авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка и научное обоснование теплотехнических приемов и технических решений для повышения энергетической эффективности теплотехнологического оборудования

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ФЕДЯЕВ АЛЕКСАНДР АРТУРОВИЧ РАЗРАБОТКА И НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва – 2008

Работа выполнена на кафедре Тепломассообменных процессов и установок Московского энергетического института (технического университета)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Данилов Олег Леонидович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Рудобашта Станислав Павлович доктор технических наук, профессор Леончик Борис Иосифович доктор технических наук, профессор Тимонин Александр Семенович

Ведущая организация: Московский государственный университет леса

Защита диссертации состоится «16» мая 2008 года в _ часов в ауди тории Г-406 на заседании диссертационного Совета Д.212.157.10 в Москов ском энергетическом институте (техническом университете), 111250, г. Мо сква, Красноказарменная ул., д.17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энер гетического института (технического университета).

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью органи зации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д.14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «_» 2008 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент С.К. Попов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Высокий уровень энергозатрат и значительные потери энергии, которые характерны для большинства отраслей промышлен ности и народного хозяйства, предопределяют актуальность активной энер госберегающей политики, проведение которой, в том числе и в технологии такого широко распространенного и энергоемкого теплотехнического про цесса как сушка, обуславливается неоправданным ростом энергоемкости единицы продукции. Возможные масштабы экономии энергии при использо вании сушильной техники во многих отраслях промышленности составляют десятки млн. т.у.т.

Последнее особенно актуально в обширных регионах за Уральским хребтом, например, где только в регионах Восточной и Западной Сибири до ля промышленной продукции, получаемой с использованием сушильной тех ники, достигает 18-22%.

Разработка математических моделей неравномерного тепломассообме на в рабочих камерах аппаратов и элементах оборудования, к примеру, в по верхностных теплообменниках, в контактных тепломассообменных аппара тах, в сушильных установках с конвективным массоотводом при различных физических механизмах теплоподвода и т.д., позволяющих рассчитывать не равномерные в пространстве и во времени поля физических величин, являет ся важной задачей при выявлении нового потенциала энерго- и ресурсосбе режения в низкотемпературных теплотехнологических процессах промыш ленной теплоэнергетики.

При решении задач конвективного тепломассообмена в жидкости зна чительную роль сыграли методы математического моделирования, разрабо танные научной школой Д.Б. Сполдинга. Такие методы математического мо делирования для исследования вариантов повышения энергетической эффек тивности теплотехнологического оборудования до сих пор систематически не разрабатывались. Один из возможных подходов к решению этой актуаль ной проблемы описан в данной работе.

Научные основы по вопросам энергосбережения заложены в работах Ключникова А.Д., Ахмедова Р.Б., Доброхотова В.И., Макарова А.А., Мелен тьева Л.А. и др.

Реальная кинетика процессов при использовании наиболее широко рас пространенных методов расчета зачастую игнорируется. Не рассчитываются многомерные неравномерные поля изменяющихся физических величин, рас считываются только их усредненные значения. Расчеты выполняются на ос нове эмпирических обобщений, причем в эмпирические формулы, равно сильные заданию зависимости энергетических затрат от исходных парамет ров, нередко уже заложен негативный эффект неравномерности.

Так, например, в многочисленных процессах сушки произвольных ма териалов, где кинетика процессов переноса сильно зависит от свойств твер дых рабочих сред, наибольшими возможностями в исследовании нестацио нарных полей влагосодержания и температуры обладает математическая мо дель, базирующаяся на системе нелинейных дифференциальных уравнений для внутреннего влаго- и теплопереноса, разработанных А.В. Лыковым.

Использование подобной модели в вычислительном эксперименте яв ляется перспективным, т.к. в условиях непрерывного изменения входных ус ловий в сушилке (различные виды пород, изменение структуры, начального влагосодержания и т.д.) только расчет на ЭВМ позволяет контролировать со стояние материала на выходе из сушильной камеры и управлять процессом сушки по заданным в первую очередь критериям качества сушимых материа лов, ассортимент которых постоянно расширяется. Однако, использование в широких диапазонах изменения характеристик материала отмеченной выше системы уравнений затруднено отсутствием кинетических коэффициентов.

Интенсивное развитие современной теплоэнергетики предопределяет и создание высокофорсированных промышленных теплоэнергетических уста новок, новых систем тепло- и энергосберегающей технологии, что практиче ски невозможно без всестороннего изучения физики процессов тепло- и мас сообмена и разработки методов расчета локальных характеристик этих про цессов. В частности, в многочисленных конвективных сушильных установ ках процессы гидродинамики и теплообмена осложняются целым рядом внешних факторов, которые необходимо учитывать при расчетах: меняю щийся по длине режим течения энергоносителя (ламинарный, переходный, турбулентный);



начальная степень турбулентности на входе в проточные части установок, большой уровень температурных напоров;

наличие на рабо чих поверхностях источников массы, а также продольных компонент скоро сти (движение поверхности, направленный вдув) и т.д.

Решаемая проблема отвечает первому направлению Концепции энерге тической политики России в новых экономических условиях, принятой Пра вительством Российской Федерации в сентябре 1992 г., - анализ потенциала энергосбережения, а также второму этапу Основных положений Энергети ческой стратегии России на период до 2020 года, принятых Правительством РФ в ноябре 2000 г., - повышение эффективности использования топливно энергетических ресурсов, а также эффективности и конкурентоспособности производства, в том числе и лесопромышленного комплекса. Актуальность темы диссертации подтверждается ее соответствием, в частности, тематике государственной научно-технической программы “Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики”. Научные результаты, полученные автором в ходе работы над диссертацией, были ис пользованы при проведении ряда прикладных научно-исследовательских ра бот.

Целью работы является: экспериментальное и теоретическое иссле дования внешнего и внутреннего тепломассопереноса при целенаправленном изменении аэродинамической обстановки в энергоемких теплотехнологиче ских установках, разработка научно-обоснованных энерго- и ресурсосбере гающих технических и технологических решений при термовлажностной об работке дискретных капиллярно-пористых коллоидных материалов.

Для достижения указанной цели поставлен и решен ряд научно технических задач, в том числе:

- создание лабораторного стенда и экспериментальное изучение осо бенностей испарения жидкостей с различными физическими свойствами из капиллярно-пористых тел при изменении их пористости с целью последую щего учета возникающих физических явлений в математической модели со пряженного тепло- и массообмена;

- расчетно-экспериментальное исследование течения и внешнего тепло и массообмена при ориентированной подаче инородного газа с переменной интенсивностью, углом вдува и степенью турбулентности для уточнения ма тематической модели сушки;

- расширение возможностей использования физически обоснованной математической модели внутреннего тепломассопереноса в термически тол стых влажных материалах для исследования и непрерывного расчета кинети ки и динамики в I и II-м периодах сушки в условиях неравномерных полей параметров сушки;

- настройка и адаптация вычислительного комплекса PHOENICS для решения задач исследования и проектирования рабочих камер теплотехноло гических установок с целью воздействия конструктивными приемами на не равномерность тепломассообмена для снижения нерациональных энергети ческих затрат;

- разработка программного обеспечения для численных исследований нестационарных полей движущих сил во влажных материалах при сопря женном тепломассопереносе в условиях неравномерного распределения па раметров сушки по сечению сушильной камеры;

- расчетно-экспериментальное изучение процессов движения и тепло массообмена для разработки рекомендаций по повышению эффективности крупногабаритного теплотехнологического оборудования;

- уточнение, дополнение и апробация методики теплотехнического рас чета конвективных сушильных установок для сушки дискретных материалов с учетом влияния поперечного потока инородной массы на распределение динамических и тепловых полей и дополнительного стока тепла в погранич ном слое;

- научное обоснование и разработка оригинальных конструктивных решений промышленных аппаратов и их элементов, обеспечивающих улуч шение теплотехнических и технологических показателей.

Новые научные результаты.

1. Экспериментально установлено влияние пористости П, температуры t и вида растворов на интенсивность испарения при конвективной сушке дис кретных капиллярно-пористых коллоидных тел и получены зависимости, не обходимые для реализации математической модели взаимного тепломассо переноса. В зоне испарения выявлены оптические неоднородности, проведе на оценка их размеров и числа в объеме перетяжки лазерного пучка.

2. Исследованы процессы ориентированной подачи инородного газа при варьировании интенсивности подачи, углов вдува и различной степени турбулентности на осредненные и пульсационные характеристики турбу лентного изотермического бинарного пограничного слоя. Установлено ак тивное влияние слабых вдувов (с интенсивностью до 0,6 %) на оттеснение скоростных и концентрационных полей и турбулентных пульсационных со ставляющих потоков во внешнюю область пограничного слоя, учет которых необходим при испарении водных и неводных жидкостей в паровоздушную среду.

Уточнена методика расчета течения и тепломассообмена в каналах и рабочих камерах теплотехнологических установок с конвективным тепло подводом, процессы в которых осложнены наличием инородных потоков массы (при различной степени турбулентности набегающего потока) с по верхностей капиллярно-пористых материалов.

3. Развита и дополнена физически обоснованная модель и расширены возможности использования системы уравнений взаимосвязанного тепломас сопереноса при сушке дискретных термически толстых капиллярно пористых тел, позволяющих рассчитывать и исследовать кинетику и динами ку сушки, протекающих как в I-м, так и во II-м периодах сушки, за счет учета изменения поверхностного влагосодержания и интенсивности испарения на действительную движущую силу внешнего массопереноса.

4. Создано программное обеспечение для расчета нестационарных по лей движущих сил процесса обезвоживания дискретных материалов в усло виях неравномерного тепло- и массообмена и проведены численные исследо вания локальных и интегральных характеристик динамики и кинетики суш ки, результаты которых позволили:

- установить качественное и количественное влияние неравномерных профилей потоков тепла на профиль конечного влагосодержания сушимого материала, объяснить причины возникновения технологического брака и пе рерасхода энергии, предложить способы рационального деформирования профилей параметров сушильного агента;

- обосновать новый подход к управлению совместным тепло- и массо обменом при конвективной сушке капиллярно-пористых коллоидных мате риалов, методологической основой которого служит использование в качест ве регулируемых параметров профилей скорости и температуры сушильного агента;

- выявить возможности снижения энерго- и материалоемкости про мышленных установок за счет интенсификации процессов тепло- и массооб мена при реконструкции отдельных элементов теплотехнического оборудо вания.

5. Изучены процессы движения и совместного тепло- и массообмена в перекрестноточных сушилках для сушки дискретных материалов. Получены новые расчетные и экспериментальные данные, необходимые для реализации энерго- и ресурсосбережения. Разработаны новые формы конструкций газо подводящих, газораспределительных и газонаправляющих устройств в рабо чих камерах теплотехнологических аппаратов, позволяющие снизить непро изводительный расход энергоресурсов, брак, внеплановые остановки на те кущий ремонт.

6. Разработаны и реализованы новые способы повышения энергетиче ской эффективности теплотехнических и теплотехнологических установок (котлоагрегатов, крупногабаритных конвективных сушильных установок для термообработки толстых и тонких капиллярно-пористых материалов, сопло вых направляющих аппаратов, газораспределительных устройств и др.), за щищенных авторскими свидетельствами и патентами Российской Федерации на изобретения.

Практическая значимость результатов работы. На основе теорети ческих, экспериментальных и опытно-промышленных исследований:

- разработан программный продукт для теплотехнических расчетов и численных исследований сопряженного тепло- и массообмена в условиях не равномерности полей плотности потоков массы и тепла по поперечному се чению камер теплотехнологического оборудования, позволяющий повысить точность определения конструктивных размеров установок, оценивать веро ятность локального ухудшения характеристик обрабатываемых материалов;

- созданы новые и модернизированы существующие конструкции газо распределительных сопловых устройств сушилок финской фирмы «Рауте» для сушки шпона, позволившие управлять интенсивностью сушки в диапазо не 12 - 16% от номинала;

- уточнена методика расчета течения и тепломассообмена в рабочих камерах и каналах крупногабаритных теплотехнологических установок, в ко торых процессы конвективного энергоподвода при различной степени турбу лентности основного энергоносителя осложнены направленным инородным вдувом потока меньшей плотности с малой интенсивностью.

Экспериментальные данные и скорректированная методика расчета мо гут быть использованы при анализе, модернизации, а также разработке и проектировании крупногабаритного теплотехнологического оборудования и сушилок;

- усовершенствованы системы распределения газообразного энергоно сителя для крупногабаритных сушилок финской фирмы «Валмет», установ ленных на ОАО «ЦКК» в г. Братске и на ОАО «Усть-Илимский ЛПК», а так же итальянских сушильных камер фирмы «Copcal», расположенных на «Братском ЗСИ», позволившие за счет снижения неравномерности конвек тивного энергоподвода уменьшить практически вдвое величину технологи ческого брака кондиционной продукции;

- повышена надежность работы и снижены непроизводительные затра ты при определении рациональных характеристик узла подачи заднего дутья и расходных параметров горелочных устройств котлоагрегатов Б-50-14, ус тановленных на центральной котельной Братского алюминиевого завода;

- выполнена и внедрена работа по использованию низкопотенциально го тепла центральных бытовых цехов металлургического предприятия для сушки специальных материалов сложной формы в ограниченном временном интервале при рациональном управлении аэродинамической обстановкой в рабочей камере.

Апробация работы. Основные положения работы, результаты теоре тических, вычислительных и экспериментальных исследований изложены в материалах: 2-й Всесоюзной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов». Баку, 1987г.;

4-й Всесоюзной школы – семинара «Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок». Волгоград, МВТУ, 1987г.;

2-й Всесоюзной научной конференции «Проблемы энергетики тепло технологии». Москва, 1987 г.;

III-й Всесоюзной научной конференции «Ин тенсификация тепло- и массообменных процессов в химической техноло гии». Казань, 1987г.;

конференции «Совершенствование технологических процессов производства, их механизация, автоматизация и внедрение резуль татов» (г. Вильнюс, 1988г);

«Proceedings of the First World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics held September 4-9» (г. Dubrovnik, Yugoslavia, 1988 г.);

областной научно - техни ческой конференции «Совершенствование технологических процессов на предприятиях Павлодар – Экибастузского региона» (г. Павлодар, 1988г.);

10 й научной конференции болгарских аспирантов в СССР с международным участием «Актуальные проблемы современной науки» (г. Москва, 1988г.);

1 ой Республиканской научно-технической конференции «Проблемы эффек тивного использования электрической и тепловой энергии в машиностроении Узбекистана» (г. Ташкент, 1989г.);

научной сесии «ВМЕИ» Ленин «89» (г.

София, 1989г.);

Dantec Information «Measurement and Analysis September 1990» (Дания, 1990г.);

III Всесоюзной научной конференции по проблемам энергетики теплотехнологии «Интенсивное энергосбережение в промышлен ной теплотехнологии» (г. Москва, 1991г.);

Международной конференции «Тепломассообмен в технологических процессах» (г. Юрмала, 1991г.);

Меж дународной конференции по сушке 2-го Международного форума по тепло и массообмену (г. Киев, 1992г.);

XV-XX научно-технических конференциях (г. Братск, 1994 - 1999г.г.);

Международных научно-технических конферен циях «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири» (г. Иркутск, 1996, 1998, 1999г.г.);

Международной конфе ренции молодых специалистов и ученых алюминиевой, магниевой и элек тродной промышленности (г. Санкт-Петербург, 1999г.);

семинара вузов Си бири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике (г. Новосибирск, 1999г.);

Всероссийской научно – практической конференции с международ ным участием «Достижения науки и техники – развитию сибирских регио нов» (г. Красноярск, 1999г.);

конференции «Теплоэнергетика и технологии» Каунасского технологического университета (г. Каунас, Литва, 2000г.);

XXI XXII научно-технических конференциях Братского государственного техни ческого университета (г. Братск, 2000 - 2001г.г.);

научно-практической кон ференции «Энергосбережение: проблемы и перспективы» (г. Красноярск, 2000г.);

«Kauno technologijos universitetas. Lietuvos energetikos institutas.

ilumos energetika ir technologijos. Konferencijos praneim mediaga. Kaunas.

Technologija» (Kaunas, 2001, 2002 m.m.);

I, II Международных научно практических конференциях «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов, сушка и теп ловые процессы) СЭТТ» (г. Москва, 2002, 2005 г.г.);

Межрегиональных научно-технических конференциях «Естественные и инженерные науки – развитию регионов» (г. Братск, 2002 – 2004, 2006, 2007г.г.);

1ere conference internationale sur 1’ efficatite energetique. Alger – Algerie (Algerie, 2003 g.);

Второй и Третьей Международной школы-семинара молодых ученых и спе циалистов «Энергосбережение – теория и практика» (г. Москва, 2004, 2006г.г.);

IV Межрегиональной и VI Всероссийской научно-технических конференциях с международным участием «Механики XXI веку» (г. Братск, 2005, 2007г.г.);





I Международной научно-технической конференции «Энер гетика, экология, энергосбережение» (г. Усть-Каменогорск, июнь 2005 г.);

Международной научно-практической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение» (г. Усть-Каменогорск, октябрь 2005г.);

Международного научно-практического семинара. – Санкт-Петербург, 31 марта 2006г.;

Меж дународного научно-практического семинара, – Санкт-Петербург, ГЛТА: НП «НОЦ МТД», 2006г.;

Международной научно-практической конференции «Первичная обработка древесины: лесопиление и сушка пиломатериалов.

Состояние и перспективы развития», – СПб.: НП «НОЦ МТД», 2007г.;

Все российской научно-технической конференции, – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007г.

Публикации. Основные научные положения, выводы и рекомендации диссертации содержатся в 144 опубликованных работах, в том числе в авторском свидетельстве и 2 патентах, десяти учебных пособиях (четыре с грифом УМО), десяти в реферируемых изданиях по списку ВАК, в более научных работах в материалах: международных, всесоюзных, всероссийских и республиканских симпозиумов, конференций и семинаров;

межвузовских сборников;

центральных изданий;

зарубежных журналов и сборников.

Объем и структура работы. Материал диссертации изложен на страницах машинописного текста. Диссертационная работа состоит из введе ния, шести глав, выводов, списка литературы, насчитывающего 318 наимено ваний, приложений и содержит 96 рисунков и 18 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении отмечена актуальность проблемы снижения энерго- и металлоемкости при работе промышленных теплотехнологических установок. Обосновывается необходимость использования расчета как внутреннего, так и внешнего тепломассообмена для совершенствования действующих и проектирования энергоемких теплотехнологических установок и разработки соответствующих теоретических основ по интенсификации процессов термовлажностной обработки дискретных капиллярно-пористых коллоидных материалов. Сформулированы цели и задачи работы, показана научная новизна, практическая ценность, перечислены основные результаты теоретических, расчетных и экспериментальных исследований.

В первой главе рассматриваются вопросы внешнего и внутреннего тепломассопереноса в энергоемких теплотехнологических установках с точ ки зрения энерго- и ресурсосберегающей оптимизации протекающих в них процессов, на основе анализа которых формулируются в работе цели и науч ные задачи исследования.

В сравнении с другими такими традиционными методами энергосбе режения, как интенсификация локального тепломассообмена, использование нетрадиционных источников энергии, утилизация вторичных энергетических ресурсов и т.п., метод рационального управления неравномерным тепломас сообменом, рассматриваемый в работе, изучен слабо, прежде всего в связи со сложностью его математического моделирования и неоднозначностью в трактовке качества получаемого технологического продукта при варьирова нии неравномерностью тепломассообмена с помощью регулируемых профи лей основных параметров энергоносителя.

Потенциал энерго- и ресурсосбережения вследствие неравномерности тепломассообмена как правило неочевиден, так как существующие методики расчета процессов в теплотехнологических аппаратах, как это следует из анализа технической литературы, не учитывают неравномерные поля переменных физических параметров рабочих сред. Негативные последствия неравномерного тепломассообмена при этом обнаружить достаточно сложно.

Рассматривается современная классификация методов энерго- и ресур сосбережения, определяется место подхода к управлению совместным тепло и массообменном при термовлажностной обработке дискретных капиллярно пористых коллоидных материалов среди других методов энерго- и ресурсос бережения, сформулированы основные требования к математическим моде лям, которые могут быть использованы в основе алгоритмов расчета не толь ко локальной интенсивности тепломассообмена, но и при варьировании не равномерным тепломассообменом в теплотехнологических установках.

Для достижения указанной цели необходимо:

- обобщить существующие и разработать физически обоснованную мо дель, которая позволит использовать систему уравнений взаимосвязанного тепломассопереноса, учитывающую качественные и количественные измене ния, включая наличие объемных стоков тепла в пограничном слое и учет структурных характеристик скелета сушимых материалов, описывающих не прерывную сушку термически толстых материалов в I-м и II-м периодах;

- создать опытные стенды для экспериментального исследования структурных особенностей и физических свойств испаряемых жидкостей на интенсивность испарения;

инородного потока массы и его направленности на распределение динамических, тепловых и концентрационных профилей и их рабочие характеристики;

определить качественные и количественные показатели при дополнительном стоке тепла в пограничном слое при испарении и его влиянии на коэффициенты теплообмена;

- разработать комплексный метод расчета внутреннего и внешнего теп ломассообмена на базе вычислительного комплекса PHOENICS и оригиналь ного программного продукта для расчета кинетики и динамики внутреннего тепломассообмена капиллярно-пористых тел с использованием универсаль ных граничных условий;

- адаптировать вычислительный комплекс для решения задач исследо вания и проектирования рабочих камер теплотехнологических установок с целью определения геометрических размеров и форм распределительных устройств для снижения неравномерности тепломассообмена и нерациональ ных энергетических затрат;

- определить и исследовать разнообразные приемы влияния на неравно мерность тепломассопереноса с целью обоснования кинетической оптимиза ции применительно к сушке термически толстых капиллярно-пористых дис кретных материалов.

Выполнение поставленных задач на основе разработки научно обоснованных энерго- и ресурсосберегающих технических и технологиче ских решений при управлении неравномерным тепломассопереносом в энер гоемких теплотехнологических установках является не только актуальным, но и имеет важное народно-хозяйственное значение.

Во второй главе представлены результаты экспериментального иссле дования энергетической эффективности промышленных установок при круп номасштабной термообработке капиллярно-пористых материалов.

При прямом промышленном эксперименте выявлены нарушения ре жимов сушки из-за неравномерности распределения полей скоростей су шильного агента по поперечному сечению крупногабаритной рабочей каме ры финской фирмы «Валмет» (одновременно обрабатывается 12 штабелей пиломатериалов, каждый габаритами 4,56,51,5 м), а значит и полей влаго содержаний и протекающих тепло- и массообменных процессов в материале вследствие различного энергоподвода к нему. Так, например, отмечается значительная неравномерность как продольных (вблизи торцов пиломате риалов рост скорости сушильного агента до 25 %), так и вертикальных про филей скорости (падение скорости до 50 %, а также наличие обратных пото ков в верхней и повышение скорости почти в 2 раза в нижней частях камеры) в рабочей зоне участка подачи и распределения теплоносителя (рис. 1а).

Аналогичные тенденции отмечены и при исследовании режимов работы ка мерных установок «Ваничек», «Сорсал», «Сатеко» и др.

5 Рис. 1. Поле скоростей на входе в а) б) рабочую зону сушилки: экспери мент – а);

расчет PHOENICS – б).

1 – узел подачи и распределения сушильного агента в рабочую зо ну;

2 – профиль скорости;

3 – осе вой вентилятор;

4 – штабель су шимого материала;

5 – рабочая зона сушильной камеры.

Технологический брак из-за повышенного влагосодержания, растрес кивания и коробления готовой продукции вследствие неравномерного рас пределения полей влагосодержаний и температур достигает 4-5% и более.

Потенциал энерго- и ресурсосбережения в результате изменения или устра нения неравномерности процессов тепломассообмена в рабочих камерах и элементах термовлажностных установок за счет снижения непроизводитель ных потерь энергии может достигать только при сушке пиломатериалов на предприятиях в отдельных регионах Восточной Сибири без учета затрат энергии на вспомогательные операции более 0,4 млн. т.у.т./год.

На лесообрабатывающем заводе, где установлены 24 сушильные каме ры «Валмет», проводились экспериментальные исследования температурных режимов работы этих установок с помощью тепловизионного оборудования:

фотографические съемки и сканирование распределения температурного профиля в штабеле сразу после выгрузки из сушильной камеры (рис. 2а,б), а также контрольные замеры конечного влагосодержания с интервалом 0,7 м по длине и 0,4 м по высоте передней и задней частей штабеля (рис. 3).

Очевидно, что в целом конечное влагосодержание в верхней части шта беля выше чем в нижней части (11-17,2% против 12,2-13,8%). Таким образом неблагоприятная аэродинамическая обстановка для верхней части штабеля, выявленная при экспериментальных исследованиях, влияет и на кондицион ные параметры продукции в конце процесса термовлажностной обработки.

р3 р р р р р р р3 р р1 р р р р а) б) Рис. 2. Распределение температурного профиля в штабеле после выгрузки из сушильной камеры: а) – фронтальная часть (сечение р1-р1, р3-р3);

б) торцевая часть (сечение р1-р1, р4-р4).

В промышленных сушильных установках для интенсификации процес сов тепло- и массообмена используются активные гидродинамические режи мы, в частности, набегание сушильного агента на материал в виде импактных струй. Подобный принцип используется при сушке тканей, бумаги, шпона и т.д. Однако, несовершенство аэродинамики в сушильной камере и сопловых аппаратах приводит часто к неравномерности высушивания по ширине по лотна материала. Так, например, на фанерном заводе, где установлено крупномасштабных конвективных ленточных установок финской фирмы «Рауте» для сушки шпона (рис. 4а), технологический брак по указанной вы ше причине достигает 2,6% и более (или свыше 15 тыс. т.у.т./год в целом по заводу).

к, % Wк, % 4, h, м 3, 3 2, а) 1,5 б) 0, 0 к, % 10 12 14 16 18 0 1 2 3 4 5 Среднее значение W % к, Передняя сторона Задняя сторона L, м Передняя сторона Задняя сторона Среднее значение Рис. 3. Распределение конечного влагосодержания по высоте – (а) и по длине штабеля пи ломатериала (каждая точка – усредненное значение из пяти точек по длине) – (б).

, % 6 240% W, 4 I а) II 2 III б) 1 IV V 6, мин 0 2 Рис. 4. Поперечный разрез одной из секций рабочей камеры сушильной установки (а) и изменение влагосодержания при сушке сосны в конвективной сушильной установке (б): – полотно сушимого материала;

2 – сопловые короба;

3 – паровой калорифер;

4 – осевой вентилятор;

5 – выброс части отработанного теплоносителя;

6 – рабочая камера;

7 – эпю ры скоростей сушильного агента в напорной части;

8 – первый этаж сушки шпона;

9 – по дача теплоносителя через раздаточные отверстия (сопла);

10 – заслонки;

11 – сопловые короба новой конструкции (V этаж);

12 - левая часть;

13 – правая часть полотна сушимого материала.

Результаты экспериментальных и лабораторных исследований процес са сушки лущеного шпона, выполненных на одной из установок, показали, что скорости сушки, различные с левой и правой частей полотна древесины, обуславливаются неодинаковыми гидродинамическими условиями. Левая часть полотна, ближняя к подаче сушильного агента, достигает проектного влагосодержания уже на пятой минуте процесса сушки (III этаж), wПР.=810% (рис. 4б), средняя часть полотна - на шестой минуте (IV этаж), правая часть полотна, даже при меньшем начальном влагосодержании, не выходит на требуемые кондиции даже на выходе из сушилки.

Наличие внешней неравномерности приводит и к внутренней неравно мерности процессов тепломассопереноса, а значит к неэффективной эксплуа тации сушильных установок, к увеличению энергетических затрат, неоправ данному увеличению габаритов теплотехнологических установок и техноло гического брака готовой продукции из-за трещинообразования и коробления материала.

В третьей главе рассматриваются вопросы расчетных и эксперимен тальных исследований аэродинамических и тепломассообменных характери стик проточных частей промышленных установок.

Численное моделирование процессов течения и теплообмена осущест влялось с помощью вычислительного комплекса PHOENICS. Система урав нений, описывающая данные процессы, включает в себя уравнение нераз рывности, уравнение движения, уравнение энергии, уравнение кинетической энергии турбулентных пульсаций и уравнение диссипации энергии турбу лентности при соответствующих граничных условиях. Использовалась стан дартная к- модель турбулентности, дающая хорошую сходимость в том чис ле и для опытных данных, полученных для условий ориентированной подачи с поверхностей потока другой плотности. Основой пакета прикладных про грамм комплекса при решении системы уравнений является метод кон трольных объемов.

Поиски методов интенсификации теплообмена ведут к необходимости более детальных исследований структуры неизотермических турбулентных течений. Проведенный анализ теоретических и экспериментальных работ по казал, что практически отсутствуют данные по эффективности воздействия на гидродинамику и тепломассообмен процессов испарения в сушилках, ко гда поперечный поток пара и его отклонение от нормали к поверхности ис парения аналогичен вдуву инородного газа с различной интенсивностью.

В работе представлено описание аэродинамической установки с уни версальным рабочим участком, на котором моделировались процессы испа рения и ориентированной подачи инородных газов с различной степенью ин тенсивности в сложных газодинамических и тепловых условиях: переменной степенью турбулентности (0,5 – 12%);

регулируемой температурой (до 140оС) и скоростью (до 16 м/с) набегающего потока;

организацией канальных и безградиентных течений различной конфигурации. При измерениях осред ненных и пульсационных характеристик пограничных слоев использовалась прецизионная многоканальная термоанемометрическая система. Была прове дена серия экспериментов по вдуву в пограничный слой разнородных газов с пористых поверхностей под различными углами к поверхности ( = 15о 165о), в том числе воздуха с малой интенсивностью F102 = (V)w/(U)l, % в диапазоне F102 = 0,0030,03 (рис. 5а), т.е. в пределах интенсивностей испа рения F воды, определяемых аналогично. Интенсивность подачи гелия в пре делах деформации профилей для воздуха и испарения воды составила 0,0005 0,001. В работе проведена оценка влияния вдува различных газов на закон теплообмена. Профили скоростей при испарении воды (рис. 5б) также полу чены на пористой поверхности (пористость П = 0,6 - 0,8) при различных тем пературах безградиентного потока. Интенсивность испарения в диапазоне температур t = 22102 оС составила F102 = 0,00010,011 %, число Rel = 3,6105.

Анализ изменения профилей скоростей в пограничном слое показал, что с увеличением интенсивности вдува воздуха F заполненность профилей падает, что говорит об увеличении толщины пограничного слоя. В соответст вии с теорией пограничного слоя и многочисленными исследованиями по вдуву воздуха под углом 90о с увеличением интенсивности вдува F и ростом толщины пограничного слоя падает коэффициент поверхностного трения Cf и коэффициент теплоотдачи в связи с оттеснением основного потока от стенки за счет поперечного потока массы (V)w.

Аналогичные эффекты в соответствии с данной теорией должны на блюдаться и при испарении жидкости, т.е. при наличии поперечного потока массы в виде пара, как и при подаче с поверхности потока с низкой плотно стью (рис. 5в). С ростом интенсивности испарения воды за счет увеличения температурного напора также отмечается снижение заполненности профилей скорости, что хорошо иллюстрируется совмещенными профилями скоростей (рис. 5б). Однако в ряде экспериментальных работ [например, Лыков А.В.], отмечается возрастание коэффициента теплоотдачи с увеличением темпера турного напора на десятки процентов, что объясняется, на наш взгляд, нали чием в пограничном слое отрицательного источника теплоты в виде объем ного испарения капель, выносимых с пористых поверхностей в пограничный слой. Этот фактор предопределил задачу по экспериментальной проверке данной гипотезы, чему посвящена 4 глава работы.

Расчет процессов течения с учетом осложняющих факторов, выпол ненный в эксперименте с помощью вычислительного комплекса PHOENICS и выбранной модели турбулентности, показал достаточно хорошее совпаде ние, в частности, для условий поперечного потока массы низкой интенсивно сти с пористой поверхности (рис. 5б, сплошная линия).

Ниже приведены некоторые результаты физического моделирования с помощью вычислительного комплекса аэродинамической обстановки кана лов сложной геометрии в 2-х, 3-х мерной постановке, выполненные в работе для различных теплотехнологических установок.

Фрагмент численных исследований процессов гидродинамики в рабо чей зоне крупномасштабной конвективной сушильной установки (рис. 1б) показывает достаточно хорошее соответствие распределения поля скоростей в узле подачи и распределения сушильного агента в рабочую зону с данными прямого промышленного эксперимента, представленными на рис. 1а.

U/Ue Рис. 5. Профили осредненных • - воздух 0, а) F102 = 0,2 1, скоростей при нормальном вдуве = 90о 0,6 воздуха (а) и гелия (в) с различ U/Ue ной интенсивностью F и испаре 0,4 о - вода 0, б) = 0,8, t = 102 оС нии воды (б) через пористые по 0, 0, верхности при изменении темпе U/Ue 0, ратуры набегающего потока от 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0, 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 до 102 С. Пунктир – гладкая пла 0, - гелий 0, стина.

F102 = 0,05 0, 0 = 90о 0, в) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0, y/ 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Другой пример – шлакование поверхностей нагрева задней стенки эк рана топки котлоагрегата вследствие забрасывания части пылевидного топ лива вторичным воздухом с высокими скоростными параметрами, что при водит к снижению теплообмена, коэффициента полезного действия котла и в конечном итоге к внеплановому текущему ремонту, а значит и росту непро изводительных эксплуатационных затрат.

Экспериментальным и расчетным путем определена рациональная аэ родинамическая обстановка в топке пылеугольного котлоагрегата при раз личной ориентации в пространстве камеры потоков горячего воздуха из узла подачи заднего дутья, приводящая к снижению энергозатрат (рис. 6).

1 б) а) Рис. 6. Распределение профилей скорости основного потока вторичного воздуха в топоч ном пространстве: а) – узел заднего дутья включен;

б) – узел заднего дутья выключен;

1 – подача вторичного воздуха;

2 – подача заднего дутья. Расчет PHOENICS.

Неравномерность процессов термовлажностной обработки материалов наблюдается и в малогабаритных установках, например, в мини камерах (рис.

7), достаточно широко применяемых на различных предприятиях для сушки материалов неправильной формы (текстиль, войлочные изделия, армейская верхняя одежда и т.д.).

Численные исследования аэродинамики газового тракта и газоподво дящих каналов сложной конфигурации финских высокопроизводительных ленточных установок с помощью вычислительного комплекса выполнены с целью снижения значительной неравномерности сушки длинномерных мате риалов по ширине полотна.

б) а) Рис. 7. Распределение переменных параметров сушильного агента в сечении по оси сим метрии мини камеры при сушке разногабаритных текстильных изделий: а) – поле темпе ратур теплоносителя;

б) – профили скорости теплоносителя. Расчет PHOENICS.

В частности, при уменьшении проходного сечения хвостовых частей газораспределительных аппаратов между корпусом и полотном сушимого материала (рис. 8) на величину до 16-20% на последних этажах сушилки ско рость сушильного агента возрастает в пределе до 8,7-9,2%, что приводит в конечном итоге к улучшению кондиционных параметров готовой продукции и к снижению более чем вдвое технологического брака.

Вычислительный комплекс позволяет обеспечивать многоцелевое при менение для решения задач исследования и проектирования рабочих камер теплотехнологических установок с целью определения геометрических раз меров и форм распределительных устройств для снижения неравномерности тепломассообмена и энергетических затрат, а также провести оценку влияния режимных параметров энергоносителей на эффективность работы промыш ленных установок.

I-I 4 U U 3 U I Н1 Н2 Н Рис. 8. Схема перфорированного обдува полотна сушимого материала и деформации вы ходного профиля скорости в зоне его эффективной сушки: 1 – газораспределительные ап параты;

2 – полотно сушимого материала;

3 - расчетный профиль продольной скорости сушильного агента;

4 – подача агента через отверстия;

пунктир – варианты деформации выходного профиля скорости в зазоре.

В четвертой главе рассматриваются вопросы описания разработанных опытных стендов для экспериментального исследования канальных течений при наличии осложняющих факторов (пористость и физические свойства ис паряемых жидкостей) и лабораторных исследований по определению влия ния температурного фактора на вынос неоднородностей в пограничный слой при испарении.

Для повышения достоверности проектирования конвективных сушиль ных установок необходимы углубленные исследования по влиянию различ ных факторов на интенсивность внешнего теплообмена. Отрывочные и про тиворечивые опытные данные [Смагин В.В., Вайнберг Р.Ш., Бояршинов Б.Ф., Данилов О.Л.] по влиянию поровой структуры сушимого материала и физи ческих свойств испаряемой жидкости, а также существенные отличия в зна чениях коэффициентов теплоотдачи при испарении из капиллярно-пористых тел и при вдуве в пограничный слой инертного газа вызывают необходи мость более детального изучения физики происходящих при этом процессов.

Экспериментальные исследования выполнялись на специально разра ботанном стенде, в качестве испаряемых жидкостей использовались вода, этиловый спирт и ацетон как теплоносители, имеющие различную, например, температуру кипения, теплоту фазового перехода и плотность. При измере нии осредненных характеристик динамического и теплового пограничных слоев по длине пластины с различной пористой структурой (керамика, поро лон) использовались миниатюрные хромель-копелевые термопары и щелевой насадок полного давления, а также прецизионная термоанемометрическая аппаратура. Температура основного потока при безградиентном течении в канале варьировалась в пределах t = 18 138оС, число Re = 3,6105, степень турбулентности Тu = 3,3 %.

По результатам измерения осредненных характеристик определялось несколько параметров, в частности интенсивность испарения:

(t п t мт ), qм = (1) r где r – теплота фазового перехода;

tп и tмт – соответственно температура ядра нагретого потока и температура мокрого термометра.

Коэффициент теплоотдачи определялся на основании измеренного температурного градиента:

(t / y )w =, (2) (t п t мт ) где – теплопроводность;

(t/y)w – градиент температуры у стенки.

При этом интенсивность теплообмена определялась как:

q w = qм r. (3) При проведении экспериментов разброс опытных данных составил до ±8,5 %. Наиболее заметное влияние пористость (П) материалов на коэффици ент теплоотдачи и интенсивность испарения различных жидкостей оказывает при высоких температурах (рис. 9). Величина теплового потока к поверхно сти при испарении воды и варьировании П и t изменяется и по длине капил лярно-пористого материала (рис. 10). Величина коэффициента теплоотдачи (рис. 11) снижается довольно значительно при уменьшении пористости, при чем с ростом температурного напора эта разница растет. Так, при уменьше нии пористости до П = 0,8 величина снижается на 20 %, а при П = 0,17 – более чем в два раза. Коэффициент теплоотдачи у этилового спирта в 1, 1,39 раза, а у ацетона в 1,85 1,9 раза выше по сравнению с испарением воды в исследуемом температурном диапазоне.

Как показали проведенные исследования, существуют отличия в зна чениях коэффициентов теплоотдачи, определяемых при испарении из капил лярно-пористых тел и при вдуве в пограничный слой инертного газа. Для ди агностики пограничного слоя в зоне испарения методом оптического локаль ного зондирования [Бендатт Д., Пирсол А., Дубнищев Ю.Н. и др.], основан ного на отклонении зондирующего лазерного излучения на оптических неод нородностях, использовался лазер ЛНГ-203 в комплекте с прецизионным из мерительным комплексом фирмы. Анализатор комплекса имеет 800 полос спектра равной ширины и позволяет обрабатывать сигнал в диапазоне частот от 0 до 51,2 кГц. Ширина одной полосы в выбранном диапазоне частот со ставляла 64 Гц.

100, кг/м2ч qм Рис. 9. Влияние пористости материала на интенсивность испарения при температуре о С различных жидкостей: 1 – ацетона;

2 – спирта;

3 – воды.

П 0 0,2 0,4 0,6 0,8 t, С 150 о Рис. 10. Влияние температурного напора на Вода, величину плотности теплового потока qw по П = 0, длине капиллярно-пористого тела в 1-3 сече ниях по длине рабочего участка при испарении воды.

2ч 8 qм, кДж/м 0 2 4 t, 150 оС 0,0 0,17 0,34 0,8 Рис. 11. Влияние пористости П в интервале от до 1 и температурного фактора t на ко эффициент теплоотдачи при испарении воды.

вода, Вт/м2оС 0 25 50 На разработанной аэродинамической установке у поверхности испаре ния (этиловый спирт) проведено локальное зондирование лазерным пучком в последнем сечении в 2-х точках по высоте. В результате измерения в зоне испарения обнаружены неоднородности размером 8,2 мкм. В объеме пере тяжки лазерного пучка диаметром 52 мкм их содержалось 8 штук. При опре делении абсолютной спектральной плотности колебаний лазерного пучка от мечено значительное увеличение скорости «уноса» частиц в поток (рис. 12) в диапазоне температур 20 50 оС. Измеренный временной сигнал подвергался преобразованию Фурье [Дженкинс Г., Ваттс Д.], в результате которого он превращался в амплитудочастотную характеристику. По результатам полу ченных экспериментально характеристик очевидно, что отрыв с поверхности частиц – рассеивателей имеет место. Процесс уноса капель характеризуется узким спектральным пиком на спектрограмме в диапазоне частот порядка кГц (рис. 13).

t, 100 оС А,В w,кГц 0 13, 0 1 2 3 Ei, усл. ед.

Рис. 12. Зависимость спектральной плот- Рис. 13. Спектрограмма процесса колебаний ности энергии колебаний Еi лазерного пульсаций интенсивности лазерного зонди пучка от температуры ядра потока. рующего пучка от температуры ядра потока:

1 – 20 оС;

2 – 45 оС;

3 – 95 оС.

При тестировании эксперимента, т.е. при наличии потока теплоносите ля, наличии градиентов температур, но при «сухом» капиллярно-пористом теле, отмеченных выше характерных пиков не наблюдалось.

Важной задачей при выявлении потенциала энерго- и ресурсосбереже ния в низкотемпературных теплотехнологических процессах является разра ботка математических моделей неравномерного тепломассообмена в рабочих камерах аппаратов и элементах оборудования с конвективным массоотводом при различных физических механизмах теплоподвода.

В работе для исследования нестационарных полей влагосодержания и температуры в процессах термовлажностной обработки термически толстых капиллярно-пористых коллоидных тел взята математическая модель, бази рующаяся на системе нелинейных дифференциальных уравнений для внут реннего влаго- и теплопереноса [Лыков А.В.]:

t t C o + r o = (4) x x t + a m = a m, (5) x x x где am,, - соответственно коэффициент потенциалопроводности, тепло проводность и термоградиентный коэффициент;

С, r, - удельная теплоем кость, теплота фазового перехода и критерий фазового превращения.

В математической модели поверхностного испарения [Смагин В.В., Бо яршинов Б.Ф.] предложены универсальные граничные условия, в которых учитывается снижение действительной движущей силы внешнего массопе реноса за счет изменения поверхностного влагосодержания и интенсивности испарения. Модель поверхностного испарения описывает непрерывно как в I-м, так и во II-м периоде сушки весь процесс как в жестких, так и мягких ус ловиях сушки.

Граничные условия при конвективной сушке капиллярно-пористого те ла в форме пластины можно записать в виде:

t (t w t ) + p Д п (Pw P ) r (1 ) = ± (6) x t p Д п (Pw P ) = ± a m o + (7) x x Начальные условия: t ( x ) = t o = f ( x );

( x ) = o = f ( x ), (8) где p,, о - соответственно коэффициенты массообмена и теплоотдачи, на чальная плотность;

Дп - критерий поверхностного испарения, определяемый по отношению действительного перепада движущей силы внешнего массо переноса к максимально возможному.

Критерий поверхностного испарения учитывает также реальные свой ства конкретного материала:

Rf Дп =, (9) R f + 1 + Pw / P где Pw - парциальное давление пара у поверхности мениска;

Р - полное дав ление в сушильном агенте;

Rf - критерий интенсивности испарения, пред ставляющий собой отношение диффузионных сопротивлений пограничного слоя и устьев капилляров с учетом действительного проходного сечения для пара.

Критерий интенсивности испарения учитывает также факторы, влияю щие на массоперенос, такие, как характерный размер пор, пористость мате риала П:

R f = ( П / м )2 / 3, (10) где м - влагосодержание намокания.

Алгоритм решения нелинейной краевой задачи влаго- и теплопереноса в капиллярно- пористых телах (уравнения 4,5,6,7,8) реализован программно на языке – «Pascal». Для температурных режимов, пористости, коэффициен тов влаго- и теплопереноса и термодинамических характеристик пористых материалов, использованных при экспериментальном исследовании процес сов испарения, выполнено тестирование разработанной программы «Fields».

Для обработки выходных данных (количество численных значений более 40000) разработана программа «Picture», позволяющая представлять инте гральные и текущие числовые данные в виде графиков в размерных коорди натах.

Результаты расчета процесса сушки различных пород древесины (сосна – рис. 14, береза – рис. 16) удовлетворительно согласуются с эксперимен тальными данными работы [Шубин Г.С.] и располагаются в диапазоне изме нения влагосодержания материала вследствие изменения пористости (тем ный фон) в соответствующих временных интервалах продолжительности сушки.

a) б) 11 2 0,3 3 7,,ч 0 8 16 24 32 Рис. 14. Кривые сушки сосны толщиной 25 мм при изменении пористости (а) и совмещен ные кривые распределения влаги в древесине (б) при пористости 0,1 и 0,5 при сушке со сны в интервалах по времени: 1-8;

2-16;

3-24;

4-32 часа. Точки – эксперимент (Г.С.Шубин).

Расчет процесса сушки сосны толщиной 25 мм выполнен при условиях:

н = 30 %, к = 5 %, tс = 70 оС. При изменении пористости материала с 0,1 до 0,5 (рис. 14а), продолжительность процесса сушки уменьшается на 12-13 %.

Эволюция полей влагосодержаний и температур представлена на рис. 15.

а б г в Т Т х,Т х,Т х, х, Рис. 15. Развитие полей переменных физических величин при сушке сосны: температур (вариант а) и влагосодержаний (вариант б) в соответствующих координатах (в), (г).

б) a) 6 15 18,2 30,0 36,,ч 0 7 14 21 28 Рис. 16. Кривые сушки березы толщиной 20 мм при изменении пористости (а) и совме щенные кривые распределения влаги в древесине (б) при пористости 0,1 и 0,5 при сушке березы в интервалах по времени: 1-7;

2-15;

3-30;

4-37 часов. Точки – эксперимент (Г.С.Шубин).

Неучет влияния пористости (в диапазоне 0,1 и 0,5) приводит к увеличе нию продолжительности сушки березы на 18-19 % (толщина 20 мм, н = %, к = 12 %, tс = 50 оС).

В пятой главе рассматриваются результаты численных исследований взаимосвязанного тепломассопереноса в промышленных установках с помо щью разработанных программных продуктов и вычислительного комплекса PHOENICS.

В результате параметрических исследований по определению распре деления скоростей на выходе из отверстий соплового аппарата высокопроиз водительных сушильных установок (рис. 17) при изменении конфигурации и углов наклона его верхней крышки был получен рациональный вариант кон струкции, обеспечивающий увеличение скоростного напора в правой части и его понижении в левой в пределах экспериментально полученных величин и возможность управлять количеством подводимого к материалу тепла, а зна чит и интенсивностью и скоростью сушки.

u 3, uo Рис. 17. Распределение скоростей энергоносителя по длине соплового аппарата при рациональном 2, 3,2 а изменении конфигурации (а) и существующего б варианта (б) верхней крышки: 1 – сопловой аппа рат;

2 – эксперимент;

3 – расчет.

3, 2, l, % 0 25 50 Также была выполнена оценка влияния переменных по длине динами ческих характеристик предлагаемой конструкции соплового аппарата и тем пературного фактора на процесс теплообмена в канале между полотном су шимого материала и корпусом аппарата (рис. 8).

Скорость теплоносителя uо менялась от величины, полученной в экспе риментах и взятой за 100%, до u1=111,9% и u2=87,2%, что находится в рас четном диапазоне изменения скоростей, соответственно, в правой и левой частях соплового короба. Рассчитывались также локальные и интегральные значения коэффициентов теплоотдачи в исследуемой области. При увеличе нии скорости u0 до u1 коэффициент теплоотдачи растет на 11,5%, что весь ма существенно скажется на интенсивности и скорости сушки, а при сниже нии скорости падает на 15,5%.

/ о 1,1 U H 1,0 Рис. 18. Изменение коэффициента теплоотдачи в кана U ле между нижней стенкой соплового аппарата и полот H U ном сушимого материала.

0, H 0 0 0,,0 5 0,1 l,м 0, Еще большей интенсификации тепломассообмена будет способство вать изменение величины зазора Н только в хвостовой (правой) части сопло вых коробов. При варьировании величиной зазора на ±28% (Н1 – исходный вариант, рис. 18) коэффициент теплоотдачи возрастает до 8,2 % (поджатие) и при увеличении Н соответственно падает на 17,1%.

В работе выполнены расчетные исследования по интенсификации теп ломассообмена при различных методах (способах) укладки элементов порис тых пиломатериалов по объему штабеля (рис. 19). Распределение полей тем пературы и скорости потока при стандартном рабочем режиме (рис. 19а) по лучено для условий: температура мокрого термометра 35 оС;

температура ос новного потока 90 оС;

начальная скорость потока 1,4 м/с.

При совершенствовании аэродинамической обстановки в крупногаба ритных сушилках «Валмет» происходит увеличение скорости потока в верх ней части рабочей камеры. Возрастание скорости в распределительной зоне всего на 4-5 % приводит к увеличению скорости потока и в канальной зоне между элементами сушимого материала, расположенного в виде непрерыв ного полотна в штабеле, уже на 16-18 %.

Установление проходных каналов между элементами сушимого мате риала (рис. 19б) позволяет увеличить температуру в зоне между элементами от значения температуры мокрого термометра (при вычислительном экспе рименте 35 оС) на 60-90 %, то есть температурный фактор в этом случае со ставляет Те/Тw = 1,45 1,95 (рис. 19в).

Основным препятствием для быстрой сушки многих материалов явля ется их растрескивание, вследствие объемно-напряженного состояния суши мого материала свыше предельно допустимого, обусловленного прочностью материала.

1,0 м а) 0,1 м tм = 35 оС 0,04 м tc.а.

0,03 м 0,18 м vc.а.

0,1 м 1,18 м б) 0,1 м 0,02 м 0,04 м tм tc.а.

0,03 м 0,18 м vc.а.

в) 0,1 м Рис. 19. Схемы расчетных участков в рабочей камере сушильной установки: а) при уклад ке без зазоров;

б) при укладке с равномерными зазорами между элементами сушимого ма териала в пределах 20 % от их поперечного размера;

в) распределение полей температуры и скорости потока в средней канальной зоне между элементами сушимого материала при укладке с равномерными зазорами.

Ученые Лыков А.В., Чижский А.Ф. и другие, изучавшие причины воз никновения трещин при усадке материалов, также отмечают, что их появле ние обуславливается неравномерными полями температур, внутренним паро образованием и главным образом неравномерным распределением влагосо держаний.

В результате решения системы дифференциальных уравнений (4,5) те пло- и массопереноса при условии постоянства коэффициентов am, и при менительно к неограниченной пластине получают следующие соотношения в критериальной форме для параболического распределения температуры и влагосодержания внутри материала [Лыков А.В.]:

ц п 1 t t = Ki m (1 + Pn Ko Lu ) ;

п c = Ki m Ko Lu.

(11) о р 2 tc to Если температура в любой точке тела одинакова tп = tц = const и равна температуре мокрого термометра, то в этом случае массообменный критерий Кирпичева:

ц п Ki m = 2. (12) o р Как следует из соотношения (12), минимальная величина критерия Kim 0 будет соответствовать бесконечно медленной сушке при условии, когда ц п;

максимальное значение – когда влагосодержание на поверхности близко к равновесному п = р, а влагосодержание центра равно начальному влагосодержанию ц = о, при этом Kim = 2. Следовательно:

0 Kim 2. (13) Критерием трещинообразования согласно [Лыков А.В.] можно принять относительный перепад между средним и локальным влагосодержания ми по отношению к начальному влагосодержанию o, т.е.

K=. (14) o Для удобства расчета принимаем в качестве критерия поверхностного трещинообразования критерий Kim, который в 3 раза больше критерия К.

Критерий Kim может служить критерием поверхностного трещинообразова ния и в начальные моменты сушки (Fo 0,1). Определить Kim можно раз личными способами, например: по интенсивности испарения j (), по перепа ду влагосодержания (ц – п) или по поверхностному градиенту влагосодер жания:

( ц п ) R ( )п j( )R Ki m = = =2. (15) a m o o o o Неравномерное поле влагосодержаний обусловлено неравномерным распределением, в частности, скорости сушильного агента по поперечному сечению рабочей камеры сушильной установки. Это влияет не только на дли тельность, но и на качество высушенного материала, что в работе показано на примере влияния нескольких неравномерных профилей скорости сложной конфигурации.

Ниже показано влияние неравномерного профиля скорости при сушке сосны на распределение влагосодержаний внутри материала по высоте рабо чей камеры с принудительной реверсивной циркуляцией средней интенсив ности (рис. 20а) (скорость воздуха – 1 м/с, ширина штабеля 1,5 2 м).

, % u, м/с Ki 20 1,5m 1, а) б) в) 2 15 t 1 3 t 4 t t 0,5 0, 5 t t3 0 0 3 № сектора 3 № сектора 3 № сектора 1 2 1 2 1 Рис. 20. Распределение: а) – неравномерного поля скорости;

б) – конечного влагосодер жания;

в) – значений критерия Kim для фиксированных временных интервалов по высоте рабочей камеры (1, 2, 3, 4 секторы).

Для нескольких осредненных значений скорости сушильного агента в соответствующих секторах по высоте рабочей камеры с помощью разрабо танной программы рассчитано время сушки образца древесины с постоян ными техническими характеристиками режима сушки. Отмечается изменение конечного влагосодержания древесины для одного и того же временного ин тервала сушки (рис. 20б).

Для этого же расчетного варианта при t1 = 70 оС по перепаду влагосо держания в центре ц и на поверхности п для каждого значения скорости u1, u2, u3, u4 в соответствующих точках профиля для одного и того же временно го интервала в периоде постоянной скорости сушки определен критерий Кирпичёва Kim по зависимости (15), распределение соответствующих значе ний которого представлено на рис. 20в.

При сравнении полученных критериев Kim с его определяющим значе нием (пунктирная линия) отмечаются зоны повышенных величин критерия трещинообразования и соответствующие зоны превышения осредненного значения скорости (рис. 20а – заштрихованная область) сушильного агента в основном в секторе № 1 по высоте рабочей камеры сушилки.

Таким образом, в отмеченных зонах и возможно появление трещино образования, а значит и технологического брака при термообработке мате риала, для исключения которого необходимо выравнивать профиль скорости до пограничных значений, полученных в расчетных исследованиях (для представленного на рис. 20а расчётного варианта, к примеру, не более 12 %).

С увеличением температуры сушильного агента (t1 t2 t3) в отмеченных зо нах вероятность появления технологического брака также возрастает (рис.

20б и в).

Одновременно в области пониженных скоростей сушильного агента (рис. 20а, сектор 4) отмечается также и увеличение конечного влагосодержа ния (рис. 20б, сектор 4). При его сравнении с нормативными показателями качества сушки пиломатериалов [Богданов Е.С.] для, в частности, III катего рии качества конечное влагосодержание для варианта на рис. 20б не превы шает предельный перепад влагосодержания по толщине заготовок из древе сины (3,5 %) для рассматриваемого наиболее благоприятного варианта не равномерного профиля скорости.

Для более значительных перепадов скорости по высоте рабочей каме ры, например, для представленного на рис. 21а поля скорости зона возмож ного появления трещинообразования расширяется (рис. 21в, секторы 1 и 2).

, % Ki u,2м/с 1,5m а) б) в) 1, t 1 t 0, 0, 0 0 3 № сектора 3 № сектора 3 № сектора 1 2 1 2 1 Рис. 21. Распределение: а) – неравномерного поля скорости;

б) – конечного влагосодер жания;

в) – значений критерия Kim для фиксированных временных интервалов по высоте рабочей камеры (1, 2, 3, 4 секторы).

В этом случае конечное влагосодержание для III категории качества превышает предельный перепад влагосодержания (3,5 %) на 5 %, что свиде тельствует о том, что возможен технологический брак при механической об работке и сборке деталей из пиломатериалов, прошедших термовлажностную обработку в секторе 3 по высоте рабочей камеры.

Подобные и другие виды профилей, рассмотренные в работе, со значи тельными перепадами скорости неоднократно фиксировались при исследова ниях аэродинамической обстановки рабочих камер теплотехнологического оборудования в промышленных, а также лабораторных условиях (глава 6).

Необходимо также отметить, что в показателях качества сушки, разра ботанных, в частности для пиломатериалов, отсутствуют какие-либо техни ческие условия или показатели, указывающие на возможность появления технологического брака и оценки его величины вследствие трещинообразо вания и коробления.

На основе разработанной программы «Fields» в работе проведены па раметрические расчетные исследования внутреннего тепломассопереноса в капиллярно-пористых телах с учетом влияния внешнего температурного и динамического факторов на изменение внутренних полей температуры и вла госодержания материала. В частности, отмечается достаточно значительное влияние пористости древесины на продолжительность процесса сушки (до и более %) и развитие полей физических величин при сушке.

В шестой главе рассматриваются вопросы энергосбережения при ра циональном энергопользовании за счет управления аэродинамической обста новкой в теплотехнологических установках и других энерго- и ресурсосбере гающих технических и технологических решений.

Отмеченные ранее нарушения режимов сушки из-за неравномерности распределения полей скоростей сушильного агента в камерных установках «Валмет» (рис. 1а) предопределяют неблагоприятные условия для сушки не только для верхнего пакета первого штабеля, но и, очевидно, для последую щих штабелей сушимого материала по длине рабочей зоны, что подтвержда ется и результатами тепловизионных исследований (рис. 2, 3). Для выравни вания скорости, а значит и интенсивности сушки по высоте штабеля, необхо димо выравнить эпюру скорости, а значит и распределение теплового потока на входе в рабочую зону перед первым штабелем пиломатериалов.

Результаты численных исследований процесса гидродинамики и тепло обмена, проведенных с помощью вычислительного комплекса PHOENICS, которые также достаточно хорошо согласуются с данными прямого промыш ленного эксперимента, показывают, что значительная неравномерность рас пределения физических параметров по газовому тракту сушилки вероятно не учитывалась при проектировании (рис. 22б, в). Поэтому размещение штабе лей материала в камере практически не меняет аэродинамической обстановки (рис. 1б).

В результате проведенных комплексных экспериментальных исследо ваний в промышленных и лабораторных условиях газодинамики сушильной камеры была получена такая форма и место расположения дополнительного распределительного устройства, которые позволили получить технически равномерную эпюру скорости (рис. 22а) перед первым штабелем сушильного материала.

1 а) б) в) Рис. 22. Усовершенствованная схема узла подачи сушильного агента в рабочую зону (а), распределение полей скорости (б) и давления (в) в узле подачи и распределения энергоно сителя сушильной машины (без штабелей материала): 1 – дополнительное распредели тельное устройство;

2 – осевой вентилятор;

3 – штабель сушимого материала;

4 – рабочая зона сушильной камеры.

Снижение технологического брака (который достигает 4-5% и более) по указанным выше причинам только на 1 % позволит в год получить допол нительно порядка 147,5 м3 кондиционной продукции на одну сушильную ка меру или около 3540 м3 в целом по деревообрабатывающему заводу ОАО «Целлюлозно-картонный комбинат» (всего 24 камеры).

Надежность работы котлоагрегатов во многом зависит от аэродинами ческой обстановки в топке. Шлакование поверхностей нагрева задней стенки топки котлоагрегата Б – 50 -14 в пределах отметок 5 – 8 м приводит к ава рийному останову котла и значительному росту эксплуатационных затрат.

Поиск рациональной аэродинамической обстановки в топке проведен при численном и экспериментальном моделировании. Эффективность работы заднего дутья (ЗД) зависит от расположения данного узла по высоте заднего экрана, угла подачи воздуха, скоростных характеристик потока. Перечислен ные рабочие параметры узла ЗД, очевидно, требуют непременной адаптации при выборе конструкции горелок, варьировании их модификациями, пуске котла в эксплуатацию и т. п.

Характер распределения эпюр скоростей вторичного воздуха (ВВ) и заднего дутья идентичен во всем исследованном диапазоне скоростей (рис.

23), в том числе при различных вариантах подачи ВВ через сопла горелок (конструктивные особенности которых приведены в работе) в топочное про странство, и отличается, как правило, величиной векторов скоростей в про филях.

При исследованиях получено, что наибольшая эффективность воздуш ной завесы ЗД наблюдается когда узел располагается по высоте заднего эк рана котла на отметках 8,15 – 8,35 – 8,55 м с соответствующими углами атаки = 20 – 22 – 25 о. При этом соотношение расходов потоков энергоносителей из горелок и узла подачи заднего дутья может варьироваться в пределах Gвв / Gзд = 2,8 – 3,5 (рис. 24А). В этих условиях достигается наиболее эффектив ная турбулизация потоков в топочном пространстве и падение скорости за топленных струй ВВ из горелок в районе заднего экрана до значений UВВ = 0,5 – 0,7 м/с.

Рис. 23. Распределение эпюр скоростей вторичного воздуха в топочном про странстве: 1 – эжекционные горелки (1-й 5 вариант);

2 – узел заднего дутья;

3 – про дольный разрез топки котла;

4 – профиль скорости вторичного воздуха;

5 – про филь скорости заднего дутья. Пунктир ная линия – деформация профилей ВВ при одновременной подаче заднего ду тья.

При рассмотрении 2-го варианта горелок (более равномерное распре деление потоков ВВ в среднюю и нижнюю часть топки) наибольший защит ный эффект достигается при установке узла подачи ЗД на отметках 8,2–8,35– 8,6 м с соответствующими углами атаки = 20 – 22 – 24о. При соотношении расходов встречных потоков в пределах GВВ / GЗД = 2,7 – 2,9 наблюдается па дение скорости аэросмеси вблизи заднего экрана до UВВ = 0,35 – 0,55 м/с (рис. 24Б).

Б А Рис. 24. Дальнобойность струй вторичного воздуха в горизонтальном сечении при выклю ченном (а) и включенном (б) потоке заднего дутья: А) – 1-й вариант горелок;

Б) – 2-й ва риант горелок.

Результаты численных исследований (рис. 25) достаточно хорошо со гласуются с экспериментальными данными. Использование результатов ис следований позволило практически исключить аварийные ситуации вследст вие не эффективной работы воздушных завес заднего дутья. Работа имеет практическое применение на центральной котельной Братского алюминиево го завода.

Для минимизации эксплуатационных и капитальных затрат для проек тируемой системы сушки спецодежды персонала литейного производства алюминиевого завода в качестве сушильного агента (СА) использован воздух низких параметров бытовых помещений предприятия, возможность приме нения которого, в свою очередь, зависит от времени сушки материалов, при чем в ограниченном временном интервале (14-16 часов).

а) б) Рис. 25. Распределение профилей скорости основного потока вторичного воздуха (а) и давления среды в топочном пространстве (б) при UВВ = 15 м/с (первый вариант горелок), заднее дутье включено (соотношение Gвв/Gзд = 2,8): 1 – подача вторичного воздуха;

2 - по дача заднего дутья.

Наиболее предпочтительным для изучения кинетики сушки представ ляется метод обобщенной кривой сушки [Красников В.В.], позволяющий по одной кривой сушки учесть специфику конкретного сушимого материала и условия его обтекания воздушным потоком, для получения которых для каж дого объекта сушки была изготовлена опытная аэродинамическая установка, работающая на отсасывание. Полученные экспериментальные данные по ки нетике сушки верхней спецодежды войлочного покрытия позволили полу чить индивидуальные коэффициенты для каждой обобщенной кривой сушки и возможность рассчитывать продолжительность сушки для каждого об разца до любого заданного конечного влагосодержания к в зависимости от различных начальных условий. Так, например, кривые сушки описываются полиномиальными (16, 17, 18) кривыми (брюки, куртка и валенки, соответст венно), а обобщенные кривые сушки - соответствующими полиномиальными кривыми (19, 20, 21).

1 = 0,00063 + 0,01592 – 1,6203 + 24,071 (16) 2 = 0,6569 + 14,981 (17) 3 = -0,4703 + 9,4293 (18) (-р)1 = -5Е-05N3 + 0,0152N2 – 1,0957N + 22,311 (19) (-р)2 = -0,4896N + 13,833 (20) (-р)3 = -0,3128N + 7,2917 (21) Успешное использование низкопотенциальных ВЭР при отмеченных выше условиях (низкая температура сушильного агента, ограниченное время сушки) стало возможным при проведении численных исследований по по вышению эффективности процессов сушки за счет улучшения аэродинами ческой обстановки в рабочей зоне (выравнивание профилей скорости (рис.

7б) за счет организации рационального всестороннего обтекания сушимых образцов – рис. 27).

в) а) б) Рис. 26. Схема размещения объектов сушки при организации сети проходных каналов: а) и б) (продольный и поперечный разрезы) – поле температуры теплоносителя;

в) – профи ли скорости теплоносителя (1, 2, 3, 4 – образцы сушимого материала).

Для сведения к минимуму материальных затрат в проектируемой сис теме сушки использованы элементы уже имеющегося оборудования «быто вок», а именно: индивидуальные шкафчики для хранения рабочей одежды и воздушная сеть принудительной вентиляции. Разработанная система сушки рабочей одежды эксплуатируется во всех цехах металлургического предпри ятия.

В работе для сушильных ленточных установок «Рауте» (рис. 4) прове дено исследование аэродинамических характеристик газораспределительных устройств (рис. 27) и газового тракта, которые показали, в частности, сниже ние в 1,211,29 раза скорости на выходе из перфорированных отверстий ап паратов. Кроме того, на последнем нижнем этаже напорной части газового тракта сушилки выявлена застойная зона, приводящая к дополнительным по терям напора в целом по газовому тракту и особенно значительно на V этаже, а также к увеличению теплопотерь через поверхностные ограждения уста новки, что приводит к снижению и температурного напора сушильного аген та.

U/U U/U o 0, U/Uo 1,1 0, б) б) 1, а) а) 0, 1,0 0, S, %S S, % 0 10 20 30 1 0,9 0,8 0,7 1 0,9 0,8 0,7 S 0 10 20 30 Рис. 27. Изменение скорости сушильного агента при уменьшении живого сечения S газо распределительного устройства: а) – правая половина нижней крышки;

б) – левая полови на нижней крышки (сплошная и пунктирная линии – соответственно для существующей и предлагаемой конструкции аппарата).

Расчетный эксперимент и исследование на физических моделях в лабо раторных условиях по поиску рациональной конфигурации газораспредели тельного устройства в конечном итоге позволили получить конструкцию аппарата (рис. 4, позиция 11), позволившую увеличить скорость в зонах по вышенных влагосодержаний полотна сушимого материала, т.е. справа – до 8%. Дополнительное снижение проходного сечения в левой части соплового аппарата до 2030% (рис. 27а, б) позволяет увеличить скорость справа уже до 12,014,0% при одновременном понижении скорости в левой части аппарата на 2438%.

Годовой экономический эффект от внедрения предложенных рекомен даций, в частности по снижению конечного влагосодержания полотна суши мого материала в целом по заводу, а значит и величины технологического брака готовой продукции из-за неравномерности сушки по ширине полотна, часть которых приведена в работе главе, составил 15080 т.у.т.

Основные обозначения C – удельная теплоемкость, Дж/(кгК);

– теплопроводность, Вт/(мК);

– плотность, кг/м3;

r – теплота фазового превращения, Дж/кг;

– критерий фа зового превращения;

– пористость;

A – амплитуда сигнала, мВ;

E – спек тральная плотность излучения, ус.ед.;

н, к – соответственно начальное и конечное влагосодержание, %;

l – линейный размер, м;

w – частота, Гц;

U, V – составляющие скорости, м/с;

Ue – осредненная скорость, м/с;

Tu – степень турбулентности основного потока;

F – интенсивность вдува;

– коэффици ент теплоотдачи, Вт/(м2К);

– толщина гидродинамического пограничного слоя, м;

Re, Le, Fo, Pn, Ko – соответственно критерии Рейнольдса, Льюиса, Фурье, Поснова, Коссовича;

Kim – массообменный критерий Кирпичева;

qм – интенсивность испарения, кг/(м2ч);

qw – плотность теплового потока, кДж/(м2ч);

N – скорость сушки, 1/с;

G – расход теплоносителя, кг/с;

– вла госодержание материала, %;

р – равновесное влагосодержание на сухую массу, кг/кг;

R – толщина материала, м;

– среднее влагосодержание, %.

Нижние индексы: е – по внешней границе;

w – у стенки;

п – поверхность;

ц – центр;

с – среда;

о – начальный;

с.а. – сушильный агент.

Основные выводы Экспериментальные и теоретические исследования, посвященные изу чению и управлению внешним и внутренним тепломассопереносом при тер мовлажностной обработке дискретных термически толстых капиллярно пористых коллоидных материалов путем целенаправленного изменения аэ родинамической обстановки в энергоемких теплотехнологических установ ках, выполненные, в основном, автором и под его научным руководством, позволили сформулировать и научно обосновать прогрессивные технические и технологические решения.

Основные научно-технические результаты формулируются следующим образом:

1. Разработана физически обоснованная модель и расширены возмож ности использования в условиях неравномерных полей плотности потоков массы и энергии системы уравнений взаимосвязанного тепломассопереноса в термически толстых капиллярно-пористых телах, позволяющие исследовать и рассчитывать кинетику и динамику сушки, протекающих как в I-м, так и во II-м периодах сушки, за счет учета влияния изменения поверхностного влаго содержания и интенсивности испарения на действительную движущую силу внешнего массопереноса 2. Экспериментальным путем в лабораторных условиях на аэродина мических установках получены новые опытные данные:

- по влиянию поровой структуры (П = 0,18 1,0) влажных материалов на интенсивность испарения различных жидкостей в диапазоне температур сушильного агента от 15 до 130 оС, позволившие скорректировать математи ческую модель сушки термически толстых материалов количественным уче том влияния исследованных факторов в универсальных граничных условиях;

- при локальном зондировании лазерным пучком над поверхностью влажных материалов, по размерам, количеству капель жидкости в погранич ном слое, параметрам режимов тепловой обработки, при которых возможен объемный сток тепла, отсутствие которых снижает точность расчетов габа ритов теплотехнологического оборудования;

- по коэффициентам конвективной теплоотдачи к влажным пористым материалам и характеру их эволюции по длине опытного участка при изме нении параметров режима сушки (u = 3 15 м/с, t = 15 130 оС) путем тер моанемометрического исследования динамических и тепловых пограничных слоев;

- по аэродинамической обстановке в трехмерных моделях (масштаб 1:50, 1:75) рабочих камер установок и их элементов (газораспределительные устройства, сопловые сушилки для шпона, камерные сушилки для пиломате риалов, топочные пространства котлов промышленных предприятий и т.д.);

- с помощью прецизионной термоанемометрической аппаратуры по влиянию направленного вдува инородного газа с различной интенсивностью, более легкого по сравнению с основным газовым потоком, на развитие ос редненных и пульсационных характеристик турбулентного бинарного (кон центрационного) пограничного слоя ( = 15 165о;

F = 0,1 0,6 % и Тu = 0, 12,5 %).

3. Получены с помощью тепловизионных исследований новые опытные данные по температурным полям в крупногабаритных штабелях (64,51, м) пиломатериалов и проведена их корреляция с аэродинамической обста новкой на входе и выходе сушильного агента из штабеля.

4. Проведена настройка и адаптация вычислительного комплекса PHOENICS для решения задач исследования и проектирования рабочих ка мер крупнотоннажных конвективных теплотехнологических установок, в ко торых целенаправленными конструктивными приемами осуществляется воз действие на неравномерность тепломассообмена с целью снижения инте грального времени термической обработки материалов и нерациональных энергетических затрат.

Выполнены численные исследования по поиску путей создания рацио нальной аэродинамической обстановки в рабочих камерах и каналах тепло технологического оборудования:

- при перераспределении газовых потоков при широкомасштабной термообработке товарной пилопродукции, обеспечивших снижение брака го товой продукции минимум на 4%, что составляет для ЛДЗ ОАО «ЦКК» в г.

Братске, где установлен 24 сушильные камеры финской фирмы «Валмет», экономию в целом по заводу до 19100 т.у.т. в год. Для ЗДСП ОАО «Усть Илимский ЛПК», где установлено 36 аналогичных крупногабаритных су шильных машин экономия по отмеченным выше причинам составляет т.у.т. в год;

- путем совершенствования сопловых раздаточных элементов при суш ке тонких гибких материалов из различных пород древесины, промышленное использование которых позволило снизить технологический брак из-за не равномерности высушивания по ширине полотна лущеного шпона, термооб рабатываемого на конвективных ленточных установках с импактным набега нием теплоносителя финской фирмы «Рауте», на 2,6% (или 1370 т.у.т. на од ну установку);



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.