Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Моделирование гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое дисперсного материала

Диссертация: Моделирование гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое дисперсного материала
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Очевидно, что эффективность работы перечисленных выше аппаратов определяется процессами гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псев-доожиженном слое. Однако в литературе практически отсутствуют сведения о механизме формирования, гидродинамике и теплообмене в таком слое, которые послужили бы научной основой для разработки инженерной методики их расчета и проектирования. Решению этих задач… Читать ещё >

Содержание

  • Основные условные обозначения
  • 1. Анализ схем и параметров установок с перемещающемся псевдоожиженным слоем
    • 1. 1. Схемы и конструкции установок
    • 1. 2. Гидродинамические характеристики перемещающегося псевдоожиженного слоя
      • 1. 2. 1. Особенности формирования и движения
      • 1. 2. 2. Гидравлическое сопротивление и порозность
    • 1. 3. Теплообмен в перемещающемся слое
      • 1. 3. 1. Интенсивность межфазного теплообмена
      • 1. 3. 2. Расчет температурных полей
    • 1. 4. Выводы и задачи исследования
  • 2. Математическое моделирование процессов в. перемещающемся псевдоожиженном слое
    • 2. 1. Гидродинамическая модель процесса
    • 2. 2. Моделирование процессов теплообмена
  • 3. Экспериментальное исследование процессов гидродинамики и теплообмена
    • 3. 1. Описание экспериментальной установки и методика проведения опытов
      • 3. 1. 1. Математическая обработка опытных данных
    • 3. 2. Исследование гидродинамических параметров процесса
      • 3. 2. 1. Критическая скорость псевдоожижения
      • 3. 2. 2. Скорость движения твердой фазы
      • 3. 2. 3. Гидравлическое сопротивление и порозность
    • 3. 3. Исследование процессов теплообмена 67 3.3.1 Интенсивность межфазного теплообмена
      • 3. 3. 2. Исследование температурных полей
  • 4. Оптимизация и расчет параметров установок с перемещающимся 81 псевдоожиженным слоем
    • 4. 1. Определение оптимальных параметров
    • 4. 2. Алгоритм конструктивного расчета аппарата для термической обработки материала
    • 4. 3. Алгоритм конструктивного расчета регенеративного воздухоподогревателя с дисперсным промежуточным теплоносителем
  • Выводы

Моделирование гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое дисперсного материала (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность проблемы.

Псевдоожижение является одним из наиболее перспективных методов осуществления энергетических, технологических и механических процессов с твердой фазой. Этот метод получил весьма широкое распространение в энергетике, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, строительной, пищевого и других отраслях промышленности, что обусловлено радом его несомненных достоинств /1/:

1. Интенсивное перемешивание твердой фазы, приводящее к выравниванию температур и концентраций в объеме псевдоожиженного слоя.

2. Высокие значения эффективной теплопроводности и межфазной теплоотдачи, соизмеримые с соответствующими значениями коэффициентов для капельных жидкостей.

3. Возможность использования твердых частиц малых размеров, т. е. твердой фазы с развитой удельной поверхностью, для эффективного течения процесса теплообмена, например, 1 м частиц диаметром 100 мкм имеет площадь поверхности свыше 30 000 м².

4. Подвижность («текучесть») псевдооженного слоя.

5. Небольшое гидравлическое сопротивление и независимость его величины от скорости ожижающего агента.

6. Сравнительно простое устройство аппаратов с псевдоожиженным слоем, легкость их механизации и автоматизации.

Однако способу организации процессов в псевдоожиженном слое, естественно, присуще также определенные недостатки. В частности, для создания непрерывных процессов возникает проблема направленного перемещения псевдоожиженного слоя вдоль газораспределительной решетки.

В большинстве известных устройств /1−3/ перемещение пседвдоожижен-ного слоя осуществляется специальными транспортными устройствами, наличие которых усложняет конструкцию аппаратов и понижает их надежность. Поэто4 му одним из перспективных методов перемещения слоя твердых частиц вдоль газораспределительной решетки как горизонтальной так и наклонной (снизу вверх), является ориентация потока ожижающего газа по направлению движения слоя. Вертикальная составляющая силы динамического давления газового потока на частицы псевдоожижает дисперсный материал, а ее. горизонтальная составляющая перемещает слой в горизонтальной плоскости. Ориентация потока ожижающего газа происходит в специальной газораспределительной решетке, что позволяет отказаться от механических транспортеров.

В настоящее время этот способ перемещения псевдоожиженного слоя широко используется в различных областях техники: сушке /4−6/, топочных процессах 111, пневмотранспотре /8−10/, классификации зернистых материалов /11/, термообработке /12/, охлаждении /13/ и др.

Принцип совмещения псевдоожижения и перемещения (циркуляции) слоя твердых частиц широко используется в регенеративных теплообменных аппаратах с дисперсным промежуточным теплоносителем. Одна из первых конструкций такого теплообменника была разработана авторами /14−15/. Характерной особенностью этой конструкции является движение частиц вдоль прямоугольной газораспределительной решетки. В теплообменниках, конструкции которых описаны в /16−17/, псевдоожижение происходит в поле центробежных сил, что позволяет увеличить относительную скорость ожижающего газа и интенсифицировать межфазные процессы в слое.

Очевидно, что эффективность работы перечисленных выше аппаратов определяется процессами гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псев-доожиженном слое. Однако в литературе практически отсутствуют сведения о механизме формирования, гидродинамике и теплообмене в таком слое, которые послужили бы научной основой для разработки инженерной методики их расчета и проектирования. Решению этих задач посвящена данная работа, выполненная в соответствии с комплексным планом научно-исследовательских работ Воронежского государственного технического университета (Гос.рег. № 1 890 014 250).

Цель и задачи исследования

.

Теоретическое и экспериментальное исследование процессов гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое, необходимых для проектирования и оптимизации энергетических и теплотехнических установок.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

Разработка и анализ математической модели, описывающей процесс формирования и движения псевдоожиженного слоя в каналах различной конфигурации.

Построение математической модели межфазного теплообмена для расчета температурных полей в твердой и газообразной фазах.

Экспериментальное исследование процессов гидродинамики и теплообмена в перемещающемся слое для проверки математических моделей и аналитических зависимостей, а также получения эмпирических критериальных уравнений.

Оптимизация основных параметров исследуемого процесса и разработка алгоритмов инженерного расчета энергетических и теплотехнологических установок.

Научная новизна.

Выявлены особенности формирования и движения псевдоожиженного слоя дисперсного материала в каналах различной конфигурации. Получены аналитические зависимости определения критической скорости псевдоожижения и средней скорости движения твердой фазы.

Изучен характер распределения темппературы в твердой и газообразной фазах по высоте слоя и вдоль газораспределительной решетки.

Проведена экспериментальная проверка разработанных математических моделей и аналитических зависимостей, получены эмпирические критериальные уравнения для расчета гидравлического сопротивления и порозности псевдоожиженного слоя и межфазного коэффициента теплоотдачи.

Разработаны рекомендации для оптимизации основных параметров исследуемого процесса и алгоритмы инженерного расчета энергетических и теплотехнических установок.

Практическая ценность работы.

Полученные математические модели, аналитические и эмпирические зависимости являются надежной теоретической базой для разработки методики инженерного расчета и проектирования энергетических и теплотехнических установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем дисперсного материала.

Результаты исследования внедрены в практику теплоэнергетическопютде-ла «Воронежэнергопроект» ОАО «Воронежэнерго».

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе в дисциплине «Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки» на кафедре «Промышленная теплоэнергетика» Воронежского государственного технического университета.

Апробация работы.

Основное положение и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на IV Международной научной конференции «Современные проблемы информатизации» (г. Воронеж, ВГПУ, 1999 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды» (г. Рыбинск, РГАТА, 1999 г.), на научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ВГТУ «Современные аэрокосмические технологии» (г. Воронеж, ВГТУ, 2000 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (Воронеж, ВГТУ, 1999;2001 гг.).

Диссертация состоит из введения, четырех глав и приложений.

Выводы.

1. Разработана гидродинамическая модель перемещающегося псевдоожиженного слоя, базирующаяся на уравнении Навье-Стокса, адекватность которой реальному процессу подтверждена экспериментальными исследованиями.

2. Получены аналитические зависимости для определения критической скорости псевдоожижения (2.20) и скорости движения твердой фазы (2.18), точность которых подтверждена опытными данными автора и сопоставлением с результатами аналогичных исследований.

3. Разработана тепловая модель процесса, позволяющая рассчитать температурные поля твердой и газообразной фазы. Получены соотношения для определения предельных значений длины гидравлической решетки (2.36) и высоты слоя (2.37).

4. Проведено экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в широком диапазоне изменения параметров процесса (d3 = 1,13 ч-5,00 мм, рт = 1560-г7800кг/м3, Рр=0−30°,.

3П =20*65°, Т = 20 + 90 °C, 0 = 2О + 55ОС).

5. Получены эмпирические критериальные уравнения для определения гидравлического сопротивления слоя (3.11), его порозности (3.12) и межфазного коэффициента теплоотдачи (3.15).

Показать весь текст

Список литературы

  1. Н.И., Айнштейн В. Г., Кваша В. В. Основы техники псевдоожижения. М.: Химия, 1967. — 664 с.
  2. Д.Ж. Теплообмен в псевдоожиженном слое. М.: Энергия, 1980.-344 с.
  3. Новое в теории и практике псевдоожижения. Избранные труды второй международной конференции по псевдоожижению./ Под ред. И. Девидсона и Д. Кейрнза.- М.: Мир, 1980.
  4. Патент № 4 838 495 / Япония /. Сушилка для слоя перемещающегося в поперечном направлении. Опубл. в Изобр. За рубежом 1974, № 3.
  5. А.С. 492 716 (СССР) Многоступенчатая установка для сушки и охлаждения полидисперсных материалов (Р.Н. Спинов и др. -Опубл. вБ.И., 1975, № 43.
  6. А.С. 1 276 888 / СССР /. Сушилка кипящего слоя для термолабильных сыпучих материалов. / Ю. Н. Агапов, А. В. Жучков, А. В. Санников. Опубл. в Б.И., 1986, № 46.
  7. М. Сжигание твердого топлива в кипящем слое: пер. с чешек. М.: Энергоатомиздат. 1987. — 112 с.
  8. А.С. 541 749 / СССР /. Аэродинамический транспортер. / Н. П. Сычугов. Опубл. в Б.И., 1977, № 1.
  9. Г. М. Пневматический транспортер сыпучих материалов в химической промышленности. Л.: Химия, 1984.
  10. А.А., Лесникова Т. А., Жилинский Г. А., Берг Б. В. Экспериментальное изучение транспорта золы в горизонтальных иподъемных аэрожелобах. Изв. вузов СССР. Энергетика, 1983, № 8, с. 95−98.
  11. А.С. 386 685 / СССР /. Воздушный классификатор. / А. П. Коновалов. Опубл. в Б.И., 1964, № 3.
  12. А.С. 564 497 / СССР /. Установка для термообработки сыпучих материалов. / П. В. Блохин, В. Н. Заболотный. Опубл. в Б.И., 1977, № 25.
  13. В.Е., Уткин Ю. В., Фролов С. В., Е.А. Альпенсов. Скороморозильный аппарат с направленным псевдоожиженным слоем.- Холодильная техника, 1996, № 4.-23 с.
  14. А.С. 273 358 / СССР /. Регенеративный теплообменник с кипящим слоем. / А. П. Неганов. Опубл. в Б.И., 1970, № 207.
  15. Патент 1 500 231 (Великобритания). Теплообменник. Изобретения за рубежом, 1979, № 2.
  16. А.С. 1 106 959 / СССР /. Регенеративный теплообменник / Ю. Н. Агапов и др. Опубл. в Б.И., 1984, № 29.
  17. А.С. 1 183 816 / СССР /. Регенеративный теплообменник / А. В. Жучков и др. Опубл. в Б.И., 1985, № 37.
  18. Ergun S. Fluid flow through packed columns. Chemical Eng. Progress, 1952. — v 48, p 89 — 94.
  19. В.Д., Розенбаум Р. Б., Тодес О. М. Приближенные закономерности гидравлики взвешенного слоя и стесненного падения.- Изв. вузов. Нефть и газ, 1958, т. 1, № 1, с. 125 -131.
  20. Н.М. и др. К расчету регенеративного теплообменника с подвижным кипящим слоем. Промышленная энергетика, 1983, № 3, с. 34−35.
  21. А.В. Повышение эффективности использования теплоты вентиляционных выбросов путем применения регенеративного теплообменника с дисперсным промежуточным теплоносителем: Ав-тореф. Дис.. канд. техн. наук. -М.- 1988. 18 с.
  22. Н.М. и др. Формирование псевдоожиженного слоя, перемещающегося вдоль наклонной распределительной решетки. ИФЖ. — т. XVI. — № 2. — с. 261 — 264.
  23. Ю.Н. и др. Исследование движения псевдоожиженного слоя вдоль наклонной газораспределительной решетки. -ТОХТ, 1986, т. XX, № 1, с. 111 115.
  24. В.В. Нелинейная фильтрация от источника в пористом клине. Изв. АНСССР, МЖГ, 1978, № 3, с. 151 — 153.
  25. В.В., Шитов В. В., Гуренко В. П. О фильтрации в пористой пластине с непроницаемой поверхностью. ИФЖ. — т. XLIX, № 4, — с. 685.
  26. В.М., Фалеев В. В., Дроздов И. Г. О фильтрации в пористом клине при наличии локальных зон. Изв. вузов. Машиностроение, 1989, № 8, с. 56 — 60.
  27. А.В., Шитов В. В., Бараков Р. А. Исследование процессов формирования и движения тонкого псевдоожиженного слоя. -Теплоэнергетика. Межвуз. сборник научн. тр. Воронеж, 1999, с. 166 — 169.
  28. А.В. Приближенный расчет производительности аэрожелоба. Изв. вузов. Химия и химическая технология, 1987, т. 30, № 6, с. 106- 109.
  29. А.В. Направленное движение псевдоожиженного слоя вдоль газораспределительной решетки. Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Сб. научн. тр. Воронеж: ВПИ, 1988, с. 4 9.
  30. A.M., Старченко А. В. Численное исследование аэродинамики в установке с циркулирующим кипящим слоем. Изв. вузов. Физика, 1993, № 4, с. 63 — 68.
  31. И.З. Высокоскоростной метод интенсификации конвективного переноса тепла и вещества. Изв. АНСССР, ОТН, 1947, № 10, с. 1341 — 1356.
  32. Ю.Н. Разработка высокоэффективного регенеративного теплообменника с центробежным слоем для использования теплоты отходящих газов теплотехнологических установок: Автореф. Дис.. канд. техн. наук. -М. 1986. — 19 с.
  33. Н.М., Агапов Ю. Н. Экспериментальное исследование гидродинамики теплообменника с подвижной насадкой. В кн.: Механизация работ на рудниках. — Кемерово, 1982, с. 77 — 79.
  34. Ю.Н., Борисов А. В. Экспериментальное исследование гидродинамики жалюзийных газораспределительных решёток. -Изв. вузов, Энергетика, 1982, № 12, с. 99 101.
  35. Н.М., Агапов Ю. Н. Экспериментальное исследование гидродинамики теплообмена с подвижной насадкой. Изв. вузов. Энергетика, 1983, № 8, с. 107 — 108.
  36. Н.М., Критериальное уравнение для исследования гидродинамики теплообмена с подвижной насадкой. Изв. вузов. Горный журнал, 1981, № 11, с. 106 — 111.
  37. Ю.Н. и др. Исследование движения псевдоожижен-ного слоя вдоль наклонной газораспределительной решётки. ТОХТ, 1986, т. XX, № 1, с. 111 — 115.
  38. Н.И., Кваша В. Б., Айнштейн В. Г. Межфазный теплообмен в псевдоожиженных системах. Химическая промышленность, 1971, № 6, с. 460−466.
  39. Псевдоожижение / Под ред. И. Девидсона и Д. Харрисона. -М.: Химия, 1974, — 728 с.
  40. З.Р., Календарьян В. А. Теплообменники с проточными дисперсными теплоносителями. М.: Энергия, 1975. — 296 с.
  41. А.Д., Иванцов Г. П. Теплопередача излучением в огнетехнических установках. М.: Энергия, 1970. — 400 с.
  42. А.П., Сыромятников Н. И. Упрощённый метод расчета времени прогрева материала в кипящем слое. Изв. вузов. Энергетика, 1959, № 8, с. 75 -81.
  43. В.Н. Регенеративный теплообмен. Теплопередача в струйном потоке. Теплообмен в слое кусковых материалов. В кн.: Сб. научн. тр. ВНИИМГ. — Свердловск: 1962, № 8.
  44. В.И. Теплообмен в доменных печах. М.: Металлургия, 1966.
  45. С.С. Гидродинамика и теплообмен в псевдо-ожиженном слое. М.: Госэнергоиздат, 1963. — 487 с.
  46. Н.И., Васанова JI.K., Шиманский Ю. И. Тепло- и массообмен в кипящем слое. -М.: Химия, 1967. — 176 с.
  47. А.Д., Кузьмин В. Н. Параметры псевдоожижен-ного (кипящего) слоя и однородность конечного температурного состояния частиц слоя. Изв. вузов. Энергетика, 1969, № 1, с. 72−77.
  48. В.М. Исследование рабочих процессов высокотемпературных теплообменников с движущейся насадкой: Автореф. Дисс. канд. техн. наук. Л., 1967. — 18 с.
  49. В.Д. Расчет теплообменного аппарата типа «газовзвесь «. В кн.: Тепло- и массообмен в сушильных и термических процессах. Минск, 1966, с. 164 — 185.
  50. Г. Д. Теория и расчет теплообменных аппаратов. Минск, Наука и техника, 1963.
  51. В.М., Рехвиашвили Э. Р. Исследование квазистационарного теплообмена во вращающемся регенеративном воздухоподогревателе с шаровыми насадочными элементами. Инж. — физ. журн., 1984, т. Х1У1, № 5, с. 790 — 796.
  52. А.В. и др. Теплообмен в аппарате с направленно перемещающемся псевдоожиженным слоем. Изв. вузов. Энергетика, 1986, № 7, с. 63 -68.
  53. Псевдоожижение / Под ред. Н. И. Гельперина. М.: Химия, 1974.-725 с.
  54. Ю.Н. и др. Расчет межфазного теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое. Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Сб. научн. тр. — Воронеж, ВПИ, 1987, с. 4−7.
  55. Botterill J.S.M.. Bessant D.J. Jnternational Fludiation confer-enses. Asilomar, California, 1975, in Fludiation Technology, Ed. Kearns, Vol.2, Hemisohere Publishing Co., p.7.
  56. Rowe P.N. Yocomo C.X.R. Chem. Eng. Sci., 31, 1976, p. 1179.
  57. Теплоэнергетика и теплотехника: одие вопросы / Под. ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина: М.: Энергия, 1980 — 528 с.
  58. К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2-х томах: Пер. с англ. М.: Мир, 1991. — 504 с, с. Ил.
  59. С. Численные методы решения задачи теплообмена и динамики жидкости: Пер. с англ. М. Энергоатомиздат, 1984 -154 с. с Ил.
  60. Р.А. Исследование процессов теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое // Теплоэнергетика: Межвуз. сборник научных трудов: Воронеж. ВГТУ, 1999. с. 208 -210.
  61. Р.А. Моделирование процессов теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое // Современные проблемы информатизации: Тез. докл. международн. науч. конф. Воронеж. ВГПУ, 1993, с. 131 132.
  62. В. В. Бараков Р.А. Исследование регенеративного теплообменного аппарата с дисперсным промежуточным теплоносителем // Теплофизика горения и охрана окружающей среды: Сб. трудов. -Рыбинск, 1999. С. 38−39.
  63. Ю.В., Лебедев О. Н. Два простых метода измерения расхода газ. Энергомашиностроение, 1960, № 3, с. 41 — 43.
  64. С.С., Ляховская Д. И., Пермяков В. А. Моделирование теплоэнергетического оборудования. М.: Энергия, 1966, -350 с.
  65. И.С., Мосейчук Р. Н., Грошек К. С. Определение расхода среды с помощью интегральных трубок. Энергетик, 1975, № 5, с. 28.
  66. Ю.Н. Экспериментальная установка для исследования теплообменника с псевдоожиженным слоем. Экономия энергоресурсов и повышение технико-экономических показателей энергетических систем и устройств: Тез. докл. конф.: Воронеж, 1982, с. 68 69.
  67. A.M. Элементарные оценки ошибок измерений. -Л.: Наука, 1968.-96 с.
  68. А.Д. Теплотехническая оптимизация топливных печей. —М.: Энергия, 1974. 343 с.
  69. .П. Рекуператоры для промышленных печей. -М.: Металлургия, 1975. 296 с.
  70. И.Н., Бекманис И. В. 'Оптимизация рекуперативных теплообменных аппаратов разных классов на ЭВМ. Изв. А. Н. Латв. ССР. Сер. физ. и техн. наук, 1983, № 3, с. 51−56.
  71. И.В. Разработка методики оптимизации рекуперативных теплообменников по обобщенным характеристикам и средней скорости потока: Автреф. Дисс. канд. техн. наук. М., — 22 с.
  72. Ю.Н., Сидельковский Л. Н. об эффективной высоте псевдоожиженного слоя в регенеративном теплообменнике. В. кн.: Состояние и перспективы развития электротехнологии. Тез. докл. Всесоюзной конф., Иваново, 1985, с. 101.
  73. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплообменных установок /A.M. Бакластов, В. А. Горбенко, П. Т. Удима / Под ред. A.M. Бакластова. -М.: Энергоиздт, 1981. -336 с.
  74. И.З. Использование тепла уходящих газов газофи-цированных котельных. -М.: Энергия, 1967. 192 с.
  75. А.С. Бибор критериев для инженерно-экономической оптимизации теплообменных аппаратов // Химическое и нефтяное машиностроение. 1977. — № 2 с. 34 — 37.
  76. В.В., Майрова Л. П. Оптимальная скорость принудительной циркуляцией в аппаратах выпарных станций // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы. Воронеж: ВПИ, 1987. с. 93 — 101.
  77. Ю.Н., Сидельниковский JI.H. Сравнение эффективности газораспределительных решеток аппаратов с тонким псевдо-ожиженным слоем // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Воронеж: ВПА, 1987 с. 9 — 13.
  78. C.JT. Механика жидкости и газов. Термодинамика турбомашин. М.: Машиностроение, 1981. — 212 с.
  79. Р.А. К расчету аппарата с перемещающимся псев-доожиженным слоем дисперсного материала // Современные аэрокосмические технологии. Труды научно-технич. конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Воронеж, 2000. с. 106−107.
  80. В.В., Бараков Р. А. Экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожижен-ном слое // Вестник ВГТУ. Сер. Энергетика. Воронеж, 2001. Вып.1 -с. 28−31.
  81. В.В., Бараков Р. А. Экспериментальное исследование регенеративного теплообменного аппарата с дисперсным промежуточным теплоносителем // Теплофизика горения и охрана окружающей среды: ст. научн. трудов. Рыбинск- РГАТА, 2001. с. 113−115.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!