; елоем^ .... 28-
1;.4 Выводыш-задачи исследования* ,. .39
2. .моделирование щ^^вщшттшшгш^ттщтшщгоєя<
ШЄЕВДООЖЙШЕННОІГОСЛОт.... 42:
XX Формирование перемещающегосязелояша наклонной^
газораспределительной^решетке.;... .... . 42
ZZCkopoeTb, движения слоя^ .4'6>
2.3::Минимальная скорость, ожижающего. газа 50"
^м&ттттжшшішттмшт&тттмБшштшщАєя
ШЕВДОЖИЖЕНН0М СЛОЕ 5:11:
3U". Анаяитичеекое.решениезаданж 52';
З ";2 .Чиеленноеіиеслед ование::процееса межф азного теплообмена 54'-
3:.3 Оеобенностиітеплообменаїприіциклияеском?изменении! температуры
ожижающегоіраза;; .60?
4:.ЭКСтРИМЕШАШШЕ:ИССЛЕДВАНШ: ШШНШСОВВ
1ШЄІШЕШАШШ1ШСЛ^МСЕВДЖШЖЕННМЛЕ.Г 64
4Л", писаниеэкспериментальной'установки .64:
4:2 Планирование экспериментов^:оценка1ошибок измерений 71
4.3. Экспериментальное сравнение:эффективности
газораспределительных решеток 83
4.4 Исследование гидравлических параметров 86
4.5. Исследование межфазного теплообмена и температурных полей ...111
5. ОПТИМИЗАЦИЯ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ:УСТАНОВОК С
ПЕРЕМЕЩАЮЩИМСЯ ПСЕВДООЖИЖЕННЬГМ СЛОЕМ 117
5Л. Оптимизация параметров 117
5.2. Методика конструктивного расчета 124
6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ 129'
Регенеративные теплообменные аппараты 129
Термообработка дисперсных материалов 144 '
Сушка термолабильных материалов 147
Очистка промышленных газов 151
Испарительное охлаждение воздуха 156
Классификация полидисперсных материалов ...Л 60
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 163
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 166
ПРИЛОЖЕНИЯ 180
Введение к работе
Актуальность проблемы. В России, развивающейся в течение многих: десятилетий'пришеобоснованноїнизких ценах:на.;энерЕоресуреьгу ежегодно^ перерасходуется;; 300-400* млн;-тонн; условною?топлива*/17.. Указом;Шрези^-дентш утвержденад<<Энерретинеская і єтратегия^оссииі: на- период дог2"0Што-да (Э-202О5)'» ,.в; которойї-изл акаются-основные;направления: развитиянэнер-гетияеекош/ комплекса- страны^ приводятся; количественные1 т структурные:, прогнозы-: его? развития?. Ш соответствии?: с: этою- программой? доджем; быТ& выполнет комплекс научно^иеєледовательєких; работ;, целью,' которых- является;^ перевод; экономики; І?оееии*на- энергосберегающий пувБї.развитияі В? частности,1., большое: внимание :уделяется необходимости; еозданижщ иеслет- довашш новъш. энергетичеекихс т теплотехнологических процессов^ и* обог-рудованияиШ...
дншш изк наиболее.; э ффективных; методові осуществления? процеоеовк тепло- т. маосообмена-; е: твёрдой? фазой?., каш известно,,, является* псевдоожижение;. Достоинства* пеевдоожиженного; («кипящего»)* слоя? отмеченышо.)многих,монографиях отечественных: и.зарубежных учёных./3-11/. К ним;, относятся высокие;; значения эффективной; теплопроводности? и.; межфазной1 теплоотдачи, соизмеримые1 с соответствующими коэффициентами для капельных жидкостейу развитая удельная поверхность-теплообмена,, независимость гидравлического- сопротивления;: слоя, от- скорости ожижающего агента, постоянство температур:- и концентраций по объёму, подвижность («текучесть») и т. д. Поэтому неслучайно-- этот метод получил весьма широкое распространение в энергетике; химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности.
Однако методу организации процессов в пеевдоожиженном слое присущи определённые недостатки, В частности, для; реализации непрерывных процессов возникает необходимость принудительного перемещения («циркуляции») слоя вдоль газораспределительной решётки. В боль-
пшнствє: известных устройств это достигается применением- механических транспортеров и элеваторов, наличие которых значительно усложняет конструкцию-таких установок, что снижает надёжность их работы.. Поэтому одним: из: перспективных: методов организованного перемещения: псевдо-ожиженного слоятвёрдых: чаетищ являетея"ориентация'.потоках ожижающе-гоз газа в: сторону движения; слоя; Принцип.: совмещения псевдоожгокения; и транспорта дисперсного^ материала, может получить широкое распространение: вразличных энергетических;: ш тенлотехнологических процессах, та-кш^кажтермообработка^ сушкам газификадиящ^сжигшие^твёрдош'тошшва* пневмотранспорт т др> Перемещающийся^ пеевдоожиженнБПФ слой: весьма-, эффективен-: ві- качестве? насадки^ ^промежуточного^ теплоносителя^ регенеративного теилообменногоїаппарата.. днако?В: настоящее время* количество^ ггубликаций,посвященных. иселедованию^гидр.одинамическихчШтеБло-маееообменных процессов;^;таком;слое: весьмаограничено^ что? затрудняет создание; инженерной* методики;: расчетам оптимизации1: ш. проектирования!: установок; такого-ташш. Ш связш с; этим? дальнейшее:- иссл едование:; гидродинамики/ и; тепломассообмена в- перемещающемся?: псевдоожиженном слое-является-актуальным:
Настоящая работа выполнялась в соответствии с комплексным; планом госбюджетных и хоздоговорных НИР Воронежского государственного технического университета (научное направление «Физико-технические проблемы энергетики и; экологии»):
ГБ 86.16 «Исследование и оптимизация теплоэнергетических процессов и установок промышленных предприятий» (№ гос. per. 0186GO62631), ГБ: 91.12 «Анализ процессов и теплоэнергетических установок; промышленных предприятий» (№ гос. per. 01910011394), ГБ; 96.12 «Исследование процессов тепломассообмена энергетического оборудования» (№ гос. per. 01970000498), ГБ 01.12 «Исследование процессов тепломассообмена энергетического оборудования» (№ гос. per. 01200117677), ХД: 23.77 «Оптимизация режимов работы энергетических установок ВШЗ»
(;№'Foc. per. 77009680|); ХД 8.81 «Оптимизация технологических процессов наВШЗ (№ roc. per. 81013986).
Щелн- работы. Развитие теорищ методов; оптимизации: ж расчета гидродинамических? т тепло массообменнвш параметров;, перемещающегося,; пеевдоожиженного-елояшрименителБно:ю проектированиюэнергетических и тепяотехнологичееких установок: Лдя: достижения? указанной' цели необходимо -решить следующие: задачи:.
разработать обобщенную гГидродинамическую;;м0делБя.гфоцесса, позволяющую* вскрыть, механизм* формирования, и*: движения^ перемещающег шея:* псевдоожиженного * слоя ш получить, аналитические: зависимости^ для определениям высоты; & скорости: ею» движения^ а также 'минимальной5 ско-рости:ожижающег;ожаза;:
спроектировать, и смонтировать^ экеперименталБнукиустановку для; исследования- гидродинамических: т тепловых: параметров: перемещающе-гоея^пеевдоожиженного,5 ел оя;:
провестшїзкепериментальное:исследование:;гидродинамикшпроцест cav с: пелью^ироверкиї разработанной;' математической: модели^ и - аналитических: зависимостей* ш полученияй эмпирических критериальных уравнений длярасчёта гидравлического сопротивления и порозности-слоя;
разработать тепловую модель, процесса, позволяющуювьгаолпять расчет и анализ температурных полей; в- твердой и газообразной- фазах слоя;
получить аналитическое решение задачи о температурном поле в частице дисперсного материала при циклическом изменении температуры ожижающего газа;
- провести экспериментальное исследование теплообмена с целью
проверки адекватности математической модели и получения, эмпирической
критериальной зависимости для межфазного коэффициента теплоотдачи;
- разработать и реализовать метод оптимизации и инженерного рас
чета конструктивных и эксплуатационных параметров установки е пере
мещающимся пеевдоожиженным слоем, дать рекомендации для определе-
ния скорости-ожижающего газа;, оптимального диаметра частиц, основных параметров газораспределительной решетки и высоты слоя;
-разработать? и исследовать, конструкции, установок* с перемещаю^-щимся псевдоожиженным^ слоем^газо-газового регенератора,; печи для; обжига: диепереного/материалау.сушилБной.уетановкщ. газоочистителя^ аппа^ рата- во доиспарительного* охлаждения* воздухаи; классификатора:дисперсных материалов^
Научнаяшовизнауработнг состоит в ^следующем::
- разработана5 жэксиериментаяьно^ подтверждена-гидродинамическая^
модель. перемещающегося; пеевдоожиженного- сдоя;г подученьг аналитиче-г-
скиег соотношения? для:: выеотьк иїскорости- движения* елояі &. также: минш-
мальной^екороети^ожижающегоггаза;:.
- разработана: ж. экспериментально;- подтверждена* тепловая- модель:-*
процесса^ полученЕганалитическиегрешения:: п соетавленаспрограмма-дляй
численного^раснета^температузэньтполей^твердой:
—получено;; аналитическое^ решение" задачш о:: температурном* полег в* частщедишереногфматериалаэп^
- в результате обобщения:опытных данных на основании анализа;;
размерностей получены эмпирические критериальные зависимости для .по-
розности и гидравлического сопротивления слоя и; межфазного коэффици-г
ента теплоотдачи;
- даньтрекомендации по выбору, и расчету основных: конструктивных,
и эксплуатационных параметров установок с перемещающимся псевдо-
ожиженным слоем, таких как скорость ожижающего газа, диаметр частиц,,
высота слоя; конструктивные параметры газораспределительной решетки;
- разработаны конструкции энергетических и теплотехнологических
. установок, новизна и оригинальность которых подтверждена двенадцатью:
авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.
На защиту ввіносятся..
гидродинамическая модель перемещающегося псевдоожиженного слоя: жполученные: на- ее основе аналитические соотношения-ДЛЯ: ВЫСОТЫ, И; скороетшеш: движения !и! минимальной скороетжожижающего газа;.
тепловаяшодель- процесса1, методика- аналитического и численного; решения-' задачи-расчета: температурных: шлей;; т твердой/ и газообразной; фазах;;
аналитическое, решение: задачи' Q; температурном: поле;: в=-частице: диспер^шого'материалашршцикличееком^ее;наі?р^
-резулБтаты>эксперименталБногошсследования:гвд илообмена^вїперемещающемся?шеевдоожиженн0ш:елое::ищолу^енньіе;на::их^ основе: эмпирические:, критериальные: уравнения? для;1 расчета: иорозноети,. гидравлического*, сопротивления:; слоя;, а. также: межфазного; коэффициента теплоотдачи^;
- рекомендации:^ nos определению;' оптимальных: конструктивных;: ш
эксплуатационных параметров^ установок; с перемещающимся:; псевдоожи-
женнБШас лоем:..
—новые; конструкции:- энергетических и- теплотехнологичееких' установок, новизна1; ш оригинальность которых защищена авторскими свидетельствами, и патентами на изобретения.
Достоверность научных положений, выводOBi ^рекомендаций
подтверждается использованием результатові, фундаментальных исследований: В: области гидродинамики и теплообмена (уравнения сплошности, Навье-Стокса, Ньютона-Рихмана и др.), итогами их опытной проверки в лабораторных и промышленных условиях, а также сопоставлением результатов работы с данными других авторов.
Практическая значимость и реализация результатов.
Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований: являются научной основой новых технических и технологических решений в промышленной теплоэнергетике и теплотехнологии. Полученные аналитические и эмпирические соотношения послужили надеж-
ной теоретической базой: для разработки инженерной методики: расчета и оптимизации установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем. Разработаны, оригинальные конструкции газо-газовых регенераторов; печи для*обжига диспереного-материада, сушильной установки, газоочистителя^, водоиспарительшш охладителя воздуха т- классификатора- дисперсных материалов; новизна которыхзащищена авторскими; свидетельствамИ'И:па-тентампна^изобретенияї
Материалъъдиесертшщонно&работьввнед^ мышленных; предприятий^, а-.;также использованы, в; курсах: лещийіи* лабо-раторных-занятиях; иоїїдисциплинам" «Энергоистользование: в>энерштике.и теплотехнологии»; № «Высокотемпературные: теилотехнологичеекие: процессы?; ш установки»: наг кафедре: «Теоретическая;- и промышленная? тепло-энерЕетика»/В;оронежекош:>государственноро?технического) университета;.
А;пробаиия. результатов: исследования:. Результаты!, исследований* докладывались более-чет наг20" Международных^,. Всесоюзных^ Бсероесийг еких^ межрегиональных^, реЕионаяБньгх.ги->вузовских конференциях.иїсовещаниях^ в;-том*' числе:.Всесоюзных конференциях. «Теорижи практика* цикл онаьш технологических? процессов» ('Днепропетровск, L98'2)v «Мробдемы; энергетики теплотехнологии» (Москва 1983,. 1987), «Состояние^-И; перспектива теплотехнологии» (Иваново, 1985), «Разработка и исследование новых: типов; энерготехнолоЕических и теплоутилизирующих. установок» (Москва; 985), «Проблема эффективного использования энергоресуреов» (Москва, 1985), «Внедрение достижений научно-технического прогресса в проектировании источников и систем теплоснабжения (Рига, 1986), «Рациональное использование тепловой энергии и топлива промышленными и коммунальными предприятиями (Пенза, 1987);.. «Разработка и реализация региональных программ/энергоснабжения» (Ленинград, 1987), на региональном семинаре «Процессы теплообмена в энергомашиностроении» (Воронеж, 1995-2002 Международной конференции «Системные, проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных, технологий» (Сочи, 20 03 -2004),. на ежегодных научно-
технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (ВПИ) (Воронеж, 1976-2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 65 научных работ, в том числе 1 монография, 13 работ в периодических научно-технических изданиях, рекомендуемых для публикации результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук и получено 12 авторских свидетельств и патентов на изобретения.
Объем и структура работы. Материал диссертации изложен на 235 страницах. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка, включающего 147 наименований, приложений и содержит 71 рисунок и 13 таблиц.
Похожие диссертации на Моделирование гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое
