Введение к работе
Актуальность теш. Одним из наиболее приоритетных научных направлений настоящего времени является решение экологических проблем. Также несомненно актуальной является задача повышения эффективности использования газообразных топлив низкой калорийности. Именно в этих неправлениях проводилось исследование схем рекуперации тепловой энергии в пористых телах, ориентированных на окисление органических газообразных промышленных выбросов и па скитание низкокалорийных газообразных топлив.
Газообразное топливо, калорийность которого недостаточна для создания режима самоподдерживающегося горения, можно окислить, нагрев его предварительно до соответствующих температур. Такие температурные рекимы можно создать, например, в пористых средах за счет рекуперации тепловой энергии. Рекуперация тепла приводит к тому, что максимальная температура продуктов сгорания в пористой среде может превышать адиабатическую температуру сгорания низкокалорийного топлива. Такое явление получило название сверхадиабатического эффекта.
Изучение эффекта сверхадиабатичности связано с необходимостью варьировать большое число конструкционных и режимных параметров. Поэтому теоретическое исследование и компьютерное моделирование задач, связанных с получением сверхадиабатического эффекта, приобретает впитое практическое значение. Кроме тси, решение задачи оптимизации по определяющим параметрам позволяэт выдать практические рекомендации для проектирования реальных очистных устройств.
Цель работы
1. Исследовать механизм получения сверхадиабатического
эффекта в системе пористых пластин при однонаправленном и
реверсивном движении газового потока.
-
Установить влияние основных теплофизических и режимных параметров, определяющих величину сверхадаабатического эффекта.
-
Построить эффективный численный алгоритм решения задачи теплообмена и окисления газообразного топлива в системе двух
пористих пластин при реверсивном*движении газового потока.
4. Создать модель процессов тепло- и масоообмена а также окисления газообразного топлива для ротационной схемы рекуперации энергии.
Б. Исследовать возможность создания очистных устройств, использующих рекуперацию тепла пористыми телами.
Научная новизна
- Исследованы возможности получения сверхадиабятического
эффекта для трех схем рекуперации тепловой анергии в пористых
телах: при однонаправленном движении газового потока и ревер
сивном движении газового потока в системе двух пористых пластин
а также устройства с вращением пористого тела. Проанализирована
возможность создания на их основе очистных устройств для
разложения промышленных газообразных органических выбросов.
Для реверсивной схемы рекуперации по приближенной модели аналитически решена задача теплообмена и получены зависимости сверхадиабатической температуры от основных тенлофизических и режимных параметров: коэффициента теплообмена, толщины пористого слоя, массового расхода, времени реверса газового потока. Аналитическое решение позволяет оценить величину сверхадиабатического эффекта в широком диапазоне параметров, для физических условий, представляющих практический интерес. Полученные результаты полноотью. согласуются о результатами, даваемыми компьютерной реализацией полной постановки задачи. В остальных случаях успешно применен способ численного решения.
Впервые построена двумерная математическая модель очистного процесса, использующего для рекуперации тепловой энергии вращение, пористого тела. Создана ее компьютерная реализация. Численным моделированием выявлены основные закономерности процесса. Проведены расчеты по оптимизации режимных и конструкционных параметров. Сформулированы рекомендации по проектированию очистных устройств.
Проведены исследования по определению минимальных концентраций газообразного топлива, обеспечивающих самоподдерживающийся режим горения в пористых телах при реверсивной и ротационной
схемах рекуперации энергии.
Практическая ценность
Выяснены принципиальные возможности радиационной, реверсивной и ротационной схем рекуперации тепловой энергии для получения сверхадиабатического эффекта. Изучено влияние теплофи-зических, режимных и конструкционных параметров на величину получаемого эффекта. Для реверсивной и ротационной схем рекуперации исследованы возможности самоподдерживающегося горения низкокалорийных газообразных топлив. Выявлены минимально необходимые для этого концентрации газообразных топлив.
Полученные аналитические зависимости позволяют провести оценки основных параметров реверсивных рекуператоров.
Созданные программы позволяет проводить моделирование и выбирать конструкционные и режимные параметры при проектировании очистных устройств, на основе ротационного и реверсивного принципов рекуперации тепла в пористых средах. Кроме этого можно оценить эффективность, экономичность и производительность процесса очистки воздуха от органических промышленных загрязнений.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на^ II Международном Форуме по тепло- и ыассообмену (Минск 1992 г.), заседании физико-технической секции АНК ИТМО им. А.В.Лыкова, научных семинарах лабораторий химической физики й энергопереноса.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заклпчения, списка литературы. Обций объем составляет 114 страниц, из них: текст - 71, рисунки - 36, список литературы - 7 (63 наименования).