Термическая обработка дисперсных материалов в аппаратах с вихревыми двухфазными потоками

• Автор: Сокольский, Анатолий Иванович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 320 с. : ил.

Оглавление
Введение
1.Современное состояние проблем конструирования, моделирования и расчета аппаратов для термической обработки дисперсных материалов

1.1 Конструктивное оформление процессов сушки сыпучих

материалов.

1.2 Аэромеханика двухфазного закрученного газодисперсного потока.

1.2.1 Анализ сил, действующих на частицу в криволинейном потоке

газовзвеси

1.3 Кинетика фазовых превращений в дисперсной среде

1.4 Внутренний тепломассоперенос в твердых телах.

1.5 Тепломассообмен в потоке газовзвеси

1.6 Методы определения теплофизических характеристик капиллярно
пористых тел.
1.7 Методология расчета аппаратов с закрученными потоками газовой
и твердой фаз
2.Экспериментальнотеоретическое моделирование аэродинамики газового и газодисперсного потоков в аппарате интенсивного действия.
2.1 Описание конструкции аппарата.
2.2 Общие физические представления при моделировании движения
2.3 Аэродинамика газового потока
2.4 Гидродинамика газовзвеси в вихревой камере
2.5Анализ результатов решения математической модели аэродинамики
двухфазного потока в аппарате вихревого типа
3. Моделирование процессов термической обработки дисперсных материалов
3.1 Общие физические представления.
3.2 Моделирование тепломассопереноса при сушке единичной частицы.
3.2.1 Решение краевой задачи тепловлагопереноса с произвольными
начальными условиями и граничными условиями третьего рода.
3.2.2 Анализ полученных решений
3.3 Решение краевой задачи переноса теплоты и массы в сферической частице при малых числах Фурье.
4. Внешний тепломассообмен при сушке дисперсных материалов
4.1 Общие физические представления.
4.2 Анализ математических моделей тепломассообмена
полидисперсного материала с теплоносителем
4.3 Экспериментальные данные по внешнему тепломассообмену между
твердой и газовой фазами.
4.4 Экспериментальное определение теплофизических характеристик
влажных тел.
5. Термическая обработка дисперсных материалов в аппарате
интенсивного действия.
5.1 Методология расчета процесса сушки дисперсных материалов в
аппарате вихревого типа.
5.2 Результаты экспериментальных и расчетных исследований.
5.3Техяикоэкономические показатели работы экспериментальной
установки.
6. Исследование процесса сушки и дегидратации декагидрата
тетраоората натрия.
6.1 Промышленные способы получения буры.
6.2 Выбор конструкции установки для сушки буры и его обоснование.
6.3 Описание экспериментальной установки и методика проведения
эксперимента
6.4 Результаты экспериментального исследования процесса сушки буры
6.5 Общие представления о кинетике топохимических процессов и
аномальные явления при дегидратации.
6.6 Моделирование процессов терморазложения дисперсных
материалов
6.7 Математическая модель термического разложения дисперсных
материалов
6.8 Анализ полученных решений.
6.9 Кинетика реакции термического разложения декагидрата тетрабората натрия.
6. Результаты экспериментальных исследований по терморазложению декагидрата тетрабората натрия при изучении эффекта ТоплиСмита
6. Экспериментальнорасчетные данные по термообработке декагидрата тетрабората натрия в установке интенсивного
действия
7. Техническое решение по организации процессов термообработки
дисперсных материалов.
7.1 Термическая обработка сыпучих материалов
7.2 Общие принципы при моделировании аппаратов вихревого типа
7.3 Термообработка дисперсных материалов в барабанной
сушилке.
Заключение
Условные обозначения
Литература


В процессах термообработки происходит перенос вещества из твердой фазы в газовую. При кажущейся простоте процесса диффузия переносимого компонента из внутренних слоев к поверхности материала и последующая массоотдача с поверхности в среду теплоносителя, в реальности процессу сопутствует комплекс физикохимических превращений. Плотность потока субстанции, которой обмениваются фазы, существенно определяется закономерностями переноса теплоты и массы внутри материала, а также условиями обтекания его поверхности потоком теплоносителя. Быстрый темп изменения температуры и массосодержания материала в поверхностных слоях приводит к возникновению градиентов потенциалов переноса, способствующих образованию потоков субстанции, направленных изнутри к поверхности и в обратном направлении. Теплота может переноситься внутри твердого тела теплопроводностью через скелет твердого тела и конвекцией в порах. Перенос массы обуславливается массопроводностыо, зависящей от физических свойств вещества и его природы, концентрацией в лорах, а кроме того термои бародиффузией. Изменение теплои массосодержания в процессе термообработки ведет к изменению его теплофизических свойств и, во многих случаях, геометрических размеров тела. Они оказывают влияние на изменение коэффициентов внутреннего и внешнего переноса, которые, в свою очередь, влияют на скорость межфазного тепломассопереноса. Сложность учета всех вышеперечисленных явлений при создании единого математического описания вызывает необходимость составления упрощенных математических моделей переноса субстанций. КУ1,0 г, У,ГУЙ, г
1. Чи,р0 ОрЩЯ, г 6а ,VЛ, гУРД, гуя Я, г 0 1. При проведении инженерных расчетов процессов термообработки сыпучих материалов в среде газообразного теплоносителя при сравнительно невысоких температурах допустимо пренебрежение эффектом бародиффузии 2,1. В этом случае система уравнений 1. Кроме того, в важном для практики случае, когда основной перенос массы осуществляется посредством массопроводности, а влияние эффектов термодиффузии и внутреннего испарения влаги несущественно, в уравнениях 1. В результате система уравнений взаимосвязанного переноса теплоты и массы разделяется на две самостоятельные задачи переноса теплоты и массы, описываемые дифференциальными уравнениями параболического типа. Наибольшее применение уравнения тепломассопереноса нашли в области моделирования процессов сушки, благодаря фундаментальным трудам проф. А.В. Лыкова. Характер протекания процесса сушки в первом периоде определяется механизмом перемещения влаги с поверхности материала в окружающую среду через пограничный слой, расположенный у поверхности материала. РЯ,т Р0 сот
где влагосодержание материала, кгкг коэффициент массоотдачи, кгм2сПа vотношение объема высушиваемого тела к его поверхности, м. Втм2К температура среды и поверхности тела, С. V 1. Дначальное и критическое влагосодержание поверхность влажного тела Vобъем влажного тела теплота парообразования ,температура теплоносителя и материала. Выражения 1. Это объясняется сложностью процессов, протекающих на границе раздела фаз. К сожалению, такая информация о свойствах многочисленных материалов чаще всего отсутствует в справочной литературе. Кинетика сушки и прогрева во втором периоде определяется внутренним тепломассопереносом. Часто кривую сушки в период падающей скорости процесса аппроксимируют выражением, предложенным А. Е. Киир 1. Котносительный коэффициент сушки скорость сушки для периода постоянной сушки иик,ир критическое, конечное, равновесное влагосодержание материала К К коэффициент сушки. Исследуя кинетику сушки одного и того же материала при разных режимах, автор 9 получил выражение для определения длительности сушки
2
где А,В опытные константы. Дальнейшим развитием метода Лыкова является двухзональный метод 0, сущность которого состоит в том, что кривая скорости сушки заменяется ломаной линией. Таким образом, период падающей скорости сушки делится на две зоны, в каждой из которых скорость сушки уменьшается по линейному закону. Переход от первой зоны ко второй происходит при достижении второй критической точки.