Свободная конвекция в слоях крупнозернистых сыпучих строительных материалов

• Автор: Покотилов, Виктор Владимирович
• Шифр специальности: 05.23.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Минск
• Количество страниц: 215 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ В ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ В СЛОЯХ СЫПУЧИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.II

1.1. Классификация и структурные характеристики сыпучих строительных материалов.II

1.2. Механизм теплообмена в слоях строительных сыпучих материалов

1.2.1. Теплопроводность и радиационный теплообмен в слоях сыпучих строительных материалов
1.2.2. Анализ исследований конвективной устойчивости жидкости и интенсивности конвективного теплообмена в горизонтальных и вертикальных слоях зернистых систем

1.3. Анализ исследований фильтрационных свойств крупнозернистых систем.

1.3.1. Аэродинамическое сопротивление зернистого слоя. Критерии подобия.

1.3.2. Коэффициент проницаемости. Влияние граничного слоя на фильтрационные характеристики засыпки

1.4. Выводы по разделу I и задачи исследования. .

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И ПАРАМЕТРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ФИЛЬТРАЦИЮ И СВОБОДНУЮ КОНВЕКЦИЮ В СЛОЕ КРУПНОЗЕРНИСТОГО СЫПУЧЕГО
МАТЕРИАЛА
2.1. Основные законмерности фильтрации для двухслойной модели крупнозернистого материала. .
стр.
2.2. Влияние граничного слоя на теплообмен при свободной конвекции в слое зернистого материала
2.3. Обоснование основных параметров и критериев, определяющих фильтрацию и свободную конвекцию в слоях крупнозернистых строительных материалов
2.4. Аэродинамическое сопротивление слоя крупнозернистого сыпучего материала
2.5. Выводы по разделу 2
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОГО ПРОЦЕССА ФИЛЬТРАЦИИ В СЛОЕ КРУПНОЗЕРНИСТОГО СЫПУЧЕГО СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
3.1. Разработка методики экспериментального исследования .
3.1Л. Методика экспериментального исследования толщины граничного слоя
3.1.2. Методика экспериментального исследования проницаемости граничного и среднего слоя засыпки.
3.2. Разработка лабораторных установок для проведения экспериментальных исследований .
3.2.1. Лабораторная экспериментальная установка для определения толщины граничного слоя и последовательность проведения эксперимента .
3.2.2. Лабораторные экспериментальные установки для определения проницаемости граничного и среднего слоев засыпки и последовательность проведения эксперимента . .
3.3. Оценка погрешности косвенных измерений
3.4. Основные результаты экспериментального исследования
3.5. Выводы по разделу 3
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ
СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ СЛОЕ
КРУПНОЗЕРНИСТОГО СЫПУЧЕГО СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА. .
4.1. Методика проведения экспериментального исследования III
4.2. Лабораторная экспериментальная установка для определения коэффициента эффективной теплопроводности крупнозернистого слоя и последовательность проведения эксперимента
4.3. Оценка погрешности косвенных измерений. . . .
4.4. Основные результаты экспериментального исследования . . . .
4.5. Выводы по разделу
5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИССЛЕДОВАНИЙ.
5.1. Анализ расчетных зависимостей по теплообмену при свободной конвекции в горизонтальных и вертикальных зернистых слоях
5.2. Номограмма для определения эффективного коэффициента теплопроводности горизонтальных и вертикальных слоев сыпучих строительных материалов с учетом свободной конвекции
5.3. Методика теплового расчета теплоизоляции из крупнозернистого сыпучего строительного материала.
5.4. Методика расчета аэродинамических параметров слоя крупнозернистого сыпучего строительного материала
5.5. Эффективность применения теплоизоляции из крупнозернистых сыпучих строительных материалов для пропарочных камер периодического действия
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Каждый из этих видов теплообмена имеет ряд определяющих факторов и подчиняется различным физическим закономерностям. А ЗФ А А р Ак . Коэффициенты Ар и А к не отражают физической сущности происходящих процессов теплообмена и введены по аналогии с коэффициентом кондуктивной теплопроводности, хотя, по сути, являются сложными функциями, зависящими от множества факторов. Применительно к сыпучим строительным материалам ниже приво дится анализ отдельных видов теплообмена. Теплопроводность считается доминирующей ,,,,однако при определенных условиях другие виды теплообмена могут стать определяющими. При высоких температурах может превуалировать радиационный теплообмен. Процесс кондуктивной теплопроводности в зернистых системах происходит за счет теплопроводности самих частиц, передачи теплоты между ними в местах контакта, между частицами и дисперсионной средой, молекулярной теплопроводностью дисперсионной среды ,, ,,,,,. Результаты многочисленных экспериментальных и аналитических исследований, основанных на различных модельных представлениях, позволяют рассчитывать и даже прогнозировать теплопроводность зернистых систем . Для гетерогенных систем, к которым относятся строительные сыпучие материалы, наиболее полные исследования проведены школой Г. Н.Дульнева . В истории аналитических исследований теплопроводности построено множество моделей дисперсных систем. Им посвящены работы Н. В.Антонишина, Л. Л.Васильева, Г. С.Гарнашевич, Г. Н.Дульнева, А. С.Ляликова, А. Миснара, И. Я.Неусихина, А. У.Франчука, А. Ф.Чудновского, Ю. П.Шлыкова и др. За модель системы обычно принимается ячейка дальнего порядка, параметры которой характеризуют моделируемую систему ,,. Результаты расчетов в основном хорошо согласуются с экспериментом. Однако при экспериментальных исследованиях теплообмена в слоях крупнозернистых засыпок существенную ошибку может вносить граничный слой. В работах ,,,, получены зависимости для определения плотности и теплопроводности граничного и среднего слоев строительных засыпок. Радиационный теплообмен является сложным в описании в силу множества факторов, влияющих на его интенсивность. Это, в первую очередь, температура системы и оптические свойства среды, а также теплопроводность системы, степень черноты ограничивающих поверхностей и частиц и др. При моделировании радиационного теплообмена в зернистых системах, последние заменялись рядом параллельных плас тин, системой с прямоугольными порами и др. Наряду с моделированием реальных систем широко используются приближения оптически толстого и тонкого слоя . Дисперсная система в этом случае представляется в виде изотропной среды, поглощающей, излучающей и рассеивающей лучистую энергию. Конвекция в пористой среде может иметь место в результате инверсии плотности жидкости в гравитационном поле, вызываемой тепловым расширением, либо градиентом концентрации жидкости в системе. В данном анализе рассматриваются вопросы тепловой конвекции жидкости в относительно тонких слоях, заполненных зернистым материалом. Для таких систем применяют ряд упрощающих обстоятельств, называв мых приближениями Буссинеска жидкость считается несжимаемой, пренебрегают отклонениями плотности за счет неоднородности температуры, учитывают эти отклонения только в уравнении движения в члене с подъемной силой Характер конвективного движения может быть многоячеистым трехмерным или двумерным для горизонтального слоя, двумерным, в виде одной конвективной ячейки, для вертикального слоя рис. Исследованиями доказано, что расчеты на двумерной модели дают незначительные расхождения с трехмерной моделью, особенно в зоне между кризисом равновесия и флуктуационным режимом конвекции ,. Поэтому к реше нию чаще принимаются двумерные уравнения конвекции в пористом слое в предположении, что пористый материал является гомогенной и изо тропной средой, таким образом, считая разность температур между поверхностями зерен и жидкостью отсутствующей. Сделанное допущение позволяет применять к рассматриваемому случаю систему уравнений, аналогичную системе уравнений свободной конвекции в слоях жидкости ,,,,.