Тепломассоперенос в реакторе получения пористого титана магниетермическим способом

• Автор: Нечаев, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Содержание

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ТИТАНА

1.1. Обзор способов получения губчатого титана

1.2. МАГ1ІИВТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ТИТАНА

1.3. Теплофизические свойства компонентов, участвующих в технологии ПОЛУЧЕНИЯ 'I итлнл

1.4. Подходы к описанию процесса магниетермического получения губчатого

ТИТАНА В А1IIІАРАТК ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТОДОМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Выводы ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕЧЕНИЯ РАСПЛАВА В РЕАКТОРЕ С УЧЁТОМ ФИЛЬТРАЦИИ РАСПЛАВА В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ
2.1. Расчётная схема и упрощающие предположения
2.2. Влияние реакций на физико-химическую гидромеханику
2.3. 1 [ОСТАНОВКА КРАЕВОЙ ЗАДАЧИ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА С УЧЁТОМ ФИЛЬТРАЦИИ
РАСПЛАВА 15 ПОРИСТОЙ СРЕДЕ
2.4. Условия сопряжения на проницаемой границе МЕЖДУ РАСПЛАВОМ И ПОРИСТОЙ СРЕДОЙ
2.5. АЛГОРИ ГМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ
2.6. Методика численного решения задачи
Выводы ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
3.1. ТЕПЛОПЕРЕНОС НА МОДЕЛИ В БЕСКОНВЕКТИВНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ
3.2. Изучение движения вязкой жидкости
3.3. СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЯ РАСПЛАВА МАГНИЯ В РЕТОРТЕ
Выводы ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕЧЕНИЯ РАСПЛАВА В РЕАКТОРЕ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ТИТАНА НА ОСНОВЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ РАСЧЁТОВ
4.1. Динамика течения расплава мал іия в условиях разогрева реактора
4.2. ВЛИЯНИЕ ПР01ІИЦАЕМОСТИ ГРАНИЦЫ СОПРЯЖЕНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ ТЕЧЕНИЯ РАСПЛАВА
В РЕАКТОРЕ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ТИТАНА
4.3. Динамика течения расплава в реакторе получения губчатого титана при ВНЕШНИХ ТЕПЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
4.4. Влияние технологических параметров на тепломассоперенос в реакторе
ВОССТАНОВЛЕНИЯ
4.4. ]. Влияние массового расхода ТХТ на процессы тешомассоперепоса
4.4.2. Влияние интенсивности охлаждения верхней части реторты на
тепломассоперенос в реакторе восстановления
4.5. Практические рекомендации
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основные обозначения
Физические константы
g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.
Физические свойства
X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К);
X - коэффициент температуропроводности, м2/с; р - плотность, кг/м3; с - удельная теплоёмкость, Дж/(кг-К); т - пористость губчатого титана; р - коэффициент динамической вязкости, Па-с;
V- коэффициент кинематической вязкости, м2/с; у - безразмерный коэффициент;
Р - коэффициент объёмного расширения, КГ1.
Другие обозначения
т - время, с;
Т- температура, °С;
а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К);
V - объём, м3;
<2 - теплота, Дж;
Я - плотность теплового потока, Вт/м2;
Ы- мощность нагревателя, Вт; со - завихренность, с~';
|/ - функция тока, м2/с;
и, V - компоненты вектора скорости в проекциях на оси г и г, м/с; р - давление, Па;
К - проницаемость губчатого титана, м ;
М- скорость подачи тетрахлорида титана, кг/ч;

Продолжительность процессов для аппарата производительностью 4,8 т:
• около 3 суток — цикл восстановления,
• около 4 суток - цикл вакуумной сепарации.
Структура промышленной титановой губки характеризуется следующими параметрами [14-16, 51, 63].
• Пористость губки находится в пределах 45^-70 % от её кажущегося объёма.
• Основное количество (7СН-80 %) пор в губке имеет радиус от 10 до 50 мкм.
• Радиус наиболее мелких открытых пор колеблется от десятых долей микрона до нескольких микрон.
• Удельная поверхность губки - от 20(Н300 см2/г до 700^-800 см2/г. Поверхность блока при увеличении и поры в блоке ТГ показаны на рисунке 3.
Рис. 3. Поверхность блока губчатого титана (слева) и поры в губчатом титане при увеличении в 5 раз [28]
Магниетермическое восстановление титана из его тетрахлорида является сложным многопараметрическим неравновесным процессом [7]. С появлением высокопроизводительных аппаратов с цикловым съёмом 4,8 и 7,0 т всё более актуальным становится определение рационального алгоритма действий в ходе процесса. Возникает задача прогнозирования теплофизических явлений, протекающих в реакторе для получения губчатого титана. Ускоренное решение этой задачи возможно на основе метода математического моделирования.