Русанов Сергій Аркадійович. Моделювання гідродинаміки віброкиплячого шару з розробкою утилізатора тепла сипких матеріалів

Краткое описание

Русанов Сергій Аркадійович. Моделювання гідродинаміки віброкиплячого шару з розробкою утилізатора тепла сипких матеріалів. : Дис... канд. наук: 05.17.08 2008

Русанов С.А. Моделювання гідродинаміки віброкиплячого шару з розробкою утилізатора тепла сипких матеріалів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 процеси та обладнання хімічної технології. Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2008.
Дисертація присвячена моделюванню гідродинаміки віброкиплячого шару, теоретичним та експериментальним дослідженням процесу віброкипіння, дослідженню впливу різних чинників: фізичних параметрів матеріалу, параметрів вібрації, геометрії робочих органів на гідродинаміку та теплообмін віброкиплячого шару, та розробці на основі отриманих даних утилізатору тепла сипких матеріалів.
Отримано математичну модель, що дозволяє спрогнозувати поведінку віброкиплячого шару в цілому для широкого спектру впливаючих чинників: фізичних властивостей сипкого матеріалу та газового середовища, геометрії робочого органу, параметрів вібровпливів, особливостей взаємодії фаз між собою та з вантажонесучими поверхнями. На основі отриманої моделі були вирішені деякі характерні задачі віброкипіння, створено систему автоматизованого моделювання віброкиплячих шарів сипких матеріалів. Показано, що рух віброкиплячого шару по вібруючим поверхням відповідає руху псевдопластичних рідин. Проведено експериментальні дослідження гідродинаміки віброкиплячого шару та теплообміну теплоносіїв з вібруючими поверхнями на стендових моделях. Розроблено теплообмінник-утилізатор для використання теплоти сипкого матеріалу, конструктивні особливості якого забезпечують інтенсифікацію теплообміну за участю сипких матеріалів. Розроблений утилізатор та програмний продукт впроваджено на двох підприємствах.

Проведено моделювання гідродинаміки віброкиплячого шару на основі створеної математичної моделі, яка описує структуру і поведінку віброкиплячого шару в різних умовах, дозволяє спрогнозувати поведінку віброкиплячого шару в цілому для широкого спектру впливаючих чинників: фізичних властивостей сипкого матеріалу та газового середовища, геометрії робочого органу, параметрів вібровпливів, особливостей взаємодії фаз між собою та з вантажонесучими поверхнями. Отримана модель дозволяє автоматизувати обчислення з використанням мінімального набору вхідних даних.
Отримані рівняння, що описують: поведінку віброкиплячого шару як суцільного середовища з особливою реологією, в якому, за рахунок підведеної зовнішньої вібрації, поширюються нелінійні хвилі деформації з періодичними змінами щільного та розпушеного стану; процес взаємодії віброкиплячого шару з вібруючими поверхнями з урахуванням деформацій вантажонесучих опор.
Створена система автоматизованого моделювання гідродинаміки віброкиплячих шарів «Виброслой 1.0», що дозволяє провести моделювання поведінки віброкиплячих шарів сипких середовищ з урахуванням фізичних параметрів сипкого середовища та газової фази, параметрів вібровпливів, особливостей фільтрації газу та властивостей робочих органів для ефективного проектування обладнання з віброкиплячим шаром.
Проведені теоретичні дослідження гідродинаміки руху віброкиплячих шарів сипких середовищ, включаючи: моделювання одиничного підкидання шару сипкого матеріалу; моделювання поведінки шару матеріалу на вертикально вібруючій поверхні; моделювання поведінки віброкиплячого шару, поперемінно контактуючого з двома вібруючими поверхнями.
Отримано профілі розподілу середньої швидкості по висоті шару при русі сипкого матеріалу по нахиленій вібруючій поверхні. За отриманими кривими плину віброкиплячого шару показано, що рух сипкого матеріалу по вібруючим поверхням відповідає руху псевдопластичних рідин.
Проведені експериментальні дослідження гідродинаміки віброкиплячого шару та теплообміну теплоносіїв з вібруючими поверхнями на стендових моделях. Було експериментально досліджено вплив параметрів вібрації, кута нахилу лотку, висоти шару сипкого матеріалу та конфігурації вібруючого лотка (прямокутний та напівкруглий) на гідродинаміку руху віброкиплячого шару. Проведено дослідження теплообміну віброкиплячих шарів сипких матеріалів та теплоносія (води) з вібруючими поверхнями в залежності від частот вібровпливів, результати яких були використані для проектування утилізаційного обладнання.
Розроблено теплообмінник-утилізатор для використання теплоти сипкого матеріалу, конструктивні особливості якого забезпечують інтенсифікацію теплообміну за участю сипких матеріалів.
Розроблена методика інженерного розрахунку та проведені комп’ютерні моделювання гідродинаміки та теплообміну теплоносіїв в запропонованому теплообмінному апараті.
Розроблене програмне забезпечення впроваджене для прогнозування динаміки шару сипкого матеріалу в процесі виробництва бетону та розчинів з урахуванням вібрації обладнання та проковзування шару матеріалу на ЗАТ „Управління виробничо-технологічної комплектації”, м. Херсон.
Запропонований теплообмінник-утилізатор впроваджений на ЗАТ «Укрсклопром», м. Херсон.