К моделированию теплообменника с псевдоожижаемой насадкой для систем аспирации стройиндустрии
К моделированию теплообменника с псевдоожижаемой насадкой для систем аспирации стройиндустрии
Модернизация предприятий строительного комплекса на основе совершенствования теплосберегающих технологий, разработки теплообменных аппаратов, эффективно использующих потенциал теплоносителей, определяется государством как актуальная стратегическая задача развития страны (Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" (с изменениями и дополнениями). Рост объемов производства и строительства, стоимости всех видов энергоносителей и ресурсов, делает экономически целесообразным разработку и внедрение теплообменных аппаратов, эффективно использующих в т. ч., вторичный тепловой потенциал.
Одним практически востребованных направлений с использованием возобновляемых и не возобновляемых теплоэнергетических ресурсов является их применение. В целом ряде работ [1-3] изучался теплообмен в устройствах для систем горячего водоснабжения и отопления. По результатам работы [1] модернизированная система теплоснабжения весьма эффективно использовала энергию централизованной теплосети с реализацией смешанной схемы систем воздушного отопления и горячего водоснабжения здания. В [2] предложена модель описания процесса нагрева воды в теплообменниках, использующих низкопотенциальное теплообмена в солнечном воздушном коллекторе.
Результаты исследований [2, 3] показывают, что имеется экономически обоснованная возможность использования низкопотенциальной энергии солнца для нагрева воды в теплообменных устройствах для целей отопления и горячего водоснабжения теплиц и других зданий и сооружений.
Получение высоких теплотехнических параметров теплообмена в достигается различными техническими решениями. При этом применению псевдоожиженного слоя - насадки гранулированного материла в теплообменниках для достижения высоких значений коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи посвящен целый ряд работ, например [4-6]. Результаты исследования изучения теплообмена в печи с псевдоожиженным слоем показали, что порозность псевдоожиженного слоя, определяемая скоростью теплоносителя агента-газа, оказывает наиболее значительное влияние на величину коэффициента теплопередачи. Размер гранул материала слоя влияет на процесс теплопередачи незначительно [4]. Результаты работы [5] показывают, что предложенная конструкция теплообменника с псевдоожиженным слоем для аппарата вымораживания соли из раствора имела более высокие теплотехнические показатели, в сравнении с обычно применяем устройством поверхностного типа, что обеспечило приемлемую рентабельность и его надежную работу. В [6] было установлено, что в исследованной конструкции теплообменника частицы материала гранул псевдоожиженного слоя препятствуют адгезии частиц пыли на стенках устройства, масштабирование которого не является сложной проблемой.
Фундаментальные исследования области процессов и аппаратов теплообмена в псевдоожижененных слоях, например, [7], прикладные научно-технические исследования [4-6, 8-10] показывают, что данная тема находится в фокусе внимания ученых. Проведенный обзор даже части источников технической литературы показал на актуальность дальнейшего изучения данного направления в науке и технике. Описание теплообменных процессов в псевдоожиженном слое дисперсных материалов на основе моделирования остается также актуальной в настоящее время. При этом использование теплового потенциала отходящих газов от выбросов систем аспирации [10, 11] требует дальнейшего изучения для появляющихся новых конструкций теплообменников с псевдоожиженным слоем [12, 13].
Систему уравнений Навье-Стокса в трехмерных координатах, - конвективного теплопереноса газовых потоков, характерных для аппаратов псевдоожиженного слоя, даже для случая идеального газа-агента получить не представляется возможным. Одним из методов описаний конвективного теплопереноса в устройствах в т. ч. теплообменников с псевдоожижаемой насадкой, возможно на основе теории моделирования с использованием критериев подобия, например [14, 15].
В первом приближении в практических целях для расчета коэффициент теплоотдачи от газа к стенкам змеевика теплообменника Пс возможно на основе известных регрессионных соотношений критериального вида [16-17]. Зависимость коэффициента теплоотдачи Пс является функцией кинетических и тепловых параметров потенциала газа - агента (скорости, или критерия Рейнольдса, ReЭг, среднеинтегрального значения температуры в слое TГ. ср, критерия Прандтля PrГ). Данные регрессионные зависимости имеют вид [16-18]
(1)
Здесь NuПс - критерий Нуссельта, вычисленный по среднемедианному значению эквивалентного размера (диаметра) твердых частиц-гранул, , определяемого по данным анализа фракционного состава гранул материала (дисперсионного анализа), м;
Пс - коэффициент теплопроводности псевдоожиженного слоя;
DГ - коэффициент молекулярного диффузионного перемешивания в газовой фазе, принимаемый по справочным данным, м2 /с;
ReЭг - критерий Рейнольдса, для твердых частиц-гранул среднемедианным эквивалентным размером гранулы-частицы и относительной среднерасходовой скорости ее движения газового потока VГ, (м /с);
PrГ - критерий Прандтля
.
Где Г - кинематическая вязкость газа, м2 /с.
Значения коэффициентов Г и DГ, или собственно величины числа Прандтля PrГ, например для случая газа - воздуха для принимаются по справочным данным для среднеинтегрального значения температуры газа в слое TГ. ср, К, и коэффициента теплопроводности в псевдоожиженном слое Пс определяемой расчетом с использованием экспериментальных данных.
При этом определение величины коэффициента эффективной теплопроводности в псевдоожиженном слое пс для исследованных материалов определялись по корреляционному соотношению вида [18]
(2)
Где Пс - теплопроводность псевдоожижаемого слоя при вынужденном конвективном потоке газа; Эк - истинная теплопроводность того же слоя в стационарном состоянии при отсутствии фильтрации газа, Т - истинная теплопроводность частиц материала (первом приближении принимается по справочным данным, или Эк и Т Определялись экспериментально).
Эквивалентное значение критерия Рейнольдса
(3)
Где VСр - среднерасходовая скорость газа в "живом" сечении теплообменника, м/с, - порозность псевдоожижаемого слоя для исследуемых материалов и конструкции теплообменника в аэродинамическом режиме, определяемая экспериментально.
Ф - коэффициент сферичности частиц объемом и эквивалентным среднемедианным миделевым сечением со среднемедианным эквивалентным размером гранулы-частицы, находится по соотношению
(4)
Наиболее надежным способом определения величины критерия Рейнольдса является расчет по результатам экспериментальных данных измерением скорости газа, например, на входе в устройство или выходе из слоя. В данном случае значение критерия относится к соответствующему месту устройства, где проводились измерения.
В результате статистической обработки данных результатов значительного числа серий экспериментов, выполненных на лабораторной установке с исследуемой конструкцией теплообменника [10-13], получены уточненные регрессионные зависимости для ряда материалов. При этом значение коэффициентов допустимо принимать N=0,33 в регрессии (1) [16-17]. Значение параметрических коэффициентов А, B и M изменяется в зависимости от вида исследованных материалов и варьируемой высоты теплообменника, слоя и их соотношения. Величина диаметра теплообменника при его масштабировании должна приниматься неизменной, но их число "ячеек" должно увеличиваться для достижения требуемой его производительности.
Величины теплопроводности Пс, среднемедианного эквивалентным размера гранулы-частицы материала слоя и параметра ВЭ, порозности Пс для исследуемых материалов и конструкции теплообменника в исследованном диапазоне аэродинамических режимов определены экспериментально.
Выводы
- 1. Результатом выполненных и представленных в работе исследований являются уточненные регрессионные соотношения обобщенного типа для зависимости критерия Нуссельта NuПс с целью определения коэффициента теплоотдачи от частиц псевдоожиженного слоя Пс предложенной конструкции теплообменника. Полученные на основании расчетов значения коэффициентов теплоотдачи Пс по системе соотношений (1)- (4) имеют хорошее совпадение с результатами измерений. 2. Одним из наиболее эффективных технических мероприятий по сокращению снижению потерь тепла, выбрасываемого нагретыми газовоздушными потоками систем аспирации, и снижению теплового загрязнения атмосферы представляется установка высокоэффективных теплообменников для нагрева воды систем горячего водоснабжения и местного отопления предприятий стройиндустрии.
Литература
Теплообменник дисперсный аспирационный регрессионный
Смирнов, Р. В., Бахвалов, Ю. А. Математическое моделирование теплообменных процессов в энергосберегающих гелиоустановках коллектора // Инженерный вестник Дона, 2013, №3. URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1782.
Романова, М. И., Шерстюков, В. В. Энергоэффективный метод использования излишек тепла солнечного коллектора // Инженерный вестник Дона, 2012, №4-2. URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1440.
Петренко, В. Н., Мокрова, Н. В. Разработка системы горячего водоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии// Инженерный вестник Дона, 2013, №2. URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1617.
Basu P., Nag P. K. Heat transfer to walls of a circulating fluidized-bed furnace //Chemical Engineering Science. 1996. V. 51. №. 1. Pp.1-26
Habib B., Farid M. Heat transfer and operating conditions for freeze concentration in a liquid-solid fluidized bed heat exchanger //Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2006. V. 45. №. 8. Pp.698-710.
Pronk P., Ferreira C. A. I., Witkamp G. J. Prevention of fouling and scaling in stationary and circulating liquid-solid fluidized bed heat exchangers: Particle impact measurements and analysis //International Journal of Heat and Mass Transfer. 2009. V. 52. №. 15. Pp.3857-3868.
Kunii D., Levenspiel O. Fluidization engineering. Elsevier, 2013, 179 p.
Рощин, П. А. и др. Обоснование использования спирального теплообменника кипящего слоя в тепловых и теплогенерирующих установках // Вестник ВолгГасу. 2011. Вып.25 (№44). С. 208-211.
Рощин, П. А. и др. Энергоэффективность тепловых установок со спиральным теплообменником кипящего типа // Вестник ВолгГАСУ. 2013. № 30 (49). С. 212-216.
Кошкарев, С. А., Рощин, П. А. Совершенствование эффективных устройств использования теплоэнергоресурсов // Экономика. Бизнес. Банки. 2016. № 1 (14). С. 123-132.
Koshkarev, S. A. A. I. Evtushenko, Pushenko, S. L. Evaluation of solid particles slippage' amount throw out wet dust cleaning device in the dust removal system in building industry. Procedia Eng. 2016. V.165. Pp.1057 - 1069.
Патент № 109838. Россия / Рощин, П. А., и др. Спиральный теплообменник кипящего слоя. Заявка № 2011124254 от 15.06.2011. Опубликовано 27.10.2011, Бюл. № 30.
Патент №161262 Россия, MKI U1 B01D 46/38. Аппарат псевдоожиженного слоя/ Кошкарев, С. А. и др. Заявка № 2015139314/05. Опубл. 10.04.2016, бюлл. № 10.
Кэйс, В. М. Конвективный тепло - и массообмен / В. М. Кейс. М.: Энергия, 1972. 448 с.
Фролов, В. Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов. Л.: Химия, 1987. 206 с.
Hsu, N. T. Thermal and material transfer in turbulent gas streams: local transport from spheres / N. T. Hsu, B. H. Sage // A. I. Ch. E. Journal, 1957, V.3, N 3. Pp. 405-410.
Химвинга, Мвине. Повышение эффективности очистки пылегазовой смеси в аппарате распылительного типа.: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.17.08. Воронеж. ТГТУ, 2016. 18 с.
Аэров М. Э., Тодес О. М., Наринский Д. А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Гидравлические и тепловые основы работы. Л.: Химия, 1979. 176 с.
Похожие статьи
-
Необходимо составить математическое описание теплообменника, в котором жидкий продукт нагревается насыщенным водяным паром (расход, кг/с), до температуры...
-
В состав системы эконометрических уравнений входят множество зависимых или эндогенных переменных и множество предопределенных переменных (лаговые и...
-
Программное управление является приемлемым подходом во многих прикладных ситуациях. На этом принципе основаны, например, простые металлорежущие станки...
-
Информация - это все данные, являющиеся объектом сбора, хранения, обработки, передачи и преобразования. Землеустроительная информация - это особый вид...
-
Равноускоренное (равнозамедленное) развитие. Этому типу динамики свойственно постоянное во времени увеличение (замедление) развития. Уровни таких рядов...
-
В нашем анализе данных показателей рынков под "самородками" понимаются зависимости, отражающие степень эффективности рекламных кампаний. Эксперты часами...
-
Рис.2. Схема алгоритма моделируемой модели Обоснования выбранных систем проектирования В качестве программной среды моделирования решено использовать...
-
В большинстве случаев структурная неопределенность вызвана неполнотой знания аналитической структуры уравнений модели объекта управления. При не...
-
Описание блоков SimEvents в программе Matlab - Моделирование систем
Time-Based Entity Generator (Раздел Generators/Entity Generator.) - блок генерирует сущности в моменты времени, определяемые входным сигналом или...
-
Пример успешного использования методов многошагового обучения для задачи управления производством. Рассмотрим простейший вариант, когда производится лишь...
-
Моделирование динамики рыночной системы
Введение В современных условиях динамичного развития рыночной системы экономика, испытывающая многочленные подъемы и спады, требует внешнего воздействия,...
-
Основные понятия теории экономико-математического моделирования Кибернетический подход к исследованию экономико-математических систем Обычно...
-
Основные направления совершенствования организационной структуры предприятия ОАО "Огонек". Любую перестройку структуры управления необходимо оценивать, в...
-
Z -преобразование является одним из математических методов, разработанных для анализа и проектирования дискретных систем. Аппарат Z -преобразования...
-
В настоящее время нельзя назвать область человеческой деятельности, в которой в той или иной степени не использовались бы методы моделирования. Особенно...
-
Моделирование рынка тепла - Расчетная модель оптимизации системы теплоснабжения региона
Энергосистема теплоснабжение конкуренция регион В нашей предыдущей работе [1] была разработана методология анализа конкуренции ТЭЦ и/или котельных, а...
-
По мере работ стало понятно, что нам не удавалось приблизиться к качеству, сравнимому с уровнем анализа эксперта, поскольку около 20% тестов...
-
Заключение - Моделирование систем массового обслуживания с использованием метода Монте-Карло
Метод Монте-Карло можно определить как метод моделирования случайных величин с целью вычисления характеристик их распределений. Возникновение идеи...
-
Построение, или моделирование, конечной факторной системы для анализируемого экономического показателя хозяйственной деятельности можно осуществить как...
-
Модель в общем смысле (обобщенная модель) есть создаваемый с целью получения и (или) хранения информации специфический объект (в форме мысленного образа,...
-
Программное управление Относительно просто может быть сформулирована так называемая задача программного управления. В ней предполагается, что управляющие...
-
Метод Монте-Карло используют для вычисления интегралов, в особенности многомерных, для решения систем алгебраических уравнений высокого порядка, для...
-
Пусть Dl, r() соответственно левые (правые) границы интервалов I, отвечающих на криволинейной трапеции ОИО значениям 0< < 1. Тогда интересующая нас...
-
Пожары и взрывы причиняют значительный материальный ущерб, в ряде случаев вызывают тяжелые травмы и гибель людей. Ущерб от пожаров и взрывов в...
-
Моделирование системы в условиях неопределенности - Основы теории систем и системного анализа
Как уже отмечалось в первой части нашего курса, в большинстве реальных больших систем не обойтись без учета "состояний природы" -- воздействий...
-
1. Название проекта: "Математические модели в экономике". 2. Руководитель: учитель математики Тыкоцкая Л. И. 3. Учебные предметы: математика, экономика....
-
СПОСОБЫ ОПИСАНИЯ СТРУКТУР. МОРФОЛОГИЯ СОЦИАЛЬНО-ПОЛИТИЧЕСКОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СФЕР Структурное моделирование. Структурный анализ Основная цель...
-
Совершенствование системы управления - сложный и непрерывный процесс воздействия, направленный на более целесообразную организацию управляющей системы...
-
В основе метода площадей лежит предположение, что объект может быть описан линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами, а его...
-
Выделим случай, когда входной сигнал X ( T ) является элементарной функцией 1( T ). Реакцию системы на воздействие 1( T ) можно компактно: [1] Где...
-
В большинстве реальных больших систем не обойтись без учета "состояний природы" -- воздействий Стохастического типа, случайных величин или случайных...
-
Уравнение динамики теплообменника: Передаточные функции объекта получим по его уравнению динамики. Для этого запишем уравнение по заданному каналу. Затем...
-
Среди различных конфигураций искусственных нейронных сетей встречаются такие, при классификации которых по принципу обучения, строго говоря, не подходят...
-
Введение - Моделирование математической модели теплообменника
Математический динамический модель канал Качественные и количественные изменения в промышленности, науке и технике составляют основу для значительного...
-
Проблема прогнозирования вероятности банкротства существует уже несколько десятков лет - все началось с работ Ramser, Foster (1931), Fitzpatrick (1932) и...
-
В качестве примера конкретной модели процесса управления обсудим модель распределения времени между овладением знаниями и развитием умений, впервые...
-
Описание моделируемой системы - Моделирование систем
В системе передачи данных осуществляется обмен пакетами данных между пунктами А и В по дуплексному каналу связи. Пакеты поступают в пункты системы от...
-
Математическое моделирование экономических явлений и процессов с целью оптимизации процессов управления - область научно-практической деятельности,...
-
Data mining рассматривается как процесс поиска "самородков" знаний в больших базах данных. На сегодняшний день не существует универсальной технологии...
-
Оценка времени поездки на основе моделирования транспортных потоков
Оценка времени поездки на основе моделирования транспортных потоков С. Н.Козорезова Постоянное увеличение количества транспортных заторов на...
К моделированию теплообменника с псевдоожижаемой насадкой для систем аспирации стройиндустрии