Математическое моделирование, численное исследование и разработка энергоэффективных технологий конвективной сушки керамического кирпича

• Автор: Карпухина, Тамара Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА РАЗРАБОТКИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХ- 12 НОЛОГИЙ СУШКИ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Анализ современных подходов к технологическому обеспечению 12 энергоэффективной бездефектной сушки керамических изделий
1.2. Особенности тепломассообменных процессов при сушке капилляр- 31 но-пористых материалов и их влияние на качество керамических изделий
1.3. Проблематика прогнозирования кинетики тепловлажностного со- 38 стояния керамического изделия в процессе сушки
1.4. Выводы. Цель и задачи исследований
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНВЕКТИВНОЙ СУШ- 47 КИ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА
2.2. Математическая модель кинетики тепловлажностного состояния ке- 48 рамического кирпича в процессе сушки
2.3. Диффузия жидкости в капиллярно-пористом пространстве керамиче- 51 ского кирпича
2.4. Методика численного моделирования кинетики тепловлажностного 54 состояния керамического кирпича в процессе сушки
2.5. Проблемно-ориентированный программно-информационный про- 88 дукт для моделирования кинетики тепловлажностного состояния керамического кирпича в процессе сушки
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА 93 СУШКИ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА
2.1. Схема и физическая модель процесса

3.1. Исследование эффективных теплофизических свойств керамического 93 кирпича
3.2 Исследование анизотропии коэффициента диффузии жидкости в ка- 96 пиллярно-пористом пространстве керамического кирпича
3.3. Исследование адекватности разработанных математических моделей 101 и расчетных методик реальным условиям
3.4. Выводы 112 ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНО- 113 ЛОГИИ СУШКИ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА
4.1. Методика численного исследования и поиска оптимальных техноло- 113 гических условий сушки
4.2. Исследование закономерностей кинетики тепловлажностного со- 118 стояния керамического кирпича в процессе сушки
4.3. Разработка и исследование способа конвективной сушки с регенера- 123 цией сушильного агента в трубе газодинамической температурной стратификации
4.4. Технологические рекомендации по обеспечению энергоэффективной 125 сушки керамического кирпича
4.5. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 13
ПРИЛОЖЕНИЯ
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ И СОКРАЩЕНИИ
а, коэффициент теплоотдачи сушильного агента к /-й поверхности
кирпича, Вт/(м2-К);
Р, коэффициент массоотдачи с г-й поверхности кирпича к сушиль-
ному агенту, м/с;
X, эффективная теплопроводность кирпича, Вт/(м-К);
р эффективная плотность кирпича, кг/м3;
т время, с;
Дт шаг интегрирования по времени, с;
Ах, Ау, Аг шаги интегрирования по пространственным переменным.
ф( относительная влажность греющего агента, %;
с эффективная удельная теплоемкость кирпича, Дж/(кг-К);
Ср концентрация водяного пара в потоке сушильного агента, кг/м3;
С,„ концентрация водяного пара на поверхности кирпича, кг/м3;
О коэффициент диффузии жидкости в материале, м2/с;
г,у, к номер расчетной точки;
gК плотность массового потока пара с поверхности кирпича в анали-
зируемой точке, кг/(м2-с);
(}/ расходы влаги с каждой поверхности кирпича, кг/с;
gradW,lj, к градиент влагосодержания, кг/м4;
£гадТКЬ к градиент температуры, К/м;
К коэффициент формы тела;
т темп регулярного режима влагопереноса;
М0 масса кирпича до его сушки, кг;
пх, Пу, п2 количество расчетных точек вдоль осей х, у и г соответственно;
Р пористость капиллярно-пористого тела, %;
р давление сушильного агента в сушильном устройстве, Па;

теристик - коэффициентов теплопроводности, температуропроводности, удельной теплоемкости.
При сушке глины возможны различные виды перемещения влаги (под действием разности концентрации, капиллярных сил, осмотического давления), поэтому неточно считать, что при сушке влага перемещается из внутренних слоев глины на ее , поверхности под действием сил внутренней диффузии. Обобщая все виды перемещения, точнее будет по аналогии с теплопроводностью, пользоваться понятием влагопроводности сушимого материала.
По аналогии же с теплопроводностью, влагопроводность можно определить по уравнению Фурье:
^ = К у О-4)
т вп1 0 у
(к" с1е
где gвл — масса перемещающейся влаги, кг; твл — время перемещения влаги, с; свл — массовая концентрация влаги в глине, кг/кг; е — отрезок нормали, по которой перемещается влага, м;
Квл — общий коэффициент влагопроводности, м2/с;
Т — площадь, через которую перемещается влага, м2; у0 — плотность абсолютно сухого вещества, кг/м3;

-------поток перемещающейся влаги в глине;

——— градиент влажности в направлении перемещения влаги, т. е. разность

концентрации влаги на бесконечно малом пути [51].
Таким образом, скорость миграции влаги в сушимом материале под действием всех перемещающих ее сил равна общему коэффициенту влагопроводности, умноженному на градиент влажности. Общий коэффициент влагопроводности представляет собой сумму частных коэффициентов, т. е. коэффициентов влагопроводностей, обусловливаемых диффузионным, осмотическим и капиллярным перемещением влаги в виде пара и жидкости. Влага перемещается