Моделирование процессов термической обработки сыпучих и листовых материалов с целью повышения их эффективности

• Автор: Волынский, Владимир Юльевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 394 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЫПУЧИХ И ЛИСТОВЫХ
МАТЕРИАЛОВ
1.1. Общие представления о процессах термообработки сыпучих и листовых материалов в среде газообразного теплоносителя и на горячей
поверхности
1.2. Оценка энергетической и технологической эффективности процессов термообработки материалов в промышленных аппаратах
1.2.1. Оценка энергетического совершенства сушильных установок и обжиговых печей
1.2.2. Направления повышения технологической
эффективности промышленного оборудования для
термообработки материалов
1.3. Современное состояние проблем моделирования и расчета термической обработки листовых и сыпучих материалов
1.3.1. Фундаментальные основы математического
моделирования процессов переноса теплоты и вещества внутри материала
1.3.2. Методы математического моделирования процессов тепломассообмена
1.3.3. Математическое моделирование процесса в потоке
частиц
1.4. Методология моделирования процессов термической обработки сыпучих и листовых материалов на основе теории цепей Маркова
1.5. Постановка задачи исследования
ЧАСТЫ. ЯЧЕЕЧНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ТЕРМООБРАБОТКИ КАНОНИЧЕСКИХ И ПЛОСКИХ ТЕЛ ПРОИЗВОЛЬНОЙ
КОНФИГУРАЦИИ
ГЛАВА 2. ЯЧЕЕЧНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОГРЕВА ТЕЛ
РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ
2.1. Базовые ячеечные модели теплопроводности в сферической частице, прямоугольной пластине и пластине произвольной конфигурации

2.1.1. Математическое описание процесса нагрева
теплоизолированной сферической частицы
2.1.2. Математическое описание процесса нагрева
теплоизолированной прямоугольной пластины
2.1.3. Математическая модель теплопроводности в плоской
пластине произвольной конфигурации
2.2. Влияние переменности свойств материала на условия
прогрева тел
2.3. Влияние внешнего теплообмена на условия прогрева

2.3.1. Влияние конвективного теплообмена на условия прогрева
частицы
2.3.2. Несимметричный теплообмен пластины с горячей средой
2.3.3. Моделирование теплообмена пластины произвольной конфигурации с горячей средой
2.4. Влияние числа ячеек и продолжительности перехода
на эволюцию распределения температуры
2.5. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЯЧЕЕЧНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА С УЧЕТОМ ВНУТРЕННИХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ
3.1. Моделирование взаимосвязанного тепло- и массопереноса в материале
3.1.1. Математическое моделирование процесса массопереноса
в материале
3.1.2. Общая ячеечная модель взаимосвязанного тепломассопереноса при термообработке сыпучих и листовых материалов
3.1.3. Взаимосвязанный тепломассоперенос в пластине при конвективном и контактном способе подвода теплоты
3.1.4. Влияние термодиффузии на влагоперенос в плоском сечении произвольной конфигурации
3.1.5. Влияние переменности термодинамических
характеристик и теплофизических свойств материала на кинетику процесса сушки
3.2. Влияние внутренних источников теплоты на условия
тепло- и массопереноса в листовом материале
3.2.1. Ячеечная модель тепловлагопереноса с перемещающейся
границей фазового перехода
3.2.2. Ячеечная модель тепловлагопереноса в материале при конвективном и контактном способе подвода теплоносителя с учетом движущейся зоны парообразования и конденсации

3.3. Моделирование тепломассообменных процессов сопряженных с протеканием в материале химических реакций
3.3.1. Влияние внутренних источников теплоты, вызванных химической реакцией, на условия неоднородного прогрева частицы
3.3.2. Математическое описание однородного прогрева частицы
с движущейся границей химической реакции
3.3.3. Математическое описание прогрева плоского сечения с учетом эндотермической реакции
3.4. Выводы по главе
ЧАСТЬ II ЯЧЕЕЧНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ ТЕРМООБРАБОТКИ СЫПУЧИХ И ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ АППАРАТАХ
ГЛАВА 4. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ТЕРМООБРАБОТКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ АППАРАТАХ
4.1. Ячеечная модель движения сыпучего материала
4.2. Термообработка глины во вращающейся барабанной сушилке
4.2.1. Одномерная ячеечная модель теплообмена между потоками сыпучего материала и газа в барабанной сушилке
4.2.2. Математическое описание процесса взаимосвязанного тепло- и массообмена между потоками сыпучего материала и газа
4.2.3. Алгоритм расчета сопряженного тепломассопереноса при одномерной модели движения материала и газа
4.2.4. Многоканальная модель процесса тепломассообмена в барабанной сушилке
4.3. Термическая переработка глинистого сырья на керамзит в противоточном обжиговом барабане
4.3.1. Модель движения сыпучего материала и газа с ячейками переменного объема
4.3.2. Математическая модель теплообмена между потоками материала и газа в противоточном обжиговом барабане
4.3.3. Анализ численных экспериментов по моделированию теплообмена
4.3.4. Математическая модель тепло- и влагообмена между потоками материала и газа при их противоточном движении
4.3.5. Расчетное исследование влияния изменения плотности материала на установившиеся распределения температур
4.3.6. Повышение эффективности управления процессом нагрева материала по длине барабана

где на главной диагонали размещены вероятности остаться в ячейках, над ней - вероятности перейти назад и под ней - вероятности перейти вперед. Очевидно, что события, вероятности которых приведены в столбцах, образуют полные группы событий (с частицей в каждом состоянии обязательно случится одно из трех), и суммы вероятностей по столбцам равны единицам, т.е. 8ит(Рд)=[1,1 1]. Последнее справедливо только для аддитивных свойств, которые можно суммировать (например, для тепла, которое может продвигаться по ячейкам, подчиняясь уравнениям баланса, но не для температуры, которая балансовым уравнениям не подчинена).
После одного перехода новый вектор распределения тепла определяется с помощью матрицы Рд :
Ок+1=Ро Применяя последовательно формулу (2.5), можно полностью описать эволюцию процесса распространения тепла по ячейкам. Таким образом, задачей моделирования является раскрытие смысла переходных вероятностей Ру применительно к описываемому явлению.
Рассмотрим в качестве базовой модели процесс в теплоизолированной по краям цепи ячеек, в которой перенос тепла подчинен закону Фурье, а внутренние источники тепла пока отсутствуют. В этом случае количество тепла, поступившее из 0+1)-й ячейки в /-ю за время А г равен
Щ]+и=-ЦТ]+1-Т])5+Ат, (2.6)
где X - коэффициент теплопроводности.
Температурау'-й ячейки может быть рассчитана по формуле
Су ГП] С;Р/,.Г
где су и ру — плотность и теплоемкость материала в у-и ячейке.
Подставляя выражение температуры через теплоту (2.7) в (2.6), получим выражение для перенесенного тепла в следующем виде
л2м;=-д( = (2'8)
Су+1ру+]5у+|А/- Су/>у5уЛг ' срАг 5у+| ■
Введем параметр т т А.Ат
с11{= у, (2.9)
срДг “