Моделирование процесса обжига известняка в шахтной печи на основе теории цепей Маркова

• Автор: Ванюшкин, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 129 с. : ил.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЖИГА, 7 ЕГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ
1.1. Процессы обжига и их аппаратурное оформление
1.1.1 Печи для обжига керамических изделий и вяжущих материа

1.1.2 Печи для обжига известняка
1.2. Математическое моделирование тепловых процессов в оди
ночных сферических частицах
1.3. Математическое моделирование процесса в потоке частиц
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРО
ЦЕССА ОБЖИГА ОДИНОЧНОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЫ
2.1. Базовая ячеечная модель теплопроводности в сферической
частице
2.2. Влияние внутренних источников тепла и теплообмена на
внешней границе
2.3. Расчетное исследование процессов в одиночной сферической
частице
2.4. Выводы по главе 2
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ОБЖИГА В ПОТОКЕ ЧАСТИЦ
3.1. Процессы в частице при ее однородном прогреве
3.2. Ячеечная модель вертикальной обжиговой печи
3.3. Расчетное исследование процесса в обжиговой печи
3.4. Выводы по главе 3
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ОБЖИГА И ЕГО
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА
4.1. Исследование кинетики нагрева и разложения в процессе об
жига известняка
4.2. Инженерный метод расчета процесса и его программное
обеспечение
4.3. Экспериментальная проверка математической модели и мето
да расчета на промышленной обжиговой печи
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Актуальность темы диссертации. Аппараты для термической переработки сыпучих материалов (в частности, обжиговые печи) широко используются в строительной, химической и других отраслях промышленности. При обработке традиционных материалов, по которым накоплен опыт проектирования и эксплуатации, они зарекомендовали себя как аппараты, обеспечивающие достаточно высокую эффективность проводимых в них процессов и высокую надежность эксплуатации.
Однако спектр перерабатываемых материалов, их свойств и индивидуальных физико-механических и химических особенностей непрерывно расширяется. Разработанные к настоящему времени математические модели этих процессов, основанные, как правило, на интегральных балансах тепла и моделях однородного прогрева частиц, обобщающие большой опытный материал по эксплуатации существующего оборудования, уже не могут служить надежной основой для проектирования новых процессов и аппаратов для материалов с существенно иными свойствами, а также для разработки научно обоснованных энергосберегающих мероприятий для действующего оборудования.
В последнее время значительная часть научных исследований в этой области была направлена на углубление описания теплообменных процессов между одиночной частицей дисперсного материала и газом и исследование кинетики реакции термического разложения в ней, и в этом направлении достигнут значительный прогресс. Однако при переходе к описанию процессов в большом коллективе частиц, то есть в реальном аппарате, по-прежнему используются простейшие балансовые модели, представляющие собой весьма приближенный подход, не позволяющий описывать развитие процессов по длине аппарата, разрабатывать мероприятия по управлению ими и оптимизировать их. Естественно, что это существенно снижает универсальность предлагаемых моделей и алгоритмов расчета, которые могут быть использованы в практике инженерного проектирования. Сложившаяся

где р — плотность материала, который, являясь безразмерным, объединяет теплофизический свойства материала и принятые пространственный и временной шаги описания процесса. Тогда выражение (2.7) примет вид
щ+и=Д) • (2.9)
7+1 У
После перехода количество тепла в ячейке будет равно сумме тепла в начале перехода и тепла, поступившего в ячейку из предыдущей и последующей ячеек. Это уравнение баланса тепла имеет вид
ег *0+*(0+.|*—ок^)-тк^~ои~)=
7+1 > ' м . (2.10)

=<^0-1++^0+1 Н *2 *2 2+1
Запишем аналогичные уравнения баланса для (]-1)-й, }-й и (]-1)-й ячейки, сохраняя в каждом уравнении все значения (), участвующие в описании, и проставляя нули перед теми значениями, которые в данном уравнении отсутствуют
0% = /-2 у—1 *2-1 *2
0+1 = 00-2 + ^ -^-0-1 + (1 - ^ (^-+^-))0 + л “0+1 + °0+2 ■ (2.11)
^7-1 ^7 *^7 7+1
0+' = 00-2+004 +<*%*-0 +(1 -^+^))0, +^^02 *2 *2+1 ЛУ+1 *2+2
В дальнейших преобразованиях будут использоваться очевидные геометрические соотношения