РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ПРОЦЕССА В ОДИНОЧНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЕ
Аннотация
В работе на основе разностной формулировки закона теплопроводности Фурье предложена одномерная математическая модель теплопроводности в цилиндре при наличии конвективного теплообмена с внешней газовой средой. Для предложенной модели выполнена параметрическая идентификация на основе использования известных данных и эмпирических закономерностей для материальных констант процесса. Использованные данные позволили адаптировать математическую модель для описания процесса тепловой обработки частиц гранулированного топлива. Проверка работоспособности предложенной таким образом физико-математической модели была выполнена путем сопоставления получаемых расчетных прогнозов с данными натурного эксперимента. Для натурного эксперимента частицы топлива были приготовлены таким образом, что в двух точках внутри каждой из них были размещены спаи термопар. Наличие спаев термопар непосредственно внутри частиц позволило фиксировать локальные значения температур материала в процессе его тепловой обработки. Частицы с термопарами были размещены в аппарате с активным гидродинамическим режимом газового теплоносителя. Таким образом, в ходе расчетно-экспериментального исследования были получены кинетические характеристики нагрева термически массивных тел цилиндрической формы при трех различных гидродинамических режимах. Расчетные прогнозы и экспериментальные данные находятся в хорошем для инженерных расчетов соответствии, что свидетельствует о достаточной прогностической эффективности предложенной физико-математической модели и дает возможность рассматривать ее в качестве достоверной основы для построения компьютерных методов расчета процессов теплопереноса. Предложенная математическая модель может служить также элементом для сборки более сложных дискретных моделей процессов тепломассообмена в одиночной частице и/или моделей функционирования технологической аппаратуры для тепловой обработки сыпучих сред.
Для цитирования:
Митрофанов А.В., Овчинников Л.Н., Овчинников Н.Л., Огурцов А.В., Лапшина О.И. Расчетно-экспериментальное исследование теплового процесса в одиночной цилиндрической частице. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 9. С. 97-104. DOI: 10.6060/ivkkt.20226509.6679.
Литература
Mujumdar A.S. Handbook of Industrial Drying. CRC Press; Taylor & Francis Group.2006. 1312 p. DOI: 10.1201/9781420017618.
Halder A., Dhall A., Datta A. Modeling Transport in Po-rous Media With Phase Change: Applications to Food Processing. J. Heat Transfer. 2011. V. 133 (3). Art. 031010. DOI: 10.1115/1.4002463.
Ding Y., He Y., Cong N., Yang W., Chen H. Hydrodynamics and heat transfer of gas-solid two-phase mixtures flowing through packed beds – A review. Progr. Natur. Sci. 2008. V. 18. P. 1185 –1196. DOI: 10.1016/j.pnsc.2008.03.023.
Ovchinnikov L.N., Medvedev S.I. Study of heat- and mass transfer during drying of granules of organo-mineral fertilizer in dense layer. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 6. P. 91-97 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20196206.5874.
Smith P.G. Applications of fluidization to food processing. UK: Blackwellscience. 2007. 243 p. DOI: 10.1002/9780470995426.
Gibilaro L.G. Fluidization dynamics. L.: Butterworth-Heinemann. 2001. 232 p. DOI: 10.1016/B978-075065003-8/50013-6.
Sapozhnikov B.G., Gorbunova A.M., Zelenkova Yu.O., Shiryaeva N.P. Influence of surface heating temperature on external heatexchange in wet vibro-fluidized bed. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 5. P. 77-80 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20165905.5317.
Sazhin B. S., Kochetov O.S., Burtnik A.S., Sazhina M.B. Efficiency of the drying process on a pilot industrial sample of a device with a vibrating boiling layer. Usp. Khim. Khim. Tekhnol. 2004. V. 181. N 7 (47). P. 95-98 (in Russian).
Zhang J., Tang F. Prediction of flow regimes in spout-fluidized beds. China Particuology. 2006. V. 4. P. 189-193. DOI: 10.1016/S1672-2515(07)60260-7.
Mizonov V., Mitrofanov A., Camelo A., Ovchinnikov L. Theoretical study of particulate flows formation in circulating fluidized bed. Rec. Innov. Chem. Eng. 2018. V. 11. N 1. P. 20-28. DOI: 10.2174/2405520410666170620105102.
Mitrofanov A.V. Mizonov V.E., Tannous K. A mathematical model of fluidized bed state evolution at moisture transfer. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2015. V. 58. N 4. P. 75-78 (in Russian).
Rudobashta S.P. Mathematical modeling of the process of convective drying of dispersed materials. Izv. RAN. Energetika. 2000. N 4. P. 98-108 (in Russian).
Mizonov V.E., Mitrofanov A.V., Basova E.V. Theoretical study of heat conduction in multi-layer spherical body with phase transformation in layers. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 7. P. 54-60. DOI: 10.6060/ivkkt.20206307.6206.
Plaksin Yu.M., Malakhov N.N., Larin V.A. Processes and devices of food production. M.: KolosS. 2007. 760 p. (in Russian).
Baykov V.I., Pavlyukevich N.V., Fedotov A.K., Shnip A.I. Thermophysics. V. 2. Minsk: ITMO named after A.V. Lykov NAS RB, 2014. 370 p. (in Russian).
Lykov M.V. Drying in the chemical industry. M.: Khimiya. 1970. 432 p. (in Russian).
Dytnersky Yu.I. Processes and apparatuses of chemical technology. M.: Khimiya. 2002. 400 p. (in Russian).
Sazhin V.B., Sazhin B.S., Sazhina M.B., Otrubyannikov E.V. Optimization of hardware design of drying processes in the technique of a suspended layer. Usp. Khim. Khim. Tekhnol. 2007. V. XXI. N 1(69). P. 49-65 (in Russian).
Mizonov V., Mitrofanov A., Barochkin E., Basova E. A simple model to describe the non-linear heat conduction in multilayer body with phase transformation. JP J.Heat Mass Transfer. 2020. V. 21. N 2. P. 291-300. DOI: 10.17654/HM021020291.
Misnar A. Thermal conductivity of solids, liquids, gases and their compositions. M.: Mir. 1968. 404 p. (in Russian).
The new handbook of chemist and technologist. Processes and apparatuses of chemical technologies. Ch. I. Ed. by G.M. Ostrovsky. SPb.: ANO NPO "Professional". 2004. 848 p. (in Russian).
Lykov A.V. Theory of thermal conductivity. M.: Vyssh. shk 1967. 600 p. (in Russian).
