автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Методы и устройства для исследования тепловых и гидродинамических процессов в дисперсных потоках

На правах рукописи

ХОДУНКОВ ВЯЧЕСЛАВ ПЕТРОВИЧ

МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ « В ДИСПЕРСНЫХ ПОТОКАХ

Специальность 05.11.01 - «Приборы и методы измерения по видам измерений (тепловые величины)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2011

1 4 АПР 2011

4844011

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики (СПбГУ ИТМО)

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор

Пилипенко Николай Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Митяков Владимир Юрьевич

доктор технических наук, профессор

Дыбок Василий Васильевич

Ведущая организация: Федеральное

государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И.Менделеева»

Защита диссертации состоится «12» мая 2011 года в 15 часов 50 минут в ауд. 466 на заседании диссертационного совета Д 212.227.02 в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу. 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ ИТМО.

Автореферат разослан «26» марта 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор физико-математических наук, _

профессор УгЛ"* С.А.Козлов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. При разработке и внедрении новых промышленных технологий предъявляются жесткие требования к экологии производства, энергоресурсосбережению, оперативности получения достоверной информации, обеспечению надежности и безопасности. Эти требования распространяются на все перспективные инновационные направления, в том числе на технологии, основанные на применении принципа исевдоожижения зернистого материала восходящим потоком жидкости или газа (низкотемпературное сжигание твердого и жидкого топлива в псевдоожиженном слое катализатора, производство минеральных удобрений, азотной и серной кислоты, выращивание кристаллов редкоземельных металлов, термический обжиг, сушка зерновых культур, утилизация твердых бытовых отходов, производство лекарственных препаратов и др.).

При создании и оптимизации данных технологий необходимы тщательные теоретические и экспериментальные исследования происходящих процессов - тепловых, гидродинамических, химических и др. Теоретические исследования закономерностей указанных процессов, основы расчета и проектирования промышленных аппаратов всесторонне рассмотрены в работах О.М. Тодеса, М.Э. Аэрова, Ю.П. Гупало, Ю.А. Буевича, С.С. Забродского, А.П. Баскакова, М. Leva, О. Levenshpil, J. Botteril, Н. Mickley, P. Reby, И. А. Буравого, П.Г. Романкова и других ученых.

Что же касается методов и устройств для проведения экспериментальных исследований, то к настоящему времени набор методик и аппаратных средств для измерения основных структурно-гидродинамических и тепловых параметров нсевдоожиженного слоя крайне ограничен, а для некоторых параметров — практически отсутствует.

Тепловой и гидродинамический режимы псевдоожиженного слоя характеризуют качество работы всей системы. Основными тепловыми и структурно-гидродинамическими параметрами псевдоожиженного слоя являются тепловой поток и коэффициент теплоотдачи от поверхности к двухфазной среде, температура, порозность, эффективная теплопроводность и температуропроводность слоя, коэффициент перемешивания, скорость движения (циркуляции) твердых частиц и ожижающего газа, потеря динамического напора по высоте слоя, высота слоя, качество псевдоожижения и другие.

Из-за образовавшегося пробела в создании современных надежных методов и устройств для измерения параметров псевдоожиженного слоя, а также научно - обоснованного подхода к анализу результатов диагностических исследований, данное направление инновационной деятельности значительно усложнено. Изложенное выше показывает как научную, так и практическую актуальность представленной работы.

Цель работы и задачи исследований заключаются в разработке и создании методов и устройств для исследования и мониторинга псевдоожиженных систем лабораторного и промышленного назначения, выработке методологии диагностики и управления аппаратов с псевдоожиженным слоем, проведении экспериментальных исследований на аппаратах различного масштаба на базе созданных методов и устройств, получении новых корреляционных соотношений для расчета основных параметров псевдоожиженного слоя н рамках решения задачи масштабирования.

Предмет исследований. Методы и приборы для измерения тепловых и структурно-гидродинамических величин в псевдоожиженных системах.

Методы исследований. Поставленные задачи решены методами теории теплопроводности и теплообмена, обратных задач теплопроводности, теории подобия, пространства состояний и параметрической идентификации динамических систем, теплофизического эксперимента, теории спектрального анализа и численного моделирования.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Предложены и обоснованы метод и устройство для измерения температуры псевдоожиженного слоя в различных типах промышленных аппаратов, отличающиеся применением нестационарной теплометрии для первичного преобразователя, имеющего температуру, существенно отличную от температуры исследуемого потока.

2. Разработан и обоснован метод измерения нестационарных тепловых потоков на поверхностях теплообмена в аппаратах псевдоожиженного слоя, в основу которого положено решение обратной задачи теплопроводности путем параметрической идентификации дифференциально-разностных моделей теплопереноса в одномерных приемниках с использованием оптимального цифрового фильтра Калмана.

3. Предложены и обосноганы метод и устройство для измерения коэффициентов температуропроводности и перемешивания в аппаратах псевдоожиженного слоя. Установлено влияние масштаба аппарата на значения указанных параметров. Получены количественные соотношения между перепадом температуры по сечению аппарата и высотой слоя.

4. Разработаны метод и устройство для количественной оценки параметра качества псевдоожижения дисперсного материала в псевдоожиженном слое, как определяющего критерия энергоресурсосбережения различных технологий. Предложен способ управления различными технологическими процессами по параметру качества псевдоожижения.

5. Предложены и обоснованы методы и устройства для измерения как тепловых так, и связанных с ними, структурно-гидродинамических параметров псевдоожиженного слоя - порозности, скорости движения твердой фазы, среднего размера частиц и высоты слоя.

В целом, разработаны, экспериментально проверены и внедрены методы и приборы для измерения основных параметров псевдоожиженных систем.

Достоверность научных положений и практических рекомендаций, полученных в диссертации, подтверждается корректным обоснованием предложенных методов измерения, результатами экспериментальных исследований и компьютерного моделирования, а также актами практического использования.

Практическое значение. Результаты работы использованы при выполнении: координационных планов Академии Наук и Государственного комитета по науке и технике, постановления Правительства «Перечень оснозных приоритетных направлений .развития химической науки и технологии на период 1987-2000 гг.»; государственного контракта № 02.740.11.0169 от 25.06.2009 г., в рамках правительственной программы «Энергетическая стратегия развития России до 2020 г.».

Внедрение результатов работы. Предложенные методы и устройства, а также полученные с их помощью экспериментальные результаты, использованы при разработке и оптимизации энергоресурсосберегающих технологий в следующих организациях: ЭНИН им. Г.М.Кржижановского (Москва), НИИГипрохим (Санкт-Петебург), предприятиях «Аммофос», «Азот» (г. Череповец), предприятии «Азот» (г. В.Новгород), ФГУП "РИД "Прикладная химия" (Санкт-Петербург), Центре по скрытности и защите кораблей ВУНЦ ВМФ BMA им. Н.Г.Кузнецова (г. Приморск JI.O.), государственном университете информационных технологий, механики и оптики на кафедре компьютерной теплофизики и энергофизического мониторинга (Санкт-Петербург). Созданные методы и устройства экспонировались на городских и всесоюзных выставках, были отмечены 6 дипломами, 1 медалью ВДНХ СССР, почетным знаком изобретателя ВОИР за теоретические и экспериментальные исследования, разработку методов и устройств для измерения основных параметров технологических процессов в промышленных аппаратах с псевдоожнженным слоем.

Апробация результатов работы. Основное содержание работы докладывалось, обсуждалось и было одобрено на 12 Всесоюзных, Российских и Международных конференциях, в том числе: на всесоюзной конференции молодых ученых «XV Королевские чтения», VI школе-семинаре «Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок», научно-технической конференции «Методы и средства теплофизических измерений» (МВТУ им. Н.Э.Баумана), VII Всесоюзной конференции «Двухфазный ноток в энергетических машинах и аппаратах» (ЦКТИ им.И.И.Ползунова, II конференции молодых исследователей «Актуальные вопросы теплофизики и физической газодинамики» (институт теплофизики СО РАН), научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития техники

псевдоожижения» (НИИГипрохим), Минском Международном форуме по тепло-массообмену, Международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2010 г.), XXXIX, XL научной и учебно-методической конференциях СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2010,2011 г.) и других конференциях, школах-семинарах.

Публикации. Общее количество научных работ, опубликованных по теме диссертации 29, в том числе 6 - в периодических научно-технических изданиях, в которых ВАК рекомендует публикацию основных результатов диссертационных работ, 10 авторских свидетельств на изобретение. Автор защищает:

1. Метод и устройство для измерения локальных температур псевдоожижен-ного слоя.

2. Метод и устройства для измерения нестационарных тепловых потоков на теплонагруженных поверхностях теплообмена в псевдоожиженном слое.

3. Метод и устройство для измерения значений температуропроводности и коэффициента перемешивания псевдоожиженного слоя.

4. Метод и устройства для количественной оценки качества псевдоожижения.

5. Устройства для измерения скорости движения твердой фазы, порозности и среднего диаметра частиц.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы

- 156 страниц машинописного текста, включая 68 рисунков, 5 таблиц и списка литературы из 168 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования, изложены научная новизна и практическая значимость, приведена общая характеристика работы, данные о ее апробации и реализации результатов.

В первой главе рассмотрена проблема измерения основных тепловых и связанных с ними структурно-гидродинамических параметров псевдооожиженных систем, выполнен анализ известных методов и устройств, сделан вывод о том, что, в силу специфики псевдоожиженных систем - изменяющихся во времени тепловых и гидродинамических условий

- перспективными являются методы нестационарной теплометрии, позволяющие одновременно проводить измерения ряда определяющих параметров. В основу методов положены труды Г.М. Кондратьева, Г.Н. Дульнева, А.Н. Гордова, H.A. Ярышева, O.A. Геращенко, Д.Ф. Симбирского, Т,Г. Гргаценко, Н.В. Пилипенко, И.О. Протодъяконова, Н.В. Шумакова, С.З. Сапожникова, В.Ю. Митякова и других ученых.

По каждому параметру с учетом его значимости и особенностей дальнейшего применения для целей энергоресурсосбережения рассмотрены пути разработки методов измерения. В конце главы обоснована актуальность

и практическая значимость исследования, определены направления, цели и задачи работы, пути решения.

Во второй главе рассмотрены и обоснованы методы и устройства для измерения температуры слоя и нестационарных тепловых потоков на теплонагруженных поверхностях псевдоожиженного слоя.

Для измерения температуры псевдоожиженного слоя предложен метод, базирующийся на линейной зависимости средней амплитуды пульсаций температуры на границе раздела твердое тело - псевдоожиженный слой ДТу, от средней разности температуры между телом и

псевдоожиженным слоем [4,5,19]. Для получения расчетной формулы метода измерений использована известная пакетная теория теплообмена для псевдоожиженных систем [4*]. Из уравнений теплового баланса для пакета твердых частиц и газовой фазы с учетом наличия газового зазора между поверхностью теплообмена и псевдоожиженным слоем на основании принятого допущения о том, что средняя амплитуда пульсаций поверхности АТК; равна среднему перегреву двухфазной среды за один период гравитационных колебаний и ряда математических преобразований получена расчетная формула метода [5]:

где Ть - искомая локальная температура псевдоожиженного слоя; п - число устанавливаемых при измерениях разностей температур (Ты -Ть) г = 1,п. Для реализации данного метода разработан специальный датчик, представляющий собой малоинерционный

термометр сопротивления пленарного типа, [' ® £ ИМШЦММ

изготовленный методом вакуумного напыления |.„—-----ч ¿ . ^^Н^НВ

металла на подложку из плотного диэлектрика < X ^^ К ^Н^^НК (рис.1), устанавливаемый на надеваемом > №ЯВ 5 ШКВИ^ВЛ (охлаждаемом) массивном теле с высокой ЛННИ^ щя^ВВ^Нв теплопроводностью [11,24]. Отличительная | |Ш тк-шогщ

особенность данной схемы - величина ~~———

пульсирующего одновременно с Рис1 Внешнийвид граничными условиями перепада термометров-сопротивленуя

температуры ДГ„, на таком датчике не

превышает 5 % от общего перепада (Тт -Ть) между поверхностью и псевдоожиженным слоем. Подобная методика построения использована в конструкции датчика - тепломера для измерений тепловых потоков в высокотемпературных установках с псевдоожиженным слоем. Данному типу

О)

Рис. 2 Внешний вид ПТП и его тепловая схема

тепломера соответствует тепловая схема - для однородного ГГГП, размещенного на полуограниченном теле (рис.2). При этом предполагается, что ПТП удовлетворяет условиям одномерности, имеет минимальное контактное тепловое сопротивление и минимально искажает условия теплообмена и температуру поверхности, что позволяет детально исследовать влияние размеров и ориентации поверхности теплообмена на структуру слоя, локальные коэффициенты теплоотдачи.

Восстановление плотности теплового потока q(т) осуществляется путем решения обратной задачи теплопроводности (ОЗТ) системы однородных дифференциальных уравнений (СОДУ) с использованием параметрической идентификации дифференциально-разностной модели (ДРМ), которая для случая линейного теплопереноса представлена в общем виде [2*,3*,6*]:

~?(т) = Г(г) = /Т(г) + <й7(<I , (2)

ат

где F-(nxri), G-(их 2) - матрицы обратных связей и управления; r(r) = [fi-(z-)]"_],i7(r)- векторы состояния и управления, где /Дг) -

температуры элементарных участков - блоков размером А, отнесенные к их центрам (для граничных блоков - к их торцевым поверхностям). Дяя реализации метода введены дискретное время гк=к-Ат и векторы. Измеряемые при помощи ПТП значения температуры описываются (тех и) -матрицей измерений H : Yk = Я-Тк + £к, £ = 0,1,2,3, ...,N, где Yk -(mxl) - вектор измерений, s к - вектор случайных погрешностей. Для нахождения q(r) в интервале измерений 0, гv применяется кусочно-линейная аппроксимация В- сплайнами 1-го порядка На каждом участке аппроксимация д(т) имеет вид qz = qaa ■ S® + ■ , trq qa z,qb^ -значения q(r) на левой и правой границах участка, соответственно.

'^р-. 1 сплайны 1"го порядка. Величины , г на каждом г - ом участке объединяются в (2x1) - вектор искомых параметров вг > ПРИ этом на границах выполняются равенства

Ча,г+\=Чь,2< Яа,2+2~Чь,г+1> - По мере поступления измерений Ук вычисления перемещаются от участка г -1 к участку г-2 и т.д., тем самым, последовательно восстанавливается весь набор искомых значений теплового потока .

Таким образом, восстановление д(т) сводится к последовательному

получению оптимальных оценок вектора искомых параметров на

каждом участке Д2 путем минимизации по ()г квадратичной функции невязки:

л

где Ук{()х) -аналог вектора измерений; Я -ковариационная матрица (тхот)-

вектора £* случайных погрешностей измерений. С учетом требований к теплоизмерительным системам в качестве алгоритма минимизации выбран реккурентный алгоритм фильтра Калмана [2*].

Выполненные исследования показали устойчивую сходимость и приемлемую точность последовательной оценки вектора искомых параметров д(т). В работе проанализированы основные составляющие погрешности определения теплового потока, определены совместные доверительные области (СДО) и интервалы (СДИ) для различных уровней погрешности а, определены динамические и градуиропочные характеристики 11111.

Предложенные методы экспериментально проверены, получены положительные результаты и новые данные о характеристиках внешнего теплообмена в псевдоожиженных системах.

В третьей главе рассмотрены методы измерения коэффициентов температуропроводности и перемешивания в аппаратах с псевдоожиженным слоем. Установлено, что экспериментальные данные о значениях указанных параметров, полученные разными авторами, отличаются на 2-3 порядка и более [4*]. Это свидетельствует об отсутствии единого подхода к определению искомых параметров и неоднозначности использования известных корреляционных зависимостей для инженерных расчетов.

С целью устранения указанного недостатка в работе проведено разграничение понятий температуропроводности в продольном

(вертикальном) а„ и поперечном (горизонтальном) аи направлениях относительно потока.

Для нахождения значений температуропроводности слоя в продольном направлении а^ проведен анализ механизма теплообмена тела, погруженного в псевдоожиженный слой, выполнено моделирование с использованием пакетной теории [4*] и теории регулярного теплового режима 3-го рода для полупространства [1*]. В результате исследования установлено, что известная и широко используемая формула О.М.Тодеса [4*,5*] для температуропроводности является лишь частным случаем более общей, полученной в диссертационной работе [4,6]:

где б - порозность слоя; Я0 - высота слоя, £ =9,81м/с2; \р- скорость движения твердой фазы; /0=1/Г0 - частота и период гравитационных колебаний слоя.

Сравнение имеющихся экспериментальных данных со значениями, рассчитанными по формуле (4), показало, что коэффициенты вертикальной температуропроводности ач и перемешивания Л, тождественны лишь в режимах развитого псевдоожижения, т.е. при £- = 0,5 — 0,6:

Установлено, что значения температуропроводности в направлении поперечном потоку аА существенно отличаются от значений а^ в продольном направлении. При расчете аи предложено использовать низкочастотную составляющую энергетического спектра пульсаций температуры, считая при этом, что низкочастотные колебания температуры, характеризуемые частотой /, , являются следствием макроскопического перемешивания объема псевдоожижешюго слоя, имеют более высокую кинетику по сравнению с гравитационными колебаниями и определяются размерами слоя [4*]. В силу широкого диапазона спектра колебаний температуры на границе раздела термопреобразователь - псевдоожиженный слой выделение указанных частот затруднено и может быть осуществлено методами спектрального анализа. Наиболее эффективным для решения поставленной задачи является быстрое преобразование Фурье. Экспериментальным путем установлено, что указанные частоты /, на порядок ниже частот гравитационных колебаний /0 [1]. Значения поперечной температуропроводности ак предложено определять по формуле [4]:

(4)

(5)

Двухфазный поток

Рис. 3 Принципиальная схема измерения температуропроводности в направлении продольном потоку и временная диаграмма сигналов первичных преобразователей где Варр - диаметр (либо эквивалентный диаметр) аппарата, N - количество циркуляционных контуров. Таким образом, определение ак сводится к установлению значений /?2 для конкретно взятого технологического аппарата.

Для реализации рассмотренного метода определения значений температуропроводности было разработано устройство (рис.3), в основе которого лежит использование малоинерционных пленарных термометров сопротивления. С учетом предложенной схемы измерения расчетная формула (4) преобразуется к виду:

>2 п •у

47Г ыЬ

(7)

где п - объем выборки (количество анализируемых пульсаций температуры). При этом частота гравитационных колебаний /0 определяется по среднему выборочному значению периода гравитационных колебаний Г0:

/о=1/Го=[-Ч>,:У • (8)

Измерение скорости предложено осуществлять при помощи

последовательно расположенных вдоль потока термопреобразователей путем регистрации одноименных пульсаций температуры, вызванных локальным изменением условий теплообмена вблизи поверхности [3,10,15,24]. Значение скорости определяется по величине временной

Рис.4 Комплексный планарный преобразователь: 1,2 - электроемкостной чувствительный элемент; 4-термопреобразователь; 3 - массивное тело; 5 - подложка; 6- подвод хладоагента; х, =0,6х4;0,3ё, < х> <0,85,; <5(. -толщина теплового пограничного слоя вблизи поверхности теплообмена

задержки сигналов г, (рис.3) на заданном базовом расстоянии I между преобразователями. Расчетная формула для скорости ур имеет вид:

■-п-1-

2>,

I ¡=1

(9)

Значение порозности слоя е измеряется одним из известных способов [4*], либо предложенным в данной работе тепловым методом при помощи преобразователя планарного типа (рис.4) или стержневым датчиком [2,9,11,18,23].

Предложенные методы были реализованы в виде опытных образцов приборов. Экспериментальная проверка выполнялась на установках различного масштаба - от лабораторного (0,2х 0,2 м2) до промышленного -В = 9 м. В ходе проверки получены значения искомых параметров,

которые, в зависимости от масштаба аппарата, менялись в пределах: = 0,01-И, 0 м/с; ах. = 0,002^-0,05 м2/с; аъ = 0,01 1,0 м2/с.

На основании многочисленных экспериментальных исследований получены корреляционные зависимости для несущей частоты тепловых колебаний и эффективной температуропроводности всего слоя:

\М >-1-0,8

/, = 0,08 -Я0°-3-£)^

= ОД2-(/0-ЯоГ.Д

т>

= 0,08 Н°'3-П'г

,1,2 арр

(10) (П)

аЫй,е]} = л/'3?

Подробно результаты исследований рассмотрены в пятой главе.

В четвертой главе предложен параметр, характеризующий качество процесса псевдоожижения, являющийся обобщенно!! и универсальной характеристикой динамики движения частиц твердой фазы и их групп, структуры слоя, не зависящий от типа технологического процесса и определяющий интенсивность процессов переноса в псевдоожиженном слое.

В работе показана его физическая сущность и значимость^ для целей энергоресурсосбережения, связь с основными характеристиками слоя, методы его определения, диапазон изменения значений для аппаратов различного масштаба, результаты экспериментальных исследований, предложена схема управления технологическим процессом.

На основании исследований, выполненных на лабораторных и промышленных установках, предложено определять качество псевдоожижения £ следующим образом [12,13,17]:

<? = (/аЧ1)/(/,2Ч2) . (12)

где Ап , Ап , /ц , амплитуда и частоты колебаний температуры поверхности, обусловленные гравитационными колебаниями (индекс 1) и перемешиванием дисперсного материала слоя (индекс 2). Для реализации метода измерений были разработаны конструкции измерительного зонда

качества псевдоожижения (рис. 5) и вторичной аппаратуры [12,23], В ходе экспериментальной проверки установлено, что значение параметра качества

псевдоожижения • для

различных установок

изменяются в пределах £ = 54-100.

Показано, что параметр качества псевдоожижения £ характеризует эффективную площадь сечения псевдоожнженного слоя, в котором происходит

активное перемешивание твердой фазы и протекание соответствующих технологическому процессу физико-химических реакций:

, (13)

где (р = 0,1; «р, =0,816 - численные коэффициенты. Для оценки интенсивности процессов переноса введен параметр — эффективность перемешивания 7, определяемый по формуле:

но . г

Рис.5 Зонд качества псевдоожижения.

7 = 0,129-

(14)

(Ы-Н0+Оарр)

Экспериментально установлено, что эффективность перемешивания Т) в различных технологических аппаратах составляет 7 = 30 + 80% от

оптимального значения.

Исследование параметров, входящих в качество псевдоожижения, показало, что общий вид зависимости для частоты тепловых колебаний,

вызванных гравитационными колебаниями слоя, описывается зависимостью

[13]:

, (15)

где L-mт\Н0,Дат\ - минимальный размер слоя; F((p,k) - неполный

ж Н

эллиптический интеграл 1 -го рода; (р----2-; к = sin <р; g = 9.81 м/с2; Н -

2 Н

текущая (рабочая) высота слоя. При этом отношение #0/# может быть рассчитано по известным зависимостям [4*].

В пятой главе рассмотрены результаты экспериментальной проверки разработанных методов и устройств, выполнен анализ исследований псевдоожи-женных систем, проведенных на лабораторных и промышленных аппаратах.

Представлены фактические значения температуропроводности, качества псевдоожижения, эффективности перемешивания дисперсного материала для аппаратов различного масштаба. Получены корреляционные зависимости:

- для расчета внешней теплоотдачи в свободном псевдоожиженном слое:

где &CONV " коэффициент внешней теплоотдачи для случая поперечного обтекания тела потоком газа при скорости, равной скорости фильтрации газа через слой; ка = 130 Вт/(м"К) - коэффициент пропорциональности;

- для расчета внешней теплоотдачи aZpB в псевдоожиженном слое, имеющем насадку в виде теплообменника с шахматным расположением труб:

azFB=aFB-f(s') = <XFB-{j¿-arcts(s*fj . О7)

где /(5*) - функция геометрии трубного пучка;

Sv- шаг расположения труб в пучке по горизонтали и вертикали, соответственно;

- для расчета насыпной высоты слоя Н0 в зависимости от задаваемого технологией предельно допустимого перепада температур ДГшах по сечению слоя:

n0,833

#0=2,64-£>(

<фр

АГ1г,ах

{Th + lkT^j

где Ть - средняя рабочая температура псевдоожиженного слоя.

Исследовано влияние заторможенности псевдоожиженного слоя на характеристики внешнего теплообмена, получена формула для определения оптимальной заторможенности аор,, обеспечивающей максимальный интегральный теплосъем [8]:

=0.4247(4+Ч)2 ' 09)

где с1, - эквивалентный диаметр теплообменник элементов; ¿р -максимальный диаметр твердых частиц слоя.

Результаты исследований позволили модернизировать конструкцию теплообменников в парогенераторе БКЭ-75-39 на ТЭЦ Ахтме (Эстония), оптимизировать режим обжига пирита в печах пседоожиженного слоя КС-450 за счет перераспределения воздухообмена с помощью дополнительных турбулизаторов потока, улучшить реясим дегидратации кремнийфтористого аммония за счет определения оптимального соотношения расхода пульпы и ожижающих газов (Череповец, «Аммофос»).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. Выполнен анализ существующих методов и устройств для измерения тепловых и, связанных с ними, структурно-гидродинамических параметров псевдоожижешюго слоя. В качестве перспективного направления предложено использовать методы нестационарной термо- и теплометрии.

2. Разработан и обоснован метод измерения локальных температур псевдоожиженного слоя, метод измерения нестационарных тепловых потоков дня внешнего теплообмена в псевдоожиженном слое для различных типов промышленных аппаратов.

3. Предложены и обоснованы методы измерений коэффициентов температуро-проводности и перемешивания, скорости движения твердой фазы, порозности псевдоожиженного слоя.

4. Предложен и обоснован метод количественной оценки параметра качества псевдоожижения для целей энергоресурсосбережения и управления энергоемкими технологическими процессами.

5. Созданы, конструктивно проработаны и экспериментально проверены устройства, реализующие предложенные методы, получены подтверждающие новизну авторские свидетельства и акты использования.

6. Впервые на основе общего подхода получены данные об амплитудах пульсаций температуры и тепловых потоков на теплонагруженных поверхностях в аппаратах различного масштаба, установлено влияние заторможенности слоя теплообменными элементами на интенсивность внешнего теплообмена, установлено влияние масштаба аппарата на значения коэффициентов переноса в псевдоожиженном слое. Выполнен анализ полученных результатов, даны практические рекомендации для модернизации технологических процессов.

7. Получены новые корреляционные зависимости для расчета значений температуропроводности в вертикальном и горизонтальном направлениях, коэффициента внешней теплоотдачи. Впервые предложена формула для расчета высоты слоя, учитывающая ее зависимость от допускаемого технологией максимального перепада температур по сечению псевдоожиженного слоя.

8. Установлено, что низкочастотные колебания тепловых потоков, происходящие с большой амплитудой, при температурах псевдоожиженного слоя выше 700 °С приводят к значительным изменениям температуры поверхностей теплообменников, что приводит к возникновению в них значительных циклических термонапряжений и ускоряет износ материала теплообменника.

В целом, можно констатировать, что достигнута поставленная цель -созданы методы и устройства для измерения, диагностики и исследований сложных теплогазодинамических процессов, протекающих в аппаратах с псевдоожиженным слоем.

Основные материалы диссертации опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Ходунков В.П. Устройство для анализа низкочастотных колебаний температуры.// Изв.вузов. Приборостроение, 1987, Т. 30, № 1. - С. 90-92.

2. Пилипенко Н.В., Мигитко И.А., Ходунков В.П. Измерение норозности и уровня псевдоожиженного слоя.// Изв.вузов. Приборостроение, 1988, Т. 31, №4.-С. 85-90.

3. Пилипенко Н.В., Ходунков В.П. Устройство для измерения скорости двухфазного потока.// Изв.вузов. Приборостроение, 1989,Т.32, № З.-С. 91-93.

4. Дульнев Г.Н., Пилипенко Н.В., Ходунков В.П. Теплофизические аспекты процесса псевдоожижения в энергетических установках.// Изв.вузов. Приборостроение, 2010, Т. 53, № 3. - С. 83-89.

5. Ходунков В.П. Метод измерения локальной температуры неоднородного дисперсного потока.// Изв.вузов. Приборостроение, 2010,Т.53,№ 5- С.73 -77.

6. Ходунков В.П. Определение эффективной температуропроводности псевдоожиженного слоя.// Изв.вузов. Приборостроение, 2010, Т.53, № 10. -С. 84-88.

и в других изданиях:

7. Ходунков В.П. Исследование теплообмена в псевдоожиженном слое. //15 Королевские чтения МФТИ: материалы науч.-техи. конф. - Москва:, деп. ВИНИТИ, № 6660-84,1984. - С. 42 -44.

8. Тодес О.М., Цитович О.Б., Пилипенко Н.В., Киючев В.М., Ходунков В.П. Теплообмен в заторможенном псевдоожиженном слое.// Инженерно-физический журнал, 1986, Т.50, №3. - С.445-451.

9. Ходунков В.П., Мигитко И.А. Измерение объемной концентрации и скорости движения твердой фазы двухфазного потока. - В кн.: актуальные

вопросы теплофизики и физической газодинамики.// Новосибирск: Изд-во ИТФ СОАН, 1987. - С. 38-46.

10. Пилипенко Н.В., Ключсв В.М., Ходунков В.П. Способы и устройства для определения основных параметров двухфазных дисперсных потоков.// Методы и средства теплофизических измерений: материалы науч.-техн. конф. - Москва: Изд-во МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1987. - С. 38 - 42.

11. Дульнев Г.Н., Пилипенко Н.В., Кшочев В.М., Ходунков В.П. Методы и устройства для измерения структурно-гидродинамических и тепловых параметров псевдоожиженных систем. - В кн.: Проблемные доклады Минского международного форума.//Минск, 1988. - С. 171-182.

12. Ходунков В.П., Ковалев A.A., Забаренко Т.Ф., Николаева З.К. Прибор АКП и комплексное исследование качества псевдоожижения. - В кн.: Современное состояние и проблемы очистки газов и снижения вредных выбросов в окружающую атмосферу.// материалы науч.-техн. конф. -Черкассы: Изд.-во НИИТЭХИМ, 1991. - С. 69 - 75.

13. Тодес О.М., Цитович О.Б., Ходунков В.П. К вопросу о качестве псевдоожижения. - В кн.: Современное состояние и проблемы очистки газов и снижения вредных выбросов в отоу лающую атмосферу.// материалы науч.-техн. конф. - Черкассы: Изд.-во К ¿¿ТЭХИМ, 1991,- С. 83 - 88.

14. A.c. 1272077 СССР. Способ ¿правления технологическим процессом в аппарате с кипящим слоем./ Чушев В,Я., Цитович О.Б., Тодес О.М., Пилипенко Н.В., Ключев В.М., Ходунков В.П., Опубл. в Б.И., 1986, № 43.

15. A.c. 1282012 СССР. Устройство для определения скорости движения частиц неоднородной дисперсной среды./ Пилипенко Н.В., Ключев В.М., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1987, № 1.

16. A.c. 1383155 СССР. Способ определения среднего диаметра твердых частиц неоднородного дисперсного потока./ Пилипенко Н.В., Ключев В.М., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1988, №11.

17. A.c. 1395997 СССР. Способ определения качества псевдоожижения и устройство для его осуществления./ Пилипенко Н.В., Кшочев В.М., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1988, №18.

18. A.c. 1499199 СССР. Планарный датчик порозности псевдоожиженного слоя./Пюгапенко Н.В., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1989, № 29.

19. A.c. 1597600 СССР. Способ определения температуры взвешенного слоя./ Ходунков В .П., Вассель A.JL, Опубл. Б.И., 1990, № 37.

20. A.c. 1550306 СССР. Способ управления процессом распылительной суш-ки./Пилипенко Н.В., Кравченко В.Н., Ходунков В.П., Опубл. Б.И.,1990, № 10.

21. A.c. 1599714 СССР. Устройство для измерения порозности псевдоожиженных частиц./Пилипенко Н.В., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1990, № 38.

22. A.c. 1629899 СССР. Терморегулятор трехзонного термостата./ Ходунков В.П., Вассель А.Л., Опубл. Б.И., 1991, № 7.

23. A.c. 1635077 СССР. Первичный преобразователь порозности псевдоожиженного слоя./ Пилипенко Н.В., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1991, № 10. ..

24. Пилипенко Н.В., Ходунков В.П. Приборы и методы измерения основных параметров дисперсных потоков. - В кн.: Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности.// сборник трудов 9-ой межд. научн.-практич.конф,- Санкт-Петербург: Изд-во Политехн.ун-та, 2010.Т.4-С. 392-396.

25. Ходунков В.П. Диагностика гидродинамических процессов в аппаратах кипящего слоя.- В кн.: Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности.// сборник трудов 9-ой межд.научн.-практич. конф,- Санкт-Петербург: Изд-во Политехн.ун-та, 2010,Т.4 - С. 439-441.

Цитируемая литература

1*. Кондратьев Г.М., Дульнев Г.Н., Платунов Е.С., Ярышев Н.А. Прикладная физика. Теплообмен в приборостроении // СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2003.-560 с. 2*. Пилипенко Н.В. Методы параметрической идентификации в нестационарной теплометрии. Часть 1 // Известия ВУЗов. Приборостроение, 2003, №8, Т.46.-С. 50-54.

3*. Пилипенко Н.В. Методы параметрической идентификации в нестационарной теплометрии. Часть 2 // Изв. вузов. Приборостроение, 2003, №10, Т.46. -С. 67-71.

4*. Тодес О.М., Цитович О.В. Аппараты с кипящим зернистым слоем // Химия, 1981.-296 с.

5*. Тодес О.М., Цитович О.Б. Проблемы масштабирования аппаратов с псевдоожиженном слоем// ТОХТ. - 1983.-Т.17,- С. 648-653. 6*. Pilipenko N. Parametricai Identification of Differential-difference Heat Transfer Models in Non-stationary Thermal Measurements //Heat Transfer Research, 2008, Vol. 39, №. 4, - pp. 311 -315.

Личный вклад. В работах, выполненных в соавторстве, личный вклад автора в равных долях с соавторами.

Тиражирование и брошюровка выполнены в центре «Унивеситетские телекоммуникации» г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49, тел. (812) 233-46-69 Объем 1,0 у.п.л. Тираж 100 экз.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕПЛОВЫХ И СТРУКТУРНО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПСЕВДООЖИЖЕННЫХ СИСТЕМ (СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ).

1.1 Методы измерения температур и тепловых потоков.

1.1.1 Измерение температур псевдоожиженного слоя.

1.1.2 Измерение тепловых потоков на теплонагруженных поверхностях

1.2 Методы измерения температуропроводности и коэффициента перемешивания псевдоожиженного слоя

1.3 Методы измерения структурно-гидродинамических параметров псевдожиженного слоя.

1.3.1 Методы измерения порозности псевдоожиженного слоя.

1.3.2 Метод измерения скорости движения и среднего диаметра частиц твердой фазы.

1.3.3 Методы анализа частотных характеристик параметров псевдоожиженного слоя.

1.4 Методы определения качества псевдожижения.

1.5 Постановка целей и задач исследований в диссертации.

1.6 Выводы.

2. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР И

ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ В ПСЕВДООЖИЖЕННЫХ

СЛОЯХ.

2.1 Метод измерения температуры псевдоожиженного слоя.

2.1.1 Обоснование метода измерения.

2.1.2 Устройство для реализации метода и результаты опытной проверки

2.2 Измерение тепловых потоков на теплонагруженных поверхностях

2.2.1 Выбор приемника теплового потока.

2.2.2 Метод восстановления теплового потока в приемнике теплового потока.

2.2.3 Оценка основной методической погрешности восстановления теплового потока методом параметрической идентификации.

2.2.4 Результаты имитационного моделирования.

2.3 Выводы.

3. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ И

СТРУКТУРНО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ПСЕВДО ОЖИЖЕННОГО СЛОЯ.

3.1 Метод и устройство для определения температуропроводности в направлении продольном потоку.

3.2. Метод определения температуропроводности в направлении поперечном потоку.

3.3 Метод и устройство для измерения скорости движения твердой фазы псевдоожиженного слоя.

3.4. Устройства для измерения порозности слоя.

З.б.Метод и устройство для измерения среднего диаметра частиц твердой фазы.

3.6 Определение частотных характеристик спектров пульсаций тепловых и структурно-гидродинамических параметров псевдоожиженного слоя.

3.7 Выводы.

4. КАЧЕСТВО ПСЕВДООЖИЖЕНИЯ - ПАРАМЕТР ОЦЕНКИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

4.1 Определение качества псевдоожижения, его физическая сущность и связь с основными параметрами псевдожиженного слоя

4.2 Определение эффективности перемешивания слоя.

4.3 Результаты экспериментальных исследований.

4.4 Использование параметра качества псевдоожижения для целей управления технологическими процессами.

4.5 Выводы.

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ И СТРУКТУРНО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПСЕВДООЖИЖЕННЫХ СИСТЕМ.

5.1 Исследование внешнего теплообмена в заторможенном псевдо-ожиженном слое.

5.1.1 Результаты лабораторных исследований.

5.1.2 Исследование опытно-промышленного образца парогенератора с псевдожиженным слоем.

5.2 Исследование теплогидродинамических характеристик промышленных аппаратов с псевдоожиженным слоем.

5.2.1 Результаты исследования кристалл изатора-гранулятора с псевдоожиженным слоем.

5.2.2 Результаты исследования обжиговых печей с псевдоожиженным слоем.

5.3 Полученные корреляционные соотношения и расчетные формулы.

При разработке и внедрении новых промышленных технологий предъявляются жесткие требования к экологии производства, энергоресурсосбережению, оперативности получения достоверной информации, обеспечению надежности и безопасности [1,2,27,28,42,43]. Эти требования распространяются на все перспективные инновационные направления, в том числе на технологии, основанные на применении принципа псевдоожижения зернистого материала восходящим потоком жидкости или газа - низкотемпературное сжигание твердого и жидкого топлива в псевдоожиженном слое катализатора, производство минеральных удобрений, азотной и серной кислоты, выращивание кристаллов редкоземельных металлов, термический обжиг, сушка зерновых культур, утилизация твердых бытовых отходов, производство лекарственных препаратов и др. [44,45,58,61,63,66,92].

При создании и оптимизации данных технологий необходимы тщательные теоретические и экспериментальные исследования происходящих процессов - тепловых, гидродинамических, химических и др. Теоретические исследования закономерностей указанных процессов, основы расчета и проектирования промышленных аппаратов всесторонне рассмотрены в работах О.М. Тодеса, М.Э. Аэрова, Ю.П. Гупало, Ю.А. Буевича, С.С. Забродского, А.П. Баскакова, М. Leva, О. Levenshpil, J. Botteril, Н. Mickley, P. Reby, И.А. Буравого, П.Г. Po-манкова, А. Д. Гольцикера и других ученых [8,31,39,62,67,80,137].

Что же касается методов и устройств для проведения экспериментальных исследований, то к настоящему времени набор методик и аппаратных средств для измерения основных структурно-гидродинамических и тепловых параметров псевдоожиженного слоя крайне ограничен, а для некоторых параметров -практически отсутствует [54].

Тепловой и гидродинамический режимы псевдоожиженного слоя характеризуют качество работы всей системы [31,39,46,57,137]. Основными тепловыми и структурно-гидродинамическими параметрами псевдоожиженного слоя являются тепловой поток и коэффициент теплоотдачи от поверхности к двухфазной среде, температура, порозность, эффективная теплопроводность и температуропроводность слоя, коэффициент перемешивания, скорость движения (циркуляции) твердых частиц и ожижающего газа, потеря динамического напора по высоте слоя, высота слоя, качество псевдоожижения, и др. [167,57].

Из-за образовавшегося пробела в создании современных надежных методов и устройств для измерения параметров псевдоожиженного слоя, а также научно-обоснованного подхода к анализу результатов диагностических исследований, данное направление инновационной деятельности значительно усложнено. Изложенное выше показывает как научную, так и практическую актуальность представленной работы.

Цель работы и задачи исследований заключаются в разработке и создании методов и устройств для исследования и мониторинга псевдоожиженных систем лабораторного и промышленного назначения, выработке методологии диагностики и управления аппаратов с псевдоожиженным слоем, проведении экспериментальных исследований на аппаратах различного масштаба на базе созданных методов и устройств, получении новых корреляционных соотношений для расчета основных параметров псевдоожиженного слоя в рамках решения задачи масштабирования.

Предмет исследований. Методы и приборы для измерения тепловых и структурно-гидродинамических величин в псевдоожиженных системах.

Методы исследований. Поставленные задачи решены методами теории теплопроводности и теплообмена, обратных задач теплопроводности, теории подобия, пространства состояний и параметрической идентификации динамических систем, планирования теплофизического эксперимента, теории спектрального анализа и численного моделирования.

Научная новизна заключается в следующем: 1. Предложены и обоснованы метод и устройство для измерения температуры псевдоожиженного слоя в различных типах промышленных аппаратов.

2. Обоснован и использован метод измерения нестационарных тепловых потоков на поверхностях теплообмена в аппаратах псевдоожиженного слоя, в основу которого положено решение обратной задачи теплопроводности путем параметрической идентификации дифференциально-разностных моделей тепло-переноса в одномерных приемниках с использованием оптимального цифрового фильтра Калмана.

3. Предложены и обоснованы метод и устройство для измерения коэффициентов температуропроводности и перемешивания в аппаратах псевдоожиженного слоя. Установлено влияние масштаба аппарата на значения указанных параметров. Получены количественные соотношения между перепадом температуры по сечению аппарата и высотой слоя.

4. Разработаны метод и устройство для количественной оценки параметра качества псевдоожижения дисперсного материала в псевдоожиженном слое, как определяющего критерия энергоресурсосбережения различных технологий. Предложен способ управления различными технологическими процессами по параметру качества псевдоожижения.

5. Предложены и обоснованы методы и устройства для измерения как тепловых так, и связанных с ними, структурно-гидродинамических параметров псевдоожиженного слоя — порозности, скорости движения твердой фазы, среднего размера частиц и высоты слоя.

В целом, разработаны, экспериментально проверены и внедрены методы и приборы для измерения основных параметров псевдоожиженных систем.

Практическая ценность. Результаты работы использованы при выполнении: координационных планов Академии Наук и Государственного комитета по науке и технике, постановления Правительства «Перечень основных приоритетных направлений развития химической науки и технологии на период 1987-2000 гг.»; государственного контракта № 02.740.11.0169 от 25.06.2009 г., в рамках правительственной программы «Энергетическая стратегия развития России до 2020 г.».

Предложенные методы и устройства, а также полученные с их помощью экспериментальные результаты, использованы при разработке и оптимизации энергоресурсосберегающих технологий в следующих организациях: ЭНИН им. Г.М.Кржижановского (Москва), НИИГипрохим (Санкт-Петебург), предприятиях «Аммофос», «Азот» (г. Череповец), предприятии «Азот» (г. В.Новгород), ФГУП "РНЦ "Прикладная химия" (Санкт-Петербург), Военно-инженерном техническом университете (Санкт-Петербург), государственном Университете информационных технологий, механики и оптики на кафедре компьютерной теплофизики и энергофизического мониторинга (Санкт-Петербург). Созданные методы и устройства экспонировались на городских и всесоюзных выставках, были отмечены различными дипломами, медалями ВДНХ СССР, почетным знаком изобретателя ВОИР за теоретические и экспериментальные исследования, разработку методов и устройств для измерения основных параметров технологических процессов в промышленных аппаратах с псевдоожиженным слоем. Результаты исследований позволили модернизировать конструкцию теплообменников в парогенераторе БКЗ-75-Э9 на ТЭЦ Ахтме (Эстония), оптимизировать режим обжига пирита в печах пседоожиженного слоя КС-450 за счет перераспределения воздухообмена с помощью дополнительных турбулизаторов потока, улучшить режим дегидратации кремнийфтористого аммония за счет определения оптимального соотношения расхода пульпы и ожижающих газов (Череповец, «Аммофос»),

В первой главе рассмотрена проблема измерения основных тепловых и, связанных с ними, структурно-гидродинамических параметров псевдооожижен-ных систем, проведен анализ известных методов и устройств, сделан вывод о том, что, в силу специфики псевдоожиженных систем - изменяющихся во времени тепловых и гидродинамических условий - перспективными являются методы нестационарной теплометрии [105,109], позволяющие одновременно проводить измерения ряда определяющих параметров. В основу методов положены труды Г.М. Кондратьева, Г.Н. Дульнева, А.Н. Гордова, H.A. Ярышева, O.A.

Геращенко, Д.Ф. Симбирского, Т.Г. Грищенко, Н.В. Пилипенко, И.О. Про-тодъяконова, Н.И. Сыромятникова, Н.В. Шумакова, С.З. Сапожникова и других ученых [74,75,119,129,155].

По каждому параметру с учетом его значимости и особенностей дальнейшего применения для целей энергоресурсосбережения рассмотрены пути разработки методов измерения. В конце главы обоснована актуальность и практическая значимость исследования, определены направления, цели и задачи работы, пути решения.

Во второй главе рассмотрены и обоснован методы и приборы для измерения температуры псевдоожиженного слоя и нестационарных тепловых потоков на теплонагруженных поверхностях. Предложена схема измерения тепловых потоков, отличительная особенность которой - регистрация пульсирующего одновременно с тепловым потоком перепада температуры на тепломере величина которого не превышает 5 % от общего перепада температур между поверхностью и псевдоожиженным слоем [54,55,104]. Подобная методика позволяет исследовать влияние размеров и ориентации поверхности теплообмена на структуру слоя, локальные коэффициенты теплоотдачи. Для выбранного типа тепломеров предложено использовать тепловую схему для однородного приемника теплового потока (ПТП), размещенного на полуограниченном теле.

Восстановление плотности теплового потока, проходящего через тепломер, предложено осуществлять путем решения обратной задачи теплопроводности (ОЗТ) системы уравнений теплового баланса с использованием параметрической идентификации дифференциально-разностной модели (ДРМ) тепло-переноса [54,101,102,106,107]. Для нахождения значений теплового потока в интервале измерений использована кусочно-линейная аппроксимация В-сплайнами 1-го порядка, восстановление теплового потока сведено к последовательному получению оптимальных оценок вектора искомых параметров путем минимизации квадратичной функции невязки. С учетом требований к теплоизмерительным системам в качестве алгоритма минимизации выбран рек-курентный алгоритм фильтра Калмана.

Установлена и показана устойчивая сходимость и приемлемая точность последовательной оценки вектора искомых параметров. Проанализированы основные составляющие погрешности определения теплового потока, определены совместные доверительные области (СДО) и интервалы (СДИ) для различных уровней погрешности, определены динамические и градуировочные характеристики ПТП.

Для измерения температуры псевдоожиженного слоя предложен метод, базирующийся на линейной зависимости средней амплитуды пульсаций температуры пленочного термоприемника от разности температуры между ним и псевдоожиженным слоем [22,104,153]. Для получения расчетной формулы метода измерений использована известная пакетная теория теплообмена для псев-доожиженных систем.

Приведены результаты экспериментальной проверки предложенных методов.

В третьей главе рассмотрены методы измерения коэффициентов температуропроводности и перемешивания в аппаратах с псевдоожиженным слоем. Установлено, что экспериментальные данные о значениях указанных параметров, полученные разными авторами, отличаются на 2-3 порядка и более. Это свидетельствует об отсутствии единого подхода к определению искомых параметров и неоднозначность использования известных корреляционных зависимостей для инженерных расчетов.

С целью устранения указанного недостатка в работе проведено разграничение понятий продольной (вертикальной) и поперечной (горизонтальной) температуропроводности псевдоожиженного слоя. Для нахождения значений продольной температуропроводности слоя выполнен анализ механизма теплообмена тела, погруженного в псевдоожиженный слой, проведено моделирование с использованием пакетной теории и теории регулярного теплового режима 3-го рода для полупространства [54,152]. В результате исследования установлено, что известная и широко используемая формула О.М.Тодеса [137,140] для температуропроводности является лишь частным случаем более общей, полученной в диссертационной работе. Используя в основе способ решения задачи для случая распространения температурных волн в стержне (полупространстве) согласно теории регулярного режима Г.М.Кондратьева получено выражение для температуропроводности псевдоожиженного слоя в вертикальном направлении.

Измерение скорости движения твердой фазы предложено осуществлять при помощи последовательно расположенных вдоль потока термопреобразователей путем регистрации одноименных пульсаций температуры, вызванных локальным изменением условий теплообмена вблизи поверхности [18,54,98,148] .

Значение порозности слоя предложено измерять тепловым методом при помощи преобразователя планарного типа или стержневым датчиками оригинальной конструкции. Приведены схемы измерения и конструкции первичных преобразователей [21,24,26,55,96,97,104,148].

В работе выполнен анализ спектров пульсаций температуры поверхности тел, погруженных в псевдоожиженный слой, в результате которого установлено, что низкочастотные колебания температуры являются следствием макроскопического перемешивания объема псевдоожиженного слоя, имеют более высокую кинетику по сравнению с гравитационными колебаниями и определяются, главным образом, размерами слоя [147,149]. В силу широкого диапазона спектра колебаний температуры на границе раздела термопреобразователь -псевдоожиженный слой выделение указанных частот затруднено и может быть осуществлено методами спектрального анализа. Показано, что наиболее эффективным для решения поставленной задачи является быстрое преобразование Фурье [33,34,68]. Экспериментальным путем установлено, что указанные частоты на порядок ниже частот гравитационных колебаний.

В четвертой главе предложен параметр, характеризующий качество процесса псевдоожижения, показаны его физическая сущность и значимость для целей энергоресурсосбережения, связь с основными характеристиками слоя, методы его определения, установлен диапазон изменения значений для аппаратов различного масштаба, даны результаты экспериментальных исследований, предложена схема управления технологическим процессом по параметру качества псевдоожижения [20,54,95,142,150]. Показано, что качество псевдоожижения, являясь обобщенной и универсальной характеристикой динамики движения частиц твердой фазы и их групп, структуры слоя, не зависит от типа технологического процесса и в целом характеризует интенсивность процессов переноса в псевдоожиженном слое.

В работе предложен способ количественной оценки качества псевдоожижения. Показано, что параметр качества псевдоожижения определяет эффективную площадь сечения псевдоожиженного слоя, в котором происходит активное перемешивание твердой фазы и протекание соответствующих технологическому процессу физико-химических реакций [54,152].

Для оценки интенсивности процессов переноса введен новый параметр — эффективность перемешивания, значения которого, как установлено экспериментально в данной работе, для различных технологических аппаратов составляет 30-^80% от оптимального значения.

В пятой главе рассмотрены результаты экспериментальной проверки разработанных методов и устройств, сделан анализ исследований псевдоожи-женных систем, выполненных на лабораторных и промышленных аппаратах.

Представлены фактические значения температуропроводности, качества псевдоожижения, эффективности перемешивания дисперсного материала для аппаратов различного масштаба.

Получены новые корреляционные зависимости: - для расчета внешней теплоотдачи в свободном псевдоожиженном слое;

- для расчета внешней теплоотдачи в псевдоожиженном слое, имеющем насадку в виде теплообменника с шахматным расположением труб;

- для расчета насыпной высоты слоя в зависимости от задаваемого технологией предельно допустимого перепада температур по сечению слоя.

Исследовано влияние заторможенности псевдоожиженного слоя на характеристики внешнего теплообмена, предложена формула для определения оптимальной заторможенности, обеспечивающей максимальный интегральный теплосъем [137].

Апробация работы. Диссертация является обобщением опубликованных работ, выполненных автором за период 1984-2010 гг. Основное содержание выполненных исследований докладывалось, обсуждалось и было одобрено на 11 Всесоюзных, Российских и Международных конференциях, в том числе: на всесоюзной конференции молодых ученых «XV Королевские чтения», VI школе-семинаре «Современные проблемы газодинамики и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок», научно-технической конференции «Методы и средства тепло физических измерений» (МВТУ им. Н.Э.Баумана), VII Всесоюзной конференции «Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах» (ЦКТИ им.И.И.Ползунова, II конференции молодых исследователей «Актуальные вопросы теплофизики и физической газодинамики» (институт теплофизики СО РАН), научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития техники псевдоожижения» (НИИГипро-хим), Минском Международном форуме по тепло-массообмену, 9-ой и 10-ой Международных научно-практических конференциях "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург, 2010 г.), XXXIX научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2010 г.) и других конференциях, школах-семинарах.

Личный вклад автора. Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором, либо при его непосредственном участии. Исследования, выполненные при участии соавторов, являлись частью исследовательских и хоздоговорных работ проблемной и отраслевой лабораторий кафедры теплофизики Санкт-Петербургского университета информационных технологий механики и оптики.

Публикации. Общее количество научных работ, опубликованных по теме диссертации 29, в том числе 6 - в периодических научно-технических изданиях, в которых ВАК рекомендует публикацию основных результатов диссертационных работ, 10 авторских свидетельств на изобретение.

5.2.2 Результаты исследования обжиговых печей с псевдоожиженным слоем

Печи с кипящим слоем для обжига дисперсных материалов получили широкое распространение в химической промышленности. При выполнении работы были проведены исследования на Череповецком производственном объединении ЧПО «Аммофос». Цель исследований заключалась в установлении целесообразности использования центрального дутьевого блока (ЦДБ) для повышения эффективности работы печи. Здесь остановимся на результатах, полученных на ЧПО «Аммофос» (печи №4 и №13).

Обжиговая печь КС-450 предназначена для экзотермического обжига пирита с использованием псевдоожижения, чему соответствует уравнение:

1Ю2 2Ге203 + 8$02 + 3400 кДж. peiuesn ка.

Рис. 5.2.2.1 Схема зондирования печи КС-450

Выход на режим производится сжиганием газа, а регулирование температуры в слое (750-^800) °С в процессе обеспечивается использованием погруженных в слой теплообменников общей площадью 77 м2. Внутренний объем

3 3 3 печи — 450 м . Расход воздуха - 45-10 м /ч. Для решения поставленных ранее задач использовались зонды (глава 2), которые вводились в кипящей слой на глубину от 1,5 до 2,5 м. При этом измерялись температура слоя и поверхности зонда, восстанавливался тепловой поток от слоя к зонду (согласно главе 2) и рассчитывался коэффициент теплоотдачи. На рис. 5.2.2.1 представлена схема зондирования, в таблице 5.2.2.1 - некоторые результаты исследования печи КС-450 при определении коэффициентов теплоотдачи между слоем и помещенным в него теплообменниками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы решена значимая научно-техническая проблема, имеющая важное хозяйственное значение [1]: созданы методы и устройства для исследования тепловых и структурно-гидродинамических параметров дисперсных потоков, в частности - систем с псевдоожиженным слоем, основанные на методологии нестационарной тепло-метрии и пригодные для использования в измерительных системах реального времени.

Наиболее значимыми являются следующие результаты

1. Выполнен анализ существующих методов и устройств измерения тепловых и, связанных с ними, структурно-гидродинамических параметров псевдоожи-женного слоя. Установлено, что наиболее перспективным направлением являются методы нестационарной термо- и теплометрии.

2. Предложен, обоснован и использован метод и устройства для измерения локальных температур псевдоожиженного слоя,обоснован метод измерения нестационарных тепловых потоков при внешнем теплообмене в псевдоожижен-ном слое, базирующийся на решении обратной задачи теплопроводности для тонкопленочного тепломера.

3. Предложены и обоснованы методы измерений коэффициентов температуропроводности и перемешивания, скорости движения твердой фазы, порозности и уровня псевдоожиженного слоя.

4. Предложен и обоснован метод количественной оценки параметра качества псевдоожижения для целей энергоресурсосбережения и управления технологическими процессами, предложена схема управления процессами.

5. Созданы, конструктивно проработаны и экспериментально проверены устройства, реализующие предложенные методы, получены подтверждающие новизну авторские свидетельства и акты использования.

6. Получены данные об амплитудах пульсаций температуры и тепловых потоков на теплонагруженных поверхностях в аппаратах различного масштаба, установлено влияние заторможенности слоя теплообменными элементами на интенсивность внешнего теплообмена, определено влияние масштаба аппарата на значения коэффициентов переноса в псевдоожиженном слое. Получены значения скоростей движения твердой фазы и спектры тепловых колебаний в слое. Выполнен анализ полученных результатов, даны практические рекомендации для модернизации технологий.

7. Получены новые корреляционные зависимости для расчета значений температуропроводности в вертикальном и горизонтальном направлениях, скорости движения твердой фазы, коэффициента внешней теплоотдачи в различных условиях заторможенности псевдоожиженного слоя. Впервые предложена формула для расчета высоты слоя, учитывающая ее зависимость от перепада температур по сечению псевдоожиженного слоя.

8. Установлено, что низкочастотные колебания тепловых потоков, происходящие с большой амплитудой, при температурах псевдоожиженного слоя выше 700 °С приводят к значительным изменениям температуры поверхностей теплообмен-ников, что обуславливает возникновение в них значительных циклических термонапряжений и ускоряет износ материала теплообменника.

В целом, можно констатировать, что достигнута поставленная цель — созданы базовые методы и устройства для измерения, диагностики и исследований сложных теилогазодинамических процессов, протекающих в аппаратах с псевдоожиженным слоем.

1. Алексенко C.B. Теплофизические основы новых энергетических технологий.// «Наука в Сибири», изд. СО РАН, № 15, от 10.04.2008.

2. Агапов Ю.Н., Бараков A.B. Перспективы использования перемещающегося псевдоожиженного слоя в энергетике и теплотехнологии // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и ресурсосбережения: сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2005. - С.79-95.

3. Анискин В.И., Голубкович A.B., Сотников В.И. Сжигание растительных отходов в псевдоожиженном слое // Теплоэнергетика. 2004. - N 6. - С.49-53.

4. Алтухов Ю.А., Гроссман А.Г., Пронь Г.П. Математическое моделирование тепломассообмена и гидродинамики топочных устройств с кипящим слоем // Ползуновский вестник. 2004. - N 1. - С. 117-124.

5. Алифанов О.М. Обратные задачи теплообмена // М.: Машиностроение, 1988. -280 с.

6. Амосов A.A. Вычислительные методы: учебное пособие/ Амосов A.A., Ду-бинский Ю.А., Копченова Н.В.-З-е изд., перераб.и доп.- М.: Издательский дом МЭИ, 2008. 672 е., с ил.

7. Антонишин Н.В., Забродский С.С. Теплообмен поверхности, погруженной в развитый неоднородный псевдоожиженный слой // Инж.-физ. журн. 1963. -Т.6. - № 11.-С. 97-104.

8. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидродинамические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. —1. М.: Химия, 1968.-512 с.

9. A.c. 870974 СССР. Способ измерения температуры газовых потоков/ Заго-родних A.B., Тестов В.Г., Опубл. в Б.И., 1981, № 37.

10. A.c. 901910 СССР. Способ измерения скоростей частиц в полидисперсном потоке/ Однороженко В.Б., Опубл. в Б.И.,1982, № 4.

11. A.c. 162695 СССР. Способ количественного измерения качества псевдоожижения / Тодес О.М., Петренко И.И., Скворцов В.П., Элиашберг В.М., Опубл. в Б.И.,1964, № 10.

12. A.c. 894313 СССР. Способ автоматического регулирования процесса обжига в печах с кипящим слоем/ Коновалов Н.Ф., Рябенко А.И., Кульпа Э.Н., Дементьев В.М., Ванжа А.Н., Опубл. в Б.И.,1981, № 48.

13. A.c. 1185024 СССР. Способ автоматического регулирования процесса горения в топках КС. / Призанд М.Б., Разманов В.Б., Заборовец Н.П., Опубл.в Б.И., 1985, №38.

14. A.c. 388186 СССР. Способ автоматического регулирования процесса обжига серусодержащиго сырья и печах с кипящим слоем. / Добромыслов С .Я., Ольховой A.C., Штраль И.Я., Генин Б.Л., Опубл. в Б.И., 1973, № 28.

15. A.c. 378696 СССР. Способ автоматического регулирования процесса обжига в печах с кипящим слоем. / Буровой И.А., Добромыслов С .Я., Штраль И.Я., Опубл. в Б.И., 1973, № 19.

16. A.c. 497043 СССР. Способ автоматического управления гидродинамическим режимом в ультразвуковых реакторах кипящего слоя. / Лебедев Е.П., Це-лыковский В.П., Федорук В.Н., Баглай И.И., Будницкий С.И., Новиков Г.В., Опубл. в Б.И.,1975, №48.

17. A.c. 1272077 СССР. Способ управления технологическим процессом в аппарате с кипящим слоем./ Чушев В.Я., Цитович О.Б., Тодес О.М., Пилипенко Н.В., Ключев В.М., Ходунков В.П., Опубл. в Б.И., 1986, № 43.

18. A.c. 1282012 СССР. Устройство для определения скорости движения частиц неоднородной дисперсной среды./ Пилипенко Н.В., Ключев В.М., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1987, № 1.

19. A.c. 1383155 СССР. Способ определения среднего диаметра твердых частиц неоднородного дисперсного потока./ Пилипенко Н.В., Ключев В.М., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1988, № 11.

20. A.c. 1395997 СССР. Способ определения качества псевдоожижения и устройство для его осуществления./ Пилипенко Н.В., Ключев В.М., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1988, № 18.

21. A.c. 1499199 СССР. Планарный датчик порозности псевдоожиженного слоя./ Пилипенко Н.В., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1989, № 29.

22. A.c. 1597600 СССР. Способ определения температуры взвешенного слоя./ Ходунков В.П., Вассель А.Л., Опубл. Б.И., 1990, № 37.

23. A.c. 1550306 СССР. Способ управления процессом распылительной сушки./ Пилипенко Н.В., Кравченко В.Н., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1990, № 10.

24. A.c. 1599714 СССР. Устройство для измерения порозности псевдоожижен-ных частиц./ Пилипенко Н.В., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1990, № 38.

25. A.c. 1629899 СССР. Терморегулятор трехзонного термостата./ Ходунков В.П., Вассель А.Л., Опубл. Б.И., 1991, № 7.

26. A.c. 1635077 СССР. Первичный преобразователь порозности псевдоожиженного слоя./ Пилипенко Н.В., Ходунков В.П., Опубл. Б.И., 1991, № 10.

27. Безруких П.П. Возобновляемая энергетика: Стратегия, ресурсы, технологии/ Безруких П.П., Стребков Д.С. -М.: ВИЭСХ, 2005 263 с.

28. Балтян В.Н., Усиков H.B. Перспективы и проблемы внедрения технологии циркулирующего кипящего слоя на ТЭС России // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. - Прил. N 15. - С.258-260.

29. Бараков A.B. Моделирование гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое: автореф. дис. д-ра техн. наук / Воронеж, гос. техн. ун-т. Воронеж, 2005. - 32 с.

30. Баскаков А.П. Механизм теплообмена между кипящим слоем и поверхностью // Инж.-физ. журн. 1963. - Т.6.- №11.- С. 20-25

31. Баскаков А.П., Берг Б.В. и др. Процессы тепло- и массопереноса в кипящем слое/ под ред. А.П. Баскакова.-М.: Металлургия, 1978.-247с.

32. Баскаков А.П., Филипповский Н.Ф., Жарков A.A. Термоанемометрические измерения пульсаций коэффициента теплоотдачи в псевдоожиженном слое // Инж.-физ. журн. Т. 38. - № 1- с. 49-54.

33. Бендат Д., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов.-М.: Мир, 1971.-408 с.

34. Бендат Д., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анали-за.-М.: Мир, 1983.-312 с.

35. Бек Д., Блакуэлл Б., Сент-Клер Ч,мл. Некорректные обратные задачи теплопроводности // М.: Мир, 1989. 312 с.

36. Бородуля В.А., Виноградов Л.М. Сжигание твердого топлива в псевдоожиженном слое.- Минск: Наука и техника, 1980. 191 с.

37. Бородуля В.А., Ганжа В.Л., Ковенский В.И. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое под давлением. Минск: Наука и техника, 1982.-127 с.

38. Боттеридл Дж. Теплообмен в псевдоожижженном слое.-М.: Энергия, 1980. -343с.

39. Бугров A.B. Высокочастотные емкостные преобразователи и приборы контроля качества.-М.: Машиностроение, 1982, 94 с.

40. Вихрев Ю.В., Рябов Г.А. Перспективы развития технологии сжигания твердого топлива в циркулирующем кипящем слое // Энергетик. 2007. - N 7. - С. 33-34.

41. Вихрев Ю.В. Сооружение крупнейшего в мире парового котла СКД с циркулирующим кипящим слоем // Энергетик. 2009. - N 7. - С. 28.

42. Вихрев Ю.В., Рябов Г.А. Перспективы развития технологии сжигания твердого топлива в циркулирующем кипящем слое // Энергетик. 2007. - N 7. - С. 33-34.

43. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожиже-ния.-М.: Химия, 1967. 664 с.

44. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Коротянская A.A. Теплообмен между псевдоожиженным слоем и шахматными пучками горизонтальных труб// Хим.пром-ть.-1968.-№ 6. С. 27-31.

45. Горелик А.Г. О механизме теплообмена частиц в псевдоожиженном слое// Инж.-физ.журн.-1966,- Т. 11. № 4. - С. 494-502.

46. Дворецкий С.И., Королев В.Н., Нагорнов С.А., Таров В.П. Техника и технологии псевдоожижения: гидродинамика и теплообмен с погруженными телами/ Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2005. 168с., с ил.

47. Дворецкий С.И., Королев В.Н., Нагорнов С.А., Таров В.П. Техника и технологии псевдоожижения: процессы термообработки и вулканизации./ М.: Изд-во Машиностроение-1, 2006. 232 е., с ил.

48. Дульнев Г.Н., Пилипенко Н.В., Ходунков В.П. Теплофизические аспекты процесса псевдоожижения в энергетических установках.// Изв.вузов. Приборостроение, 2010, Т. 53, № 3. С. 83-89.

49. Дульнев Г.Н., Пилипенко Н.В., Ключев В.М., Ходунков В.П. Методы и устройства для измерения структурно-гидродинамических и тепловых параметров псевдоожиженных систем.-В кн.: Проблемные доклады Минского международного форума.// Минск, 1988. С. 171-182.

50. Дульнев Г.Н. Пилипенко Н.В., Ключев В.М., Ходунков В.П. Установка для исследования гидродинамики и теплообмена псевдоожиженных систем.// Приборы и устройства для исследования и контроля веществ, материалов, изделий. : Сб.научн.тр. ЛИТМО, 1986. С. 47.

51. Дэвидсон И., Харрисон Д. Псевдоожижение твердых частиц.-М.: Химия, 1965. 325с.

52. Дорофеев В.Н. Гидравлические и теплообменные особенности кипящего слоя // Итоги строительной науки: материалы V междунар. науч.-техн. конф., Владимир, 23-25 окт. 2007. Владимир: ВГУ, 2007. - С. 283-285.

53. Дорофеев В.Н., Москвичев В.Е. Перспективы использования кипящего слоя в теплоэнергетике // Итоги строительной науки: материалы V междунар. науч.-техн. конф., Владимир, 23-25 окт. 2007. Владимир: ВГУ, 2007. - С. 285-288.

54. Ермолаев Д.В., Мингалеева Г.Р. Оценка энергетической эффективности те-плотехнологической схемы газификации в кипящем слое с последующим дожиганием топлива//Тр. Академэнерго. 2008. - N 1. - С.50-59.

55. Ейтс Дж. Основы механики псевдоожижения с приложениями / под ред.Ю.П. Гупало.- М.: Мир, 1986.- 288 с.

56. Егорова С.И. Научные основы и практические аспекты разработки технологий порошковой металлургии, основанных на использовании магнитовибрирующего слоя: автореф. дис. канд. техн. наук/ Донской гос. техн. ун-т. Ростов-на-Дону, 2009. - 20 с.

57. Жукаускас А., Макарявичус В., Шлангаускас А. Теплоотдача пучков труб в поперечном потоке жидкости. Вильнюс: Минтис, 1968.-189с.

58. Жукаускас А., Жюгджа И. Теплоотдача цилиндра в поперечном потоке жидкости. — Вильнюс: Мокслас, 1979.- 236 с.

59. Заричняк Ю.П. Медяник Б.В., Оганова А.Г. Теоретические основы прогрессивных технологий. Учебник. Министерство образования и науки, Пятигорск, ПГЛУ, 2005.-334 с.

60. Забродский С.С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое.-М.Л.: Госэнергоиздат, 1963.- 488 с.

61. Задирака В.К. Теория вычисления преобразования Фурье.- Киев: Наукова Думка, 1983.-408 с.

62. Загородских И.А. Исследование характеристик горения в кипящем слое и снижение загрязнения атмосферы теплоэнергетическими установками (на примере ТЭЦ-3 г. Барнаула): автореф. дис. канд. техн. наук / АлтГТУ. Барнаул, 2006. - 22 с.

63. Исследование сжигания агропеллет в кипящем слое / Исьемин Р.Л., Кузьмин С.Н., Коняхин В.В. и др. // Вопросы соврем, науки и практики / Ун-т им. В.И. Вернадского. 2008. - N 2, ч.2. - С. 20-24.

64. Исследование контура циркуляции твердой фазы в котле с циркулирующим кипящим слоем / Плешанов К.А., Ларков A.B., Двойнишников В.А., Князьков В.П. // Вестник МЭИ. 2008. - N 5. - С.137-141

65. Карпенко Е.И., Мессерле В.Е., Перегудов B.C. Основные этапы совершенствования способов сжигания твердых топлив и их наиболее перспективные современные направления // Теплоэнергетика. 2003. - N 12. - С. 42-45.

66. Кондратьев Г.М., Дульнев Т.Н., Платунов Е.С., Ярышев H.A. Прикладная физика.Теплообмен в приборостроении // СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2003.- 560 с.

67. Кондратьев Г.М. Тепловые измерения.- М.Л.: Машгиз, 1957.- 244 с.

68. Кондрашин A.B. Технологические основы управления теплоэнергетическими процессами.-М.: Полиграфическая фирма «Испо-Сервис», 2004. -366с., с ил.

69. Кондуков Н.Б., Корнилаев А.Н. и др. Исследование параметров движения частиц в псевдожиженном слое методом радиоактивных изотопов. Методикаэксперимента и траектория движения частиц// Инж.-физ.журн.-1963.-Т.6.-№ 7.-С. 13-17.

70. Кричевский А., Макарявичус В., Шлангаускас А. Теплоотдача пучков труб в поперечном потоке жидкости.- Вильнюсб Минтис, 1968.- 189 с.

71. Куликов В.М., Носов B.C., Королев В.Н., Сыромятников Н.И. Исследование флуктуаций порозности и интенсивности внешнего теплообмена в псевдожи-женном слое// Инж.-физ.журн.-1976.- Т. 30.- № 6 С. 986-993.

72. ЛеваМ. Псевдоожижение.- М.: Гостоптехиздат, 1961.- 400 с.

73. Липин A.B. Контроль технологических параметров многокомпонентных смесей в псевдоожиженном слое: автореф. дис. канд. техн. наук/ Алтайский гос. техн. ун-т им. И.И.Ползунова. — Барнаул, 2006. — 21 с.

74. Майстренко А.Ю., Топал А.И. Экспериментальные исследования горения энергетических углей и их коксов в кипящем слое при атмосферном и повышенном давлении // Горение и плазмохимия. 2006. - Т.4, N 4. - С. 300-307.

75. Мацевитый Ю.М. Обратные задачи теплопроводности в 2-х томах// Киев: Наукова Думка, 2002. 408 с.

76. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения по ГОСТ Р 8.596-2002 // Справочник. Инженерный журнал, 2003, №5. С. 2-7.

77. Основы идентификации и проектирования тепловых процессов и систем: Учебное пособие /О.М. Алифанов и др. //М.: Логос, 2001. 400 с.

78. Обморшев А.Н. Введение в теорию колебаний.-: Наука, 1965.- 276 с.

79. Опыт внедрения котлов малой мощности с топками форсированного низкотемпературного кипящего слоя / Сидоров A.M., Скрябин A.A., Медведев А.И., Щербаков Ф.В. // Новости теплоснабжения. 2009. - N 1(101). - С. 19-25.

80. Особенности процессов сжигания биотоплив в котлах с кипящим слоем / Рябов Г.А., Дик Э.П., Соболева А.Н., Соловьева Т.Е. // Теплоэнергетика. 2005. -N 9. - С. 54-60.

81. Оценка гидродинамических неравномерностей в реакторах с псевдоожи-женным слоем на основе модели потенциального течения несжимаемой жидкости / Черняков A.B., Волынец А.З., Меламед Л.Э., Целиков В.А. // ТОХТ. -2008. Т.42, N 2. - С. 146-151.

82. Перспективы сжигания низкосортного твердого топлива в топках кипящего слоя отопительных котлов мощностью до 1 МВт / Кучин Г.П., Скрипко В .Я., Сигал А.И., Быкорез Е.И. // Пром. теплотехника. 2009. - Т.31, N 4. - С. 51-55.

83. Применение котлов с ЦКС для сжигания сланцев в Эстонской Республике / Пайст А., Арро X., Jloocaap Ю. и др. // Электр, ст. 2006. - N 2. - С.8-11.

84. Патент ФРГ. Реометр с маркировкой тепловых импульсов.- № 3234146; Опубл.Б.И.Д 984, № 11.

85. Плетнев Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике: учебник для студентов вузов/ Г.П. Плетнев.- 4-е изд., стереотип,- М.: Издательский дом МЭИ, 2007.- 352 с.

86. Пилипенко Н.В., Ключев В.М., Ходунков В.П. Нестационарный теплообмен в аппаратах с кипящим слоем. В кн.: Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах.// НПО ЦКТИ им. И.И.Ползунова, 1985, Т.З.- С. 301-302.

87. Пилипенко Н.В., Мигитко И.А., Ходунков В.П. Измерение порозности и уровня псевдоожиженного слоя.// Изв.вузов. Приборостроение, 1988, Т. 31, № 4.-С. 85-90.

88. Пилипенко Н.В., Ходунков В.П. Устройство для измерения скорости двухфазного потока.// Изв.вузов. Приборостроение, 1989, Т. 32, № 3. С. 91-93.

89. Пилипенко Н.В., Лазуренко Н.В., Лебедев П.В. Параметрическая идентификация нестационарных потоков с помощью тепломеров «вспомогательная стенка».//Изв.вузов. Приборостроение, 2005, № 9, Т.48. -С. 47-50.

90. Пилипенко Н.В. Методы параметрической идентификации в нестационарной теплометрии. Часть 1 //Известия ВУЗов. Приборостроение, 2003, №8, Т.46. -С. 50-54.

91. Пилипенко Н.В. Методы параметрической идентификации в нестационарной теплометрии. Часть 2 // Изв. вузов. Приборостроение, 2003, №10, Т.46. С. 67-71.

92. Пилипенко Н.В., Зеленская М.Г. Параметрическая идентификация нестационарных тепловых потоков с помощью тепломеров «тонкого диска». // Измерительная техника, 2006, №7. С. 46-49.

93. Пилипенко Н.В., Гладских Д.А. Решение прямых и обратных задач теплопроводности на основе дифференциально-разностных моделей теплопереноса. //Изв. вузов. Приборостроение, 2007,Т.50, №3. С. 69-74.

94. Pilipenko N. Parametrical Identification of Differential-difference Heat Transfer Models in Non-stationary Thermal Measurements //Heat Transfer Research, 2008, Vol. 39, №. 4,-pp. 311-315.

95. Пилипенко Н.В. Динамический метод измерения эффективных температур и коэффициентов теплоотдачи в псевдоожиженных слоях. //Приборы. 2004, №10.-С. 37-39.

96. Пилипенко Н.В. Методические погрешности параметрической идентификации моделей теплопереноса в нестационарной теплометрии. // Научно-технический вестник ИТМО. Современные технологии. 2007, № 44. С. 21- 29.

97. Походун А.И., Шарков А.В. Экспериментальные методы исследований. Измерения теплофизических величин. Учебное пособие. СПб: СПб ГУ ИТМО, 2006.- 87 с.

98. Протодьяконов И.О., Глинский В.А. Экспериментальные исследования гидродинамики двухфазных систем в инженерной химии.- Д.: изд. ЛГУ, 1982.196 с.

99. Расчеты аппаратов кипящего слоя: Справочник / Под ред. И. П. Мухлено-ва, Б.С. Сажина, В.Ф. Фролова.- Л.: 1986.-352 с.

100. Разработка новых технологий сжигания твердых топлив в топках с псевдо-ожиженным слоем. 1.Инженерная методика расчета / Майстренко А.Ю., Рох-ман Б.Б., Выфатнюк В.Г., Чернявский Н.В. // Энерготехнол. и ресурсосбережение. 2009. -N 1. - С. 4-12.

101. Рохман Б.Б. Двухзонная модель аэродинамики, тепломассообменных процессов и горения в надслоевом пространстве топки котла с циркулирующим кипящим слоем // Теплоэнергетика. 2005. - N 9. - С.35-43.

102. Рохман Б.Б. К моделированию процессов переноса в надслоевом пространстве топки парогенератора с циркулирующим кипящим слоем // Инж.-физ. журн. 2006. - Т.79, N 1. - С. 20-28.

103. Рохман Б.Б., Кесова JI.A., Шамис Л.Б. Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением. Часть 1. Математическая модель // Пром. теплотехника. 2009. - Т.31, N 1. - С. 28-35.

104. Разработка системы технической диагностики энергетической точки как основа принятия управленческих решений. / Журавлев Ю.А., Скуратов А.П., Блох А.Г., Ковалев Ю.В. Электрические станции, 2001, №4. С. 9-13.

105. Сквайре Дж. Практическая физика.-М.: Мир, 1071.- 246 с.

106. Сжигание горючих сланцев в котлах с топками низкотемпературного кипящего слоя / Шемякин В.Н., Карапетов А.Э., Фрайман Г.Б., Пудовкин Е.М. // Уголь. 2004. - N 9. - С. 26-30.

107. Сапожников С.З.,Митяков В.Ю.,Митяков A.B. Градиентные датчики теплового потока: возможности и перспективы применения // Теплоэнергитика, 2006, №4. С. 23-30.

108. Смирнов A.B. Котлоагрегаты малой мощности с топками высокотемпературного кипящего слоя в коммунальной энергетике // Новости теплоснабжения. -2009. -N3.-С.15-19.

109. Старченко A.B., Саломатов В.В., Красильников C.B. Моделирование процессов в топке кипящего слоя // Горение и плазмохимия. 2006. - Т.4, N 4. - С. 239-246.

110. Теплицкий Ю.С., Ковенский В.И., Ноготов Е.Ф. Распределение времен пребывания частиц в стояке циркулирующего кипящего слоя // Инж.-физ. журн. 2006. - Т.79, N 3. - С. 164-170.

111. Теплицкий Ю.С., Ноготов Е.Ф. Перемешивание частиц в циркулирующем кипящем слое // Инж.-физ. журн. 2002. - Т.75, N 3. - С. 9-16.

112. Тугов А.Н., Рябов Г.А. Современные ТЭС, сжигающие бытовые отходы в циркулирующем кипящем слое (мировой опыт) // Энергохозяйство за рубежом. 2008.-N 5(240). - С. 12-20.

113. Тупоногов В.Г., Рыжков А.Ф., Филиппов Д.В. Исследование истирания дисперсного материала в аппаратах с псевдоожиженным слоем // Пром. энергетика. 2008. - N 12. - С. 47-50.

114. Температурные измерения. Справочник. / Геращенко O.A., Гордов А.Н., Еремина А.К. и др. // Киев:Наукова думка, 1989. 704 с.

115. Теплофизические измерения и приборы / Ппатунов Е.С., Буравой С.Е., Ку-репин В.В., Петров Г.С. //J1.Машиностроение, 1986. —256 с.

116. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиномиальных моделей: Справочник/ под ред. В.В. Налимова. М.: Металлургия, 1982, -751 с.

117. Тамарин А.И., Епанов Ю.Г., Рассудов Н.С., Шемякин В.Н. Перенос тепла в топке КС к горизонтальному трубному шахматному пучку// Энергомашиностроение.- 1977.- №12.- С. 7-8.

118. Тамарин А.И., Забродский С.С., Епанов Ю.Г. Исследование теплообмена между горизонтальным шахматным пучком труби псевдоожиженным слоем // В кн.: Тепломассообмен- У.- Минск: ИТМО им. A.B. Лыкова АН БССР, 197, Т.6. -С. 117-122.

119. Тодес О.М.,Богомаз Э.Л., Бондарева А.К. Флуктуационный метод определения эффективного коэффициента перемешивания твердой фазы в псевдоожиженном слое // Хим. пром-ть.-1971.-Т.47.-№ 7.- С. 176-181.

120. Тодес О.М., Бондарева А.К. Теплопроводность и теплообмен в кипящем слое// Инж.-физ.журн.-1960.- Т.З.-№2.- С. 105-110.

121. Тодес О.М., Цитович О.Б. Аппараты с кипящим зернистым слоем.-Л.: Химия ЛО, 1981.- 296 с.

122. Тодес О.М., Цитович О.Б. Проблемы масштабирования аппаратов с псевдоожиженном слоем// ТОХТ. 1983.-Т.17." С. 648-653.

123. Тодес О.М., Цитович О.Б. Способ оценки качества псевдоожижения // Тезисы докл. Всесоюзн. Научн.-техн. Конф. «Техника псевдоожижения и перспективы ее развития».- Черкассы: НИИТЭХИМ, 1988.- С. 136-137.

124. Тодес О.М., Цитович О.Б. Термодинамические открытые системы химической технологии//Материалы Всесоюзн. научн.- техн. конф. «Техника псевдоожижения и перспективы ее развития».- Черкассы: НИИТЭХИМ, 1989.- С. 4160.

125. Тодес О.М., Цитович О.Б., Ходунков В.П., Пилипенко Н.В., Ключев В.М. Теплообмен в заторможенном псевдоожиженном слое // Инж.-физ. журн.1986.- Т.50.-№ 3.- С. 445-451.

126. Ткаченко А.Е. Моделирование системы автоматического управления топкой низкотемпературного кипящего слоя // Севергеоэкотех 2005: материалы VI междунар. молодеж. науч. конф., 23-25 марта 2005. В Зч. 4.1. - Ухта: УГТУ, 2006. - С. 62-67.

127. Фокин В.М. Основы энергосбережения и энергоаудита./ М.: Изд-во Машиностроение-!, 2006. — 256 е., с ил.

128. Цугленок Н.В., Манасян С.К., Демский Н.В., Конусов H.H. Методика определения теплофизических свойств зернового материала//Вестник Красноярского аграрного университета, 2007, №4.- С. 131-133.

129. Ходунков В.П. Исследование теплообмена в псевдоожиженном слое. //15 Королевские чтения МФТИ: тез. докл. науч.-техн. конф. — Москва:, деп. ВИНИТИ, № 6660-84, 1984. С. 42-44.

130. Ходунков В.П., Мигитко И.А. Нестационарный теплообмен в двухфазных дисперсных потоках.// Актуальные вопросы теплофизики и физической газодинамики.: тез. докл. науч.-техн. конф. Новосибирск: Изд-во ИТФ СОАН, 1987. -С. 197-198.

131. Ходунков В.П., Мигитко И.А. Измерение объемной концентрации и скорости движения твердой фазы двухфазного потока. — В кн.: актуальные вопросы теплофизики и физической газодинамики.// Новосибирск: Изд-во ИТФ СОАН,1987.-С. 38-46.

132. Ходунков В.П. Устройство для анализа низкочастотных колебаний температуры.// Изв.вузов. Приборостроение, 1987, Т. 30, № 1. С. 90-92.

133. Ходунков В.П. Определение эффективной температуропроводности псев-доожиженного слоя.//Изв.вузов. Приборостроение, 2010, Т.53, № 10. С.83-88.

134. Ходунков В.П. Метод измерения локальной температуры неоднородного дисперсного потока.//Изв.вузов. Приборостроение, 2010, Т.53, № 5 . С.73-77.

135. Шемякин В.Н., Карапетов А.Э. Внедрение технологии сжигания местных видов низкосортного топлива в кипящем слое // Новости теплоснабжения. -2007. -N 9. -С. 28-31.

136. Шумаков Н.В. Метод последовательных интервалов в теплометрии нестационарных процессов // М.: Атомиздат, 1979. — 216 с.

137. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов/ М.:Физматгиз, 1962. 450 с.

138. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен./ Учебное пособие для вузов.- 2-е изд., испр. и доп.- М.: Издательство МЭИ, 2005. 550 е., с ил.

139. Цирельман Н.М. Прямые и обратные задачи тепломассопереноса/ Н.М. Цирельман.-М.: Энергоатомиздат, 2005.- 392 с.

140. Янке Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции.- М.: Наука, 1964.-342с

141. Borodulya V.A., Ganzha V.L., etc. Heat transfer between fluidized beds of large particles and horizontal tube// Int.J.of Heat Mass Transfer.-1984.-V.27.- № 8 . P. 1219-1225.

142. De Groot J.H.-Proc.Int.Symp/Fluidis.Eindhoven. Amsterdam, 1967, P.348.

143. Howe W.C., Aulisio C., Pope, Evans and Robbins. Control variables in fluidized bed steam generation// Chemical Engineering Prog.-1977.- P. 69-73.

144. LevaM., Grummer M. //Chem.Eng.Prog.-1952.-V.48.- № 6.- P. 307-313.

145. Mickley H.S., Fairbanks D.F., Hawthon R.D. The relation between the transfer coefficient and termal./AICHE Journal, 1955, v.l, № 9, p. 374.

146. Ruckenstein E., Schorr V. Despe modelul propus de Levenspiel si welton pentru transferrul de caldura dintre un streat fluidizat si pepete// Studii si cercetapi de Ener-getica.-1958.-AN8.-№l.-P. 7-15.

147. Saxena S. C., Gabor J.D. Mechanisms of heat transfer between a surface and a gas-fluidized bed for combustor application// Prod. Energy Combust. Sci.-1981 .-V.7. -P. 73-102.

148. Xavier A.M., Davidson J.F. Fluidization. Cambridge University Press, 1978. -333 p.

149. Xavier A.M., Davidson J.F. Heat transfer to surfaces immersed in fluidized beds, particularly tube arrays// Cambridge University Press.-1978.-CB23RA. P. 333-338.