автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Моделирование гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое

На правах рукописи

БАРАКОВ Александр Валентинович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В ПЕРЕМЕЩАЮЩЕМСЯ ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ

Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж - 2005

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Мозговой Николай Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Беспалов Александр Валентинович; доктор технических наук, профессор Шишацкий Юлиан Иванович; доктор технических наук, профессор Сотникова Ольга Анатольевна

Ведущая организация ОАО "Воронежское самолетостроительное

общество" (ВАСО) г. Воронеж

Защита состоится "17 " февраля 2005 г. в 10.00 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.05 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета

Автореферат разослан " 11 " января 2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета Осинцев А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В России, развивающейся в течение многих десятилетий при необоснованно низких ценах на энергоресурсы, ежегодно перерасходуется 300-400 млн. тонн условного топлива. Указом Президента утверждена «Энергетическая стратегия на период до 2020 года «ЭС-2020», в которой излагаются основные направления развития энергетического комплекса страны, приводятся количественные и структурные прогнозы его развития. В соответствии с этой программой должен быть выполнен комплекс научно-исследовательских работ, целью которых является перевод экономики России на энергосберегающий путь развития. В частности, большое внимание уделяется необходимости создания и исследования новых энергетических и теплотехнологических процессов и оборудования.

Одним из наиболее эффективных методов осуществления процессов тепло- и массообмена с твёрдой фазой, как известно, является псевдоожижение. Достоинства псевдоожиженного («кипящего») слоя отмечены во многих монографиях отечественных и зарубежных учёных. К ним относятся высокие значения эффективной теплопроводности и межфазной теплоотдачи, соизмеримые с соответствующими коэффициентами для капельных жидкостей, развита удельная поверхность теплообмена, независимость гидравлического сопротивления слоя от скорости ожижающего агента, постоянство температур и концентраций по объему, подвижность («текучесть») и т. д. Поэтому неслучайно этот метод получил весьма широкое распространение в энергетике, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности.

Однако способу организации процессов в псевдоожиженном слое присущи определённые недостатки. В частности, для реализации непрерывных процессов возникает необходимость принудительного перемещения (циркуляции) слоя вдоль газораспределительной решётки. В большинстве известных устройств это достигается применением механических транспортеров и элеваторов, наличие которых значительно усложняет конструкцию установок и снижает надёжность их работы. Поэтому одним из перспективных методов направленного перемещения псевдоожиженного слоя твёрдых частиц является ориентация потока ожижающего газа в сторону движения слоя. Принцип совмещения псевдоожижения и транспорта дисперсного материала может получить широкое распространение в различных энергетических и теплотехнологических процессах, таких как термообработка, сушка, газификация и сжигание твёрдого топлива, пневмотранспорт и др. Перемещающийся псевдоожиженный слой весьма эффективен в качестве насадки (промежуточного теплоносителя) регенера-

тивного теплообменного аппарата. Однако в настоящее время количество публикаций, посвященных исследованию гидродинамических и тепломас-сообменных процессов в таком слое весьма ограничено, что затрудняет создание инженерной методики расчета, оптимизации и проектирования установок такого типа. В связи с этим дальнейшее исследование гидродинамики и тепломассообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое является актуальным.

Настоящая работа выполнялась в соответствии с комплексным планом госбюджетных и хоздоговорных НИР Воронежского государственного технического университета: ГБ 86.16 «Исследование и оптимизация теплоэнергетических процессов и установок промышленных предприятий» (№ гос. per. 01860062631), ГБ 91.12 « Анализ процессов и теплоэнергетических установок промышленных предприятий» (№ гос. per. 01910011394), ГБ 96.12 «Исследование процессов тепломассообмена энергетического оборудования» (№ гос. per. 01970000498), ГБ 01.12 «Исследование процессов тепломассообмена энергетического оборудования» (№ гос. per. 01200117677), ХД 23.77 «Оптимизация режимов работы энергетических установок ВШЗ» (№ гос. per. 77009680), ХД 8.81 «Оптимизация технологических процессов на ВШЗ» (№ гос. per. 81013986).

Цель работы. Развитие теории, методов оптимизации и расчета гидродинамических и тепломассообменных параметров перемещающегося псевдоожижеиного слоя применительно к проектированию энергетических и тегаютехнологических установок. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать обобщенную гидродинамическую модель процесса, позволяющую вскрыть механизм формирования и движения перемещающегося псевдоожиженного слоя и получить расчетные зависимости для определения высоты и скорости его движения, а также и минимальной скорости ожижающего газа;

- спроектировать и смонтировать экспериментальную установку для исследования гидродинамических и тепловых параметров перемещающегося псевдоожиженного слоя;

- провести экспериментальное исследование гидродинамики псев-доожиженного слоя с целью проверки адекватности разработанной математической модели и аналитических зависимостей и получения эмпирических критериальных уравнений для расчёта гидравлического сопротивления и порозности слоя;

- разработать тепловую модель процесса, позволяющую выполнить расчет и анализ температурных полей в твердой и газообразной фазах слоя;

- получить аналитическое решение задачи о температурном поле в частице дисперсного материала при циклическом изменении температуры

ожижающего газа;

- провести экспериментальное исследование теплообмена с целью проверки адекватности математической модели и получения эмпирической критериальной зависимости для межфазного коэффициента теплоотдачи;

- разработать и реализовать метод оптимизации и инженерного расчета конструктивных и эксплуатационных параметров установки с перемещающимся псевдоожиженным слоем, дать рекомендации для определения скорости ожижающего газа, оптимального диаметра частиц, основных параметров газораспределительной решетки и высоты слоя;

- разработать и исследовать конструкции следующих установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем газо-газового регенератора, печи для обжига дисперсного материала, сушильной установки, газоочистителя, аппарата водоиспарительного охлаждения воздуха, классификатора дисперсных материалов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана и экспериментально подтверждена гидродинамическая модель перемещающегося псевдоожиженного слоя, получены аналитические соотношения для высоты и скорости движения слоя, а также минимальной скорости ожижающего газа;

- разработана и экспериментально подтверждена тепловая модель перемещающегося псевдоожиженного слоя, получены аналитические решения и составлена программа для численного расчета температурных полей в твердой и газообразной фазах;

- получено аналитическое решение задачи о температурном поле в частице дисперсного материала при циклическом ее нагреве и охлаждении;

- в результате обобщения опытных данных на основании теории подобия получены эмпирические критериальные зависимости для порозно-сти и гидравлического сопротивления слоя и межфазного коэффициента теплоотдачи;

- разработаны методические рекомендации по выбору и расчету основных конструктивных и эксплуатационных параметров установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем, таких как скорость ожижающего газа, диаметр частиц, высота слоя, конструктивные параметры газораспределительной решетки;

- на основе результатов исследований разработаны конструкции энергетических и теплотехнологических установок, новизна и оригинальность которых подтверждена двенадцатью авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

На защиту выносятся:

-гидродинамическая модель перемещающегося псевдоожиженного

слоя и полученные на ее основе аналитические соотношения для высоты и скорости его движения и минимальной скорости ожижающего газа;

- тепловая модель перемещающегося псевдоожиженного слоя, методика аналитического и численного решения задачи расчета температурных полей в твердой и газообразной фазах;

- аналитическое решение задачи о температурном поле в частице дисперсного материала при циклическом ее нагреве и охлаждении;

- результаты экспериментального исследования гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое и полученные на их основе эмпирические критериальные уравнения для расчета порозности гидравлического сопротивления слоя, а также межфазного коэффициента теплоотдачи;

- методические рекомендации по определению оптимальных конструктивных и эксплуатационных параметров установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем;

- конструкции энергетических и теплотехнологических установок, новизна и оригинальность которых защищена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

подтверждается использованием результатов фундаментальных исследований в области гидродинамики и теплообмена (уравнения сплошности, Навье Стокса, Ньютона-Рихмана и др.), итогами их опытной проверки в лабораторных и промышленных условиях, а также сопоставлением результатов работы с данными других авторов.

Практическая значимость и реализация результатов.

Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований являются научной основой новых технических и технологических решений в промышленной теплоэнергетике и теплотехнологии. Полученные аналитические и эмпирические соотношения послужили надежной теоретической базой для разработки инженерной методики расчета и оптимизации установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем. Разработаны оригинальные конструкции газо-газовых регенераторов, печи для обжига дисперсного материала, сушильной установки, газоочистителя, водо-испарительного охладителя воздуха и классификатора дисперсных материалов, новизна которых защищена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Материалы диссертационной работы внедрены в практику ряда промышленных предприятий, а также использованы в курсах лекций и лабораторных занятиях по дисциплинам «Энергоиспользование в энергетике и теплотехнологии» и «Высокотемпературные теплотехнологические про-

цессы и установки» на кафедре «Теоретическая и промышленная теплоэнергетика» Воронежского государственного технического университета.

Апробация результатов исследования. Основные положении и результаты диссертационной работы докладывались более чем на 20 Международных, Всесоюзных, Всероссийских, межрегиональных, региональных и вузовских конференциях и совещаниях, в том числе: Всесоюзных конференциях «Теория и практика циклонных технологических процессов» (Днепропетровск, 1982), «Проблемы энергетики теплотехнологии» (Москва 1983, 1987), «Состояние и перспектива теплотехнологии» (Иваново, 1985), «Разработка и исследование новых типов энерготехнологических и теплоутилизирующих установок» (Москва, 1985), «Проблема эффективного использования энергоресурсов» (Москва, 1985), «Внедрение достижений научно-технического прогресса в проектировании источников и систем теплоснабжения» (Рига, 1986), «Рациональное использование тепловой энергии и топлива промышленными и коммунальными предприятиями» (Пенза, 1987), «Разработка и реализация региональных программ энергоснабжения» (Ленинград, 1987), Международной конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» (Сочи, 2004), на региональном семинаре «Процессы теплообмена в энергомашиностроении» (Воронеж, 1995-2002), на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (ВПИ) (Воронеж, 1976-2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 65 работ. Из них наиболее существенные материалы вошли в 41 работу. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: /2/-общий вид критериальных зависимостей; /3-6, 8, 10, 32, 34/-методика проведения экспериментов, обработка опытных данных; /7, 9, 11, 14, 29, 37-41/- математическая модель процессов, методы ее решения, анализ результатов; /12, 13, 30, 33, 35, 36/- конструкции аппаратов, методика исследования, анализ результатов; /15, 16, 22-24, 26/- разработка способов достижения цели; /17-21/- разработка конструкции газораспределительной решетки и обоснование принципа действия; /25/- разработка системы подачи жидкости и конструкция газораспределительной решетки.

Объем и структура работы. Материал диссертации изложен на 233 страницах. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка, включающего 147 наименований, приложений и содержит 71 рисунок и 13 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, сформулирована цель диссертационной работы и задачи исследования, представлена научная новизна и практическая значимость, изложены основные положения, выносимые на защиту, и данные об апробации работы.

В первой главе проведен анализ теоретических и экспериментальных работ по исследованию гидродинамических и тепловых параметров перемещающегося псевдоожиженного слоя, проанализированы конструкции энергетических и теплотехнологических установок, реализующих данный теплотехнический принцип организации взаимодействия твердой и газообразной фазы. Имеющиеся в литературе данные носят, в основном, эмпирический характер или относятся к неподвижным псевдоожиженным слоям, поэтому они не могут служить надежной научной базой для разработки инженерной методики расчета и оптимизации таких установок. На основании проведенного анализа современного состояния указанной проблемы сформулированы задачи данного исследования.

Во второй главе диссертации разработана обобщенная гидродинамическая модель псевдоожиженного слоя, перемещающегося в каналах различной конфигурации.

Схема сил, определяющих формирование и движение псевдоожи-женого слоя вдоль наклонной газораспределительной решетки, показана на рис. 1.

Важнейшими характеристиками движущегося псевдоожиженного слоя является его высота и скорость движения. Высота такого слоя зависит от скорости ожижающего газа, угла входа газа в слой, плотности твердой фазы, размера частиц и ряда других параметров. Причину такой сложной

N

зависимости следует, по всей видимости, искать в искривлении газовой струи, входящей в слой через газораспределительную решетку под углом /?„, к направлению, перпендикулярному решетке (направление наименьшего сопротивления для газа) При увеличении у проекция скорости газа на ось х (и) уменьшается, следовательно, проекция силы аэродинамического давления на частицу со стороны газового потока на ось х (Ы) будет также уменьшаться Необходимым условием существования движущегося по наклонной газораспределительной решетке псевдоожиженного слоя высотой к является неравенство Л^ > йх при 0 <у <к (рис 1), причем знак равенства соответствует верхней границе слоя Если частица окажется за пределами слоя (у > И), то сила аэродинамического сопротивления N окажется меньше проекции веса Ох и частица скатится вдоль слоя вниз по решетке

Из сказанного ясно, что определению высоты псевдоожиженного слоя к должна предшествовать задача об определении распределения скорости ожижающего газа в слое

Запишем систему уравнений сплошности и Навье-Стокса для газообразной фазы

а3 л _ <1и с1ги

пс13 1 йР г

ду рГ ду ¿у

где У] - эффективная кинематическая вязкость слоя, — проекции силы

давления на газ со стороны взвешенных в нем твердых частиц

Давление частиц на газ обусловлено весом частиц, трением частиц о газораспределительную решетку и силой инерции частиц Если считать соударение частиц с решеткой упругим, а силу инерции малой (случай равномерного движения слоя), то проекции силы давления на газ со стороны частиц можно подсчитать как соответствующие проекции веса частиц, заключенных в 1 кг газа

(4)

(5)

Из уравнения (1) следует, что величина 9 не изменяется по высоте

слоя

Уравнение (3) с учетом (1) будет иметь вид

1 ф

= Р + а ■

У Оу

Рг <Ь>

Оно выражает хорошо известный факт о том, что перепад давления в псев доожиженном слое обусловлен весом ожижающего газа и частиц, заклю ченных в нем.

Граничные условия для уравнения (2) имеют вид:

и = и0 при у = 0 ; — = 0 при у = к. с1у

(7)

Предварительно проведенная нами серия экспериментов с различными решетками и частицами позволила определить пределы изменения основных параметров исследуемого процесса псевдоожижения:

к = 0,02 - 0,2 м; = 50 - 1000 Н/кг, = 3 - 5 м/с2. С учетом этого решение (2) при граничных условиях (7):

и = и„ +-

3

У •

(8)

Таким образом, в первом приближении считаем распределение проекции скорости ожижающего газа на ось х(и) - линейное, а поскольку ¥х -отрицательная величина, проекция скорости и уменьшается по мере роста у. На верхней границе слоя (у = к) она будет равна

ик =и„ + — Ь

И о &

(9)

Величина этой скорости должна быть достаточна для поддержания частицы на наклонной решетке в состоянии равновесия. Условие равновесия имеет вид:

Решая (10) для шаровой частицы, получаем:

(11)

На поверхности слоя при у = к проекция скорости газа и должна совпадать со значением, рассчитанным по (11). Приравнивая (11) и (9) и подставляя значения ¥х из (4), получаем окончательное выражение для высоты слоя:

(12)

Если участок разгона псевдоожиженного слоя пренебрежимо мал, по сравнению с длиной решетки, то его скорость может быть также полу-

чена из условия пх =

Откуда следует, что скорость движения будет равна

(14)

Поскольку проекция скорости и изменяется по высоте перемещающегося слоя, в (14) должно учитываться ее некоторое усредненное значение и. Если считать, что в направлении у в пределах псевдоожиженного слоя частица движется равнопеременно, то несложно получить значение для определения координату:

2 , Ус = зА-

(15)

Таким образом, в (14) следует подставить значение ис, рассчитанное по формуле (8) с учетом (12) и (15).

При перемещении крупных и тяжелых частиц вдоль сравнительно коротких решеток скорость движения псевдоожиженного слоя, рассчитанная по (14), оказывается значительно выше действительной. Причина расхождения заключается в неучете инерции частиц, снижающей их среднюю скорость. Для более точного определения скорости движения слоя запишем уравнение второго закона Ньютона для отдельной частицы:

где

(16)

Первое слагаемое правой части (16) характеризует силу веса частицы, второе - силу аэродинамического сопротивления со стороны газового потока.

Граничное условие для (16):

Аналитическое точное решение (16) громоздко и неудобно для инженерных расчетов.С целью получения приближенного решения разложим правую часть (16) по степеням и ограничимся двумя первыми приближениями:

ат

где

п0 =кис^и* + Э1 ;

2и2с +31

+

Решение (18) при условии (17) имеет вид:

л\

(19)

Интегрируя (19) по времени г, от нуля до г получаем зависимость продольной координаты частицы х от времени т:

X- " ""-и--^-ехр^г^Л-. (20)

Из (20) можно получить среднюю скорость перемещения слоя:

(21)

Уравнение (16) может быть использовано для определения другого важного параметра исследуемого процесса - минимальной скорости ожи-жающего газа, при которой начинается движение частиц слоя вдоль решетки.

Полагая, что щ = 0, а ис = и0 (тонкий слой), имеем:

(22)

В третьей главе работы изложены результаты теоретического исследования теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое. При разработке математического модели принята следующая схема теплообме-

Т" 1

на. Т

Рис. 2. Расчетная схема теплообмена в перемещающемся псевдо-ожиженном слое

В качестве системы исходных дифференциальных уравнений запишем уравнения теплового баланса для элементарного объема слоя йхйу (протяженность элемента в направлении z считаем равной 1):

(23)

Из совместного решения уравнений (24) и (25) получаем

дТ _ а Л ду

-(Т-0).

(24)

(25)

(26)

сг3рг

Граничное условие для температуры ожижающего газа при у = О имеет вид

Для получения распределения температуры ожижающего газа по высоте псевдоожиженного слоя интегрируем (26) с учетом граничного условия (27)

" .лй.

сг3рг

Неизвестной величиной в (28) является температура твердой фазы (в).

Будем считать, что из-за интенсивного перемешивания частиц псев-доожиженного слоя их температура в направлении координаты у остается постоянной (модель полного перемешивания), т. е.

дв

Т = 9 + (Т'-д)ехр

-у

(28)

= 0.

ду

Из совместного решения (23), (25) и (28) следует, что

^ = - С[ЗР\ (Г-Д-еу

дх стч>1 (\-е)ртк [

сг3рг

Граничное условие для температуры частиц при х — 0

0 = 0'.

(29)

(30)

(31)

Результат интегрирования (30) с учетом (31) в предположении, что скорость wT не зависит от х и имеет вид

Поскольку аналитическое решение задачи при условии, что

ду

(модель без перемешивания) громоздко, произведем приближенное (численное) решение исходной системы дифференцированных уравнений. Из совместного решения (23) - (25) получаем

(33)

(34)

Для удобства анализа влияния различных факторов на распределение температуры в твердой и газообразной фазах введем безразмерные переменные

(35)

С учетом (35) система уравнений (33), (34) преобразуется к виду

(36)

(37)

Система (36)-(37) решалась численным методом при граничных условиях (27), (31). Сопоставление результатов аналитического и численного решения системы (23)-(25) показало их хорошее совпадение, однако окончательный вывод о влиянии перемешивания частиц на интенсивность межфазного теплообмена может быть сделан после проведения экспериментальной проверки. Полученные выше соотношения основывались на допущении об однородности температурного поля в частице слоя (Б1 < < 0,25). Между тем, при циклическом нагревании и охлаждении оно может оказаться неоднородным.

Будем считать, что температурное поле газа, омывающего частицу, изменяется по закону, представленному на рис. 3. Полагая, что частица ограничена сферической поверхностью, время нагревания частицы т„ и время охлаждения т„ одинаковы, теплофизические свойства материала частицы и газа не зависят от температуры, коэффициент теплоотдачи а не зависит от времени.

Рис. 3. График зависимости температуры ожижающего газа от времени. Разложим кривую, представленную на рис.3, в ряд Фурье по коси-

нусам:

4Г

-cos

(2л -1)

(38)

И=1 ж(2п~1)

В качестве основы, на которой определяется решение поставленной задачи, было взято решение А.В. Лыкова для теплообмена шара при условии, что температура окружающей среды изменяется по косинусоидально-му закону. Дифференциальное уравнение и краевые условия для этой задачи имеют вид:

(39)

(40)

где & = — , r'=~, Т = Т" cos(®r) или T = cos(PdFo), Pd = m(rtf/a -Т" R

ат

число Предводителева; а - угловая частота; Fo =-- - число Фурье.

(Г )

Решение этой задачи в квазистационарной постановке (т.е. для больших значений г) имеет вид:

где

Полученное соотношение (41) может быть использовано при обработке опытных данных для определения коэффициентов межфазного теплообмена при циклическом изменении температуры ожижающего газа.

Четвертая глава диссертации посвящена экспериментальному исследованию гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдо-ожиженном слое. Эти исследования необходимы для проверки адекватности разработанных математических моделей и полученных на их основе аналитических зависимостей, а также для получения эмпирических критериальных уравнений для гидравлического сопротивления, порозности слоя и межфазного коэффициента теплоотдачи.

Эксперименты проводились на специально сконструированной установке, принципиальная схема которой показана на рис.4. Основным элементом установки является рабочий участок 1. В проведенных экспериментах использовались две конструкции рабочего участка: первая конструкция представляет собой прямоугольную камеру размерами 490x50x525 мм, вторая - кольцевую камеру, образованную коаксиальными обечайками диаметрами 200 и 380 мм. Для визуального наблюдения процесса и возможности фотосъемки наружные стенки камер выполнены из органическо-

го стекла

В камере на специальных кронштейнах закреплена сменная газораспределительная решетка 2 В опытах использовались жалюзийные газораспределительные решетки, состоящие из стального каркаса и поворотных лопаток высотой Ь и шагом угол наклона лопаток (/?„) может изменяться в пределах от 20° до 40° градусов в прямоугольной камере и от 20° до 65° в кольцевой камере Угол наклона газораспределительной решетки к горизонту (/?я) может изменяться за счет наклона рабочей камеры в диапазоне от 0° до 20° для прямоугольной камеры и от 5° до 30° для кольцевой камеры Для исключения провала частиц и более равномерного газораспределения решетки накрывались стальной сеткой с «живым» сечением 50 %

1 - рабочий участок, 2 - газораспределительная решетка, 3 - загрузочный бункер, 4 - отводной канал, 5 - диффузор, 6 - подводящий воздухопровод, 7 - вентилятор, 8 - поворотная заслонка, 9 - «интегрирующая» трубка, 10, 11 - микроманометры, 12 - электрокалорифер, 13 - автотрансформатор, 14 - термопары, 15 - переключатель, 16 - сосуд Дьюара, 17 -потенциометр (цифровой вольтметр), 18, 19 - датчики, 20 - приемный бункер, 21, 22 - шиберы

Дисперсный материал подавался в рабочую камеру из загрузочного бункера 3 через открытый шибер 21, перемещался по решетке 2 и через шибер 22 отводился по каналу 4 в приемный бункер 20 В кольцевой камере возможна непрерывная циркуляция материала В качестве ожижающего газа использовался атмосферный воздух, подаваемый в рабочую камеру высоконапорным вентилятором 7 типа Ц10-28 № 3 Вентилятор обеспечивает избыточное давление газа 4500 Па при номинальной производительности 3500 м3/ч Расход ожижающего газа регулируется поворотной за-

Рис 4 Принципиальная схема установки

слонкои а, усыновленной на всасывающей стороне вентилятора, подача ожижающего газа в рабочую камеру происходит через подводящий трубопровод 6 и диффузор 5. Для измерения расхода ожижающего газа служит «интегрирующая трубка» 9 (на рис. 4 показана условно) в комплекте с микроманометром 10 типа ММН-240 (класс точности 1). Применяемая трубка предварительно градуировалась на специальном стенде по стандартной диафрагме, позволяющей измерить объемный расход газа с погрешностью ± 0,5%.

Гидравлическое сопротивление рабочей камеры (потери давления ожижающего газа в системе «решетка-слой») определялось по перепаду статического давления, измеряемого микроманометром 11 (тип ММН-240).

Для подогрева ожижающего агента служит электрокалорифер 12 типа СФОЦ-25/0,5-Ц1 максимальной мощностью ~ 24 кВт. С помощью лабораторного трансформатора 13 типа РНО-250-5 производится плавное регулирование потребляемой калорифером мощности и, таким образом, регулируется температура ожижающего воздуха от комнатной до ~ 90°С. Мощность тока, потребляемого электрокалорифером, определяется по показанием амперметра (А) и вольтметра (V) и служит для предварительной оценки температуры воздуха. Для обеспечения стационарного режима работы установки воздух, выходящий из рабочей камеры, отводится из помещения.

Для измерения температуры ожижающего агента в различных точках рабочей камеры служат термоэлектрические термометры (термопары) 14, изготовленные из хромель-копелевой проволоки диаметром 0,2 мм. В качестве вторичного прибора к ним используется автоматический потенциометр КСП-4 или цифровой вольтметр 17 В7-23. В последнем случае поочередное подключение термопар производится переключателем 15, а «холодные» спаи термопар помещены в сосуд Дьюара 16.

Перед началом опытов осуществлялась градуировка термопар по образцовому ртутному термометру с ценой деления 0,1 °С. Относительная погрешность при измерении температуры не превышает ± 0,5%.

В отдельных экспериментах для измерения средней скорости движения твердой фазы использовались частицы, меченные радиоактивным йодом, и датчики 18,19 дозиметрического прибора ДП5-А.

В качестве твердой фазы использовались частицы различной формы из алюмоцинкового сплава В-95, чугуна, кварцевого песка и силикагеля.

Перед началом исследований было произведено планирование экспериментов, а также оценка ошибок косвенных измерений и необходимого числа прямых замеров для исключения промахов. В общей сложности было исследовано и обработано свыше 500 режимов.

Отдельные результаты исследования, посвященные проверке полученных выше аналитических зависимостей, показаны на рис.5-7.

16

м/с

1 1 • /» А/*»»

л.- А. .А

я

•X 1 Г»^ Рп

2 3 4 гРад

Рис. 5. Зависимость минимальной скорости ожижающего газа от

угла наклона жалюзи газораспределительной решетки: - - теория (формула 22), А, • - эксперимент • - решетка: у9„ = 20 -г- 45°; частица: с1 = 4,88 мм, /зт= 1560 кг/м3 ▲ - решетка: /?„ = 20 £ 45°, частица: оГ= 2,88 мм,рг = 2850 кг/м3

м 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02

к

/

7

• А

/

▲ *

/ у:

/ / / > д И'/-

9 10 11 12 13 м/с

Рис. 6. Зависимость высоты псевдоожиженного слоя от скорости ожижающего газа - -теория (формула 12), • -эксперимент • -решетка: /?„= 35°, частица: й= 2,47 мм, рт= 1560 кг/м3 ▲ -решетка: /?„=35°, частица: й~ 1,13 мм, рт = 7800 кг/м3

Рис. 7. Зависимость средней скорости движения твердой фазы вдоль решетки от скорости ожижающего газа - - теория (формула 21), А, • - эксперимент • - решетка: /?„=20°, частица: с1 = 5,0 мм,/?т = 2850 кг/м3 ▲ - решетка: /?„ =35°, частица: d = 5,0 мм, рт = 2850 кг/м3

Как следует из графиков, совпадение расчетных и опытных данных удовлетворительное, что свидетельствует об адекватности разработанной гидродинамической модели реальному процессу.

Обобщение опытных данных по гидравлическому сопротивлению и порозности производилось в критериальном виде методом наименьших квадратов. Общий вид критериальных зависимостей получен на основании анализа размерностей.

Результаты экспериментов аппроксимированы следующими соотношениями:

- для жалюзийной газораспределительной решетки:

£и = 30,5 Яе"0-33 /?п 0,886"

(42)

где Ъ - высота лопаток в газораспределительной решетке, м;

- для системы «решетка + слой» в наклонной прямоугольной камере:

Г V01

£и =20,8Ле /т

£т_ Рг

0 75Ь-0 04^-0 12

РГъ

(43)

где I - шаг установки лопаток в газораспределительной решетке, м;

18

— для системы «решетка + слой» в горизонтальной кольцевой камере:

(44)

где - угол наклона газораспределительной решетки к оси аппарата, рад; - для системы «решетка + слой» в наклонной кольцевой камере:

(45)

Полученные соотношения справедливы в следующем диапазоне безразмерных параметров:

600 < Не < 4250; 500 < Л- < 13200; 1300 < ^ < 6500.

Отдельные опытные и расчетные данные по гидравлическому сопротивлению показаны на рис. 8, 9.

Анализ графиков показывает, что полученные формулы обобщают опытные данные с погрешностью, не превышающей 10%.

Рис. 8. Зависимость гидравлического сопротивления газораспределительной решетки от скорости ожижающего газа:

- - расчет по (42); • - эксперимент Решетка: Д, =20°, t= 15 мм, Ь =41,0 мм

А, •

Па 5 5 4 4 3 3 2 2 1

лгр. /

/

/

/ А

/ /

/ А

/

• а ✓

9 10 11

м/с

Рис. 9. Зависимость гидравлического сопротивления системы «решетка + слой » от скорости ожижающего газа

- расчет по (43)

- эксперимент

-решетка:/?„=35°, ?=75мм, Ь- 41,0мм;частица: с1 =2,47мм,/>г= 15®КГ/М! -решетка: /?„ = 20У= 15 мм, Ь = 41,0 мм; частица: я?= 5,0 мм, рт = 2850кг/м3

В результате обработки опытных данных по порозности псевдо-ожиженного слоя получены следующие уравнения"

на наклонной прямоугольной решетке

(46)

- на наклонной кольцевой решетке:

Формулы (46)-(47) справедливы при условии

И>

1,5 <—— <9,8,

И'г

0,087</?р <0,524

Отдельные результаты опытных и расчетных данных по порозности показаны на рис 10,11 Расхождение данных не превышает 10 %

0,98 0,97 0,96 0,95

£ •• а —( • 1 •

• • • > 1 »V • • • •

• У • • • •

11

13

15 И-

г

Рис 10 Зависимость порозности псевдоожиженного слоя от относительной скорости псевдоожижающего газа - - расчет по (46), • - эксперимент

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

е ■А

■

• / V* / *

• 1 1 А

/ / а

/ •

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

м>г

Рис 11 зависимость порозности псевдоожиженного слоя от относительной скорости псевдоожижающего газа - - расчет по (47), • - эксперимент 21

Область применения полученных уравнений (48)-(50) при условии 500 <Яе< 4200.

Отдельные результаты опытных данных и расчетных по (48) - (50) приведены на рис. 12. Среднеквадратичное отклонение опытных данных от расчетных по (48) - 15%, (49) - 15%; (50) - 12%. Анализ этих графиков показывает, что формулы (49) и (50) дают более высокие значения коэффициентов теплоотдачи, что связано, на наш взгляд, с интенсификацией межфазного теплообмена в поле центробежных сил.

№ 160 т-

140 —

120 —

100 —

80 I-

60 -

40 —

20 4-0 — о

Рис. 12. Зависимость числа Ии от критерия 11е. А,* - эксперимент, • - прямоугольный канал, А - кольцевой канал -расчет; 1 - формула (48); 2 - формула (49); 3 - формула (50).

Отдельная серия экспериментов была посвящена исследованию температурных полей в псевдоожиженном слое. Отдельные результаты этих опытов, а также рассчитанных аналитическим и численным методами, приведены на рис. 13.

Хорошее совпадение опытных и расчетных данных свидетельствует об адекватности разработанной выше тепловой модели реальному процессу.

Совпадение расчетных данных по (36) - (37) (модель без перемешивания частиц) с расчетом по (28) (модель с полным перемешиванием частиц) указывает на то, что в пределах тонкого псевдоожиженного слоя процесс перемешивания частиц оказывает слабое влияние на распределение температуры теплоносителей.

Кроме того, анализ теоретических и экспериментальных результатов показал, что с целью обеспечения интенсивного межфазного теплообмена толщину псевдоожиженного слоя в аппарате следует выбирать из условия у* = 0,4 -т 0,5, что позволяет получить соотношение для предельной

высоты слоя

Рис. 13. Распределение температуры ожижающего газа и частиц по

длине прямоугольного канала. • - э к (Рр = 20°, Д, = 30°, (1 = 2,88 мм, рт = 2850 кг/м3, рг = 1,2кг/м3,\уг= 10м/с)

- расчет, 1 - Т' 2 - 0, 3 - Т" (численное решение системы (36-37), 4 - Т"(по формуле (28)).

Относительная длина слоя не должна превышать х* = 1,8 -ъ 2,3. Предельное значение длины газораспределительной решетки определяется соотношением:

сти>т(1-гг)/?т

= (1,8*2,3)-

<*л

(52)

В пятой главе работы проведена оптимизация параметров аппарата с перемещающимся псевдоожиженным слоем. К этим параметрам относятся скорость ожижающего газа, эквивалентный диаметр частиц дисперсного материала и угол входа газовой струи в слой материала. В качестве критерия оптимизации использовался теплогидродинамический показатель:

0-7,

£ = -

(53)

где - электрическая мощность, затраченная на «прокачку» теплоносителя; - к.п.д. электростанции и котельной, соответственно.

Количество переданной в аппарате теплоты определялось из урав-

23

нения Ньютона-Рихмана с учетом (28), (32), (48) - (50), а мощность, затрачиваемая на «прокачку» теплоносителя, будет равна

Р.'*». (54)

Рг

Величина гидравлических потерь теплоносителя в (54) определялась по (43) - (45) в зависимости от типа канала.

Условие минимума теплогидродинамического показателя Е, соответствующего оптимальному значению ьго параметра процесса, имеет следующий вид:

В виду сложности решения (55) аналитическим способом задача решалась методом вариантных расчетов. Отдельные результаты проведенных расчетов приведены на рис. 14, 15.

Рис. 14. Зависимость показателя Е от относительной скорости ожижающего

газа.

Частица:- - <1 = 2,88 мм, = 2850 кг/м3

--- -й= 5,00 мм, рг = 2850 кг/м3

-£/=1,13 мм, рт= 7800 кг/м3

Решетка: 1 - Д = 20°, 2 - Д = 35°, 3 - Д = 50°

Как следует из графиков, оптимальную скорость ожижающего газа в аппарате следует определять из соотношения

м>г=(1,ЗП8К\ (56)

где м/™" вычисляется по формуле (22).

Как видно на рис. 15, существенное влияние на величину теплогид-родинамического показателя оказывает угол входа газового потока в слой.

Частица:

Решетка:

Оптимальное значение угла входа газового потока в слой материала лежит в интервале 20 -г 35°, причем большее значение данного интервала следует выбирать для мелких частиц.

В этой же главе диссертации приводится алгоритм конструктивного расчета регенеративного теплообменного аппарата с перемещающимся псевдоожиженным слоем дисперсного материала в качестве промежуточного теплоносителя (насадки).

Шестая глава диссертации посвящена практической реализации результатов проведенных исследований, которые послужили научной базой для разработки конструкций энергетических и теплотехнологических установок, новизна и оригинальность которых защищена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения. К ним относятся:

- газо-газовый регенеративный теплообменник (7 конструкций);

- печь для обжига дисперсного материала;

- сушилка для термомобильных сыпучих материалов;

- очиститель газов;

- охладитель воздуха;

- классификатор дисперсных материалов.

В этой главе приводятся также результаты лабораторных и промышленных испытаний указанных установок, которые подтвердили их работоспособность и высокую эффективность.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований является научной базой дальнейшего развития теории, методов оптимизации и расчета гидравлических и тепломассообменных параметров перемещающегося псевдоожиженного слоя, необходимых для проектирования энергетических и теплотехнических установок.

Основные результаты исследований и вытекающие из них выводы

таковы:

1. Впервые разработана обобщенная гидродинамическая модель процесса, объясняющая механизм формирования и движения перемещающегося псевдоожиженного слоя. Показано, что вследствие искривления газовых струй, входящих в слой дисперсного материала под углом, проекция их скорости и и, следовательно, проекция силы динамического давления газа на частицу Ых уменьшается по высоте слоя. На верхней границе слоя должно выполняться условие Ых = Ох. Из совместного решения уравнений сплошности и Навье-Стокса получено соотношение, описывающее распределение проекции скорости ожижающего газа и по высоте перемещающегося псевдоожиженого слоя.

2. Получены и экспериментально проверены аналитические зависимости для определения высоты и скорости движения псевдоожиженного слоя, а также минимально необходимой скорости ожижающего газа.

3. На основании уравнений теплового баланса и Ньютона-Рихмана разработана тепловая модель процесса, получено аналитическое соотношение для расчета температурных полей в твердой и газообразной фазах. Адекватность математической модели и полученных на ее основе аналитических соотношений подтверждена экспериментально.

4. Получено аналитическое решение задачи о температурном поле в частице при циклическом изменении температуры ожижающего газа. Показано, что при больших значениях критерия Предводителева температурное поле внутри частицы может быть неравномерным при малых значениях критерия Био.

5. Разработан алгоритм численного решения задачи по расчету температурных полей твердой и газообразной фазы перемещающегося псевдо-ожиженного слоя. Показано, что перемешивание частиц по высоте псевдо-ожиженного слоя не оказывает влияния на интенсивность межфазного теп-

лообмена. Получены соотношения для определения предельного значения высоты псевдоожиженного слоя и длины газораспределительной решетки, в пределах которых межфазный теплообмен практически заканчивается.

6. Спроектирован и смонтирован экспериментальный стенд для исследования гидродинамики и тепломассообмена в перемещающемся псев-доожиженном слое дисперсного материала.

7. В результате экспериментальных исследований и анализа эффективности работы газораспределительных решеток обоснована целесообразность применения жалюзийных решеток с относительным шагом установки жалюзи, равным 0.8-0.9.

8. Выполнены экспериментальные исследования гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое в широком диапазоне изменения параметров процесса. Подтверждена адекватность разработанных математических моделей и полученных на их основе аналитических зависимостей. В результате статистической обработки опытных данных получены критериальные уравнения для определения гидравлического сопротивления газораспределительной решетки и системы «решет-ка+слой», скорости движения твердой фазы, порозности псевдоожиженно-го слоя и межфазного коэффициента теплоотдачи.

9. Предложен алгоритм оптимизации и методика инженерного расчета параметров установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем. Показано, что оптимальное значение скорости ожижающего газа на 30-80 % превышает ее минимальное значение, угол входа газовой струи в слой материала должен составлять 20-35° относительно поверхности газораспределительной решетки

10. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований реализованы в конструкциях шести различных модификаций регенеративных газо-газовых теплообменных аппаратов, установки для обжига дисперсного материала, сушильной установки для термолабильных материалов, абсорбционного газоочистителя, аппарата водоиспарительного охлаждения воздуха и классификатора дисперсных материалов. Новизна и оригинальность указанных установок защищена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения. Проведенные пилотные испытания показали их работоспособность и высокую эффективность.

Основные условные обозначения

х, у - продольная и поперечная координаты, м; ц> - скорость, м/с; и, 3 - проекции вектора скорости на оси х и у, м/с; О - вес частицы, Н е -эквивалентный диаметр частицы, м; сила аэродинамического сопротивления, Н; Ь - длина газораспределительной решетки, м; Рр - угол наклона газораспределительной решетки к горизонту, рад; - угол входа ожи-

жающего потока в слой относительно поверхности решетки, рад; h - высота псевдоожиженного слоя, м; £ - порозность псевдоожиженного слоя; F -площадь, м2; /„ - удельная по объему площадь поверхности частиц, м2 / м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; р - плотность, кг/м3; v - кинематический коэффициент вязкости, м2/с; cj - коэффициент лобового сопротивления частицы; М- массовый расход, кг/с; Р - давление, Па; АР - перепад давления, Па; Q - тепловой поток, Вт; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К); X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); а - коэффициент температуропроводности, м2/с; с - теплоемкость, Дж/(кг К); Т- температура ожижающего газа, К; в~ температура твердой фазы, К.

Критерии (числа):

Индексы: г - ожижающий газ; т - твердая фаза;'- начальный;

" - конечный; х - проекция на ось х; у - проекция на ось у.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Монография

1. Бараков А.В. Процессы и аппараты с перемещающимся псевдо-ожиженным слоем: Монография. Воронеж: Воронеж, гос. техн. ун-т, 2004. 115с.

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ

2. Баранников Н.М., Бараков А.В. Критериальные уравнения для исследования гидродинамики теплообменника с подвижной насадкой // Изв. вузов. Горный журнал. 1981. № 11. С. 106-111.

3. Бараков А.В., Агапов Ю.Н., Борисов А.В. Экспериментальное исследование гидродинамики жалюзийных решеток // Изв. вузов. Энергетика. 1982. №2. С. 99-101.

4. Баранников Н.М., Жучков А.В., Бараков А.В. К расчету регенеративного теплообменного аппарата с подвижным кипящим слоем // Про-

мышленная энергетика. 1983. №3. С.34-35.

5. Баранников Н.М., Бараков А.В., Агапов Ю.Н. Экспериментальное исследование гидродинамики теплообменника с подвижной насадкой // Изв. вузов. Энергетика. 1983. №8. С. 111-112.

6. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Жучков А.В. Определение порозно-сти тонкого непрерывного перемещающегося вдоль наклонной газораспределительной решетки псевдоожиженного слоя // Химическая промышленность. 1984. №2. С. 48-49.

7. Бараков А.В., Баранников Н.М., Жучков А.В. Формирование псевдоожиженного слоя, перемещающегося вдоль наклонной газораспределительной решетки // Инженерно-физический журнал. 1984. Т. 46. №2. С. 261-264.

8. Жучков А.В., Агапов Ю.Н., Бараков А.В. К расчету регенеративного теплообменного аппарата с псевдоожиженным слоем промежуточного теплоносителя// Промышленная энергетика. 1985. №6. С. 34-35.

9. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Жучков А.В. Исследование движения псевдоожиженного слоя вдоль наклонной газораспределительной решетки // Теоретические основы химической технологии. 1986. Т. 20. №1. С. 111-115.

10. Оценка гидравлического сопротивления и межфазного теплообмена в центробежном псевдоожиженном слое. Ю.Н.Агапов, А.В.Бараков, А.В.Жучков, А.В.Санников. // Химическая промышленность. 1986. №4. С. 61.

11. Жучков А.В., Бараков А.В., Агапов Ю.Н. Теплообмен в аппарате с направленно перемещающимся псевдоожиженным слоем // Изв. вузов. Энергетика. 1986. №7. С. 90-93.

12. Выбор числа ступеней регенеративного теплообменного аппарата с дисперсным промежуточным теплоносителем. Ю.Н.Агапов, А.В.Бараков, А.В.Жучков, А.В.Санников. // Промышленная энергетика.

1987. №5. С. 53-54.

13. Проценко В.П., Бараков А.В., Санников А.В. Утилизатор теплоты с перемещающимся теплоносителем // Техника в сельском хозяйстве.

1988. №2. С. 11-12.

14. Фалеев В.В., Бараков А.В. Исследование межфазного теплообмена в регенеративном теплообменнике с дисперсной насадкой // Промышленная энергетика. 2003. №6. С. 35 - 37.

Авторские свидетельства и патенты:

15. А.с. 1010438 СССР, МКИ3 Р28Б 19/02. Регенеративный теплообменник / Н. М. Баранников, Ю. Н. Агапов, В. А. Дворников, А. В. Бара-

ков (СССР). №3369439/24 - 06; Заявлено 18. 12. 81; Опубл. 07. 04. 83. Бюл. №13. 2 с.

16. А. с. 1015234 СССР, МКИ3 F28C 3/12. Регенеративный теплообменник с кипящим слоем / Н. М. Баранников, Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков (СССР). №3321506/24 - 06; Заявлено 17. 07. 81; Опубл. 30. 04. 83. Бюл. №16. 3 с.

17. А. с. 1106959 СССР, МКИ3 F23L 15/02. Регенеративный теплообменник / Ю. Н. Агапов, Н. М. Баранников, А. В. Бараков (СССР). №3490585/24-06; Заявлено 16. 07. 82; Опубл. 07. 08. 84. Бюл. №29. 3 с.

18. А. с. 1145228 СССР, МКИ3 F27B 15/10. Печь для обжига мелкодисперсного материала в псевдоожиженном слое / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. В. Жучков, А. В. Санников (СССР). №3630304/29 - 33; Заявлено 29. 07. 83; Опубл. 15. 03. 85. Бюл. №10. 3 с.

19. А. с. 1177598 СССР, МКИ3 F23L 15/02. Регенеративный теплообменник / Ю.Н. Агапов, А.В. Бараков, А. В. Жучков, А. В. Санников (СССР). №3716804/24 - 06; Заявлено 27. 12. 83; Опубл. 07. 09. 85. Бюл. №33. 2 с.

20. А. с. 1183816 СССР, МКИ3 F28C 3/12. Регенеративный теплообменник / А.В. Жучков, Ю.Н. Агапов, А.В. Бараков, А.В. Санников (СССР). №3666890/24 - 06; Заявлено 30. 11. 83; Опубл. 07. 10. 85. Бюл. №37. 3 с.

21. А. с. 1185043 СССР, МКИ3 F28C 3/12. Регенеративный теплообменник / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. В. Жучков, А. В. Санников (СССР). №3623466/24 - 06; Заявлено 18. 07. 83; Опубл. 15. 10. 85. Бюл. №38. 3 с.

22. А. с. 1276888 СССР, МКИ3 F26B 17/10. Сушилка кипящего слоя для термолабильных сыпучих материалов / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А В. Жучков, А. В. Санников (СССР). №3882834/31 - 06; Заявлено 08. 04. 85; Опубл. 15. 12. 86. Бюл. №42. 2 с.

23. А. с. 1281864 СССР, МКИ3 F28D 19/02. Регенеративный теплообменник / Ю.Н.Агапов, А.В.Бараков, АВ.Жучков, А.В.Санников (СССР). №3902193/24 - 06; Заявлено 22.05.85; Опубл. 07.01.87. Бюл. №1. 3 с.

24. А. с. 1731259 СССР, МКИ3 ВО ГО 47/14. Устройство для очистки газа / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. В. Жучков, А. В. Санников (СССР). №4779674/26; Заявлено 28.11.89; Опубл. 07.05.92. Бюл. №17. 3 с.

25. А. с. 1782097 СССР, МКИ3 F24F 3/14. Охладитель воздуха/

B. С. Майсоценко, Ю. Н. Агапов, В. А. Тарасов, А. В. Бараков, С. Е. Агрич (СССР), №4317884/29; Заявлено 28.10.87; Опубл. 15.08.92. Бюл. №26. 3 с.

26. Пат. 2235606 RU, МПК а 7B07B4/08. Устройство для класси-

30

фикации сыпучих материалов в кипящем слое / Ю.Н. Агапов, А.В. Бараков (РФ); Воронеж, гос. техн. ун-т (РФ). 2003103233 / 03; Заявлено 03.02.03. Опубл. 10.09.04 // Бюл, 2004. № 25.

Статьи и материалы конференций

27. Экспериментальное сравнение эффективности газораспределительных решеток // Н.М.Баранников, А.В.Бараков, Ю.Н.Агапов, В.Н.Попережаев. ВПИ. Воронеж, 1982. 5 с. Деп. в НИИ Эинформэнерго-маш 4.02.82, № III эм-Д 82.

28. Бараков А.В. Исследование некоторых вопросов гидродинамики тонких кипящих слоев // Механизация работ на рудниках: Сб. науч. тр. Кемерово, 1982. С. 80-83.

29. Бараков А.В., Агапов Ю.Н., Жучков А.В. Расчет межфазного теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Сб. науч. тр. Воронеж: ВПИ, 1987. С. 4-7.

30. Бараков А.В. Использование сушилки кипящего слоя для термолабильных сыпучих материалов // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Сб. науч. тр. Воронеж: ВПИ, 1988. С. 73-76.

31. Бараков А.В. Исследование тепломассообмена в центробежном псевдоожиженном слое // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Сб. науч. тр. Воронеж: ВПИ, 1989. С. 102-105.

32. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Санников А.В. Движение псевдо-ожиженного слоя в прямолинейных и кольцевых каналах // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Сб. науч. тр. Воронеж: ВПИ, 1990. С. 101-107.

33. Регенеративный подогрев воздуха в процессе обжига листового проката // Ю.Н.Агапов, А.В.Бараков, А.В.Жучков, А.В.Санников. Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Сб. науч. тр. М.: МЭИ, 1990. С. 91-94.

34. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Санников А.В. Экспериментальное исследование псевдоожиженного слоя, перемещающегося по наклонной кольцевой газораспределительной решетке // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Сб. науч. тр. Воронеж: ВПИ, 1991. С. 66-74.

35. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Санников А.В. Аппарат для очистки промышленных газов // Теплоэнергетика: Меж.вуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВПИ, 1993. С. 122-126.

36. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Осташев А.Е. Выбор и обоснование

тепломассообменной поверхности аппарата испарительного охлаждения // Теплоэнергетика: Меж.вуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1995. С. 133 -142.

37. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Жучков А.В. К расчету регенеративного теплообменника с дисперсным промежуточным теплоносителем // Теплоэнергетика: Меж.вуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1998. С. 92 - 95.

38. Моделирование и оптимизация параметров теплотехнологиче-ской установки с псевдоожиженным слоем / А.В.Бараков, В.В.Фалеев // Вестник Воронеж, гос. техн. ун-та. Сер. Энергетика. 2003. Вып. 7.2. С. 17 — 19.

39. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Викин В.А. Перспективы использования перемещающегося псевдоожиженного слоя в энергетике и теплотех-нологии // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий: Материалы Междунар. науч. конф. М.: Радио и связь, 2003. С. 123-124.

40. Бараков А.В., Бараков Р. А. К расчету регенератора с дисперсной насадкой // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий: Материалы Междунар. науч. конф. М: Радио и связь, 2003. С. 124 - 125.

41. Моделирование гидродинамики и теплообмена в регенераторе с дисперсной насадкой / А.В.Бараков, Н.В.Мозговой, Р.А.Бараков // Вестник Воронеж, гос. техн. ун-та. Сер. Энергетика. 2003. Вып. 7.2. С. 112-115.

Подписано в печать 24.12.2004.

Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 2,0. Тираж 90 экз. Заказ № 7.

Воронежский государственный технический университет

394026 Воронеж, Московский просп., 14

CS. щ

446

ВВЕДЕНИЕ.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

1. НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ.

1.1 Гидродинамические аспекты проблемы.

1.2 Особенности теплообмена в псевдоожиженном слое.

1.3 Анализ; существующих схем и конструкций установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем.

1.4 Выводы и задачи исследования®.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ПЕРЕМЕЩАЮЩЕГОСЯ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ.42:

2.1 Формирование перемещающегося слоя на наклонной газораспределительной решетке*.42:

2.2 Скорость движения слоя.

2.3 Минимальная скорость ожижающет газа.50s

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В ПЕРЕМЕЩАЮЩЕМСЯ ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ.5.-1С

3.1 Аналитическое решение задачи.

3.2 Численное исследование процесса межфазиого теплообмена.

3.3 Особенности теплообмена при циклическом изменении температуры ожижающего газа.60?

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ПЕРЕМЕЩАЮЩЕМСЯ ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ.

4.1. Описание экспериментальношустановки.64:

4.2 Планирование экспериментов и оценка ошибок измерений.

4.3. Экспериментальное сравнение эффективности газораспределительных решеток.

4.4 Исследование гидравлических параметров.

4.5. Исследование межфазного теплообмена и температурных полей

5. ОПТИМИЗАЦИЯ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК С ПЕРЕМЕЩАЮЩИМСЯ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ.

5.1. Оптимизация параметров.

5.2. Методика конструктивного расчета.

6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.129+

6.1 Регенеративные теплообменные аппараты.

6.2 Термообработка дисперсных материалов.

6.3 Сушка термолабильных материалов.

6.4 Очистка промышленных газов.

6.5 Испарительное охлаждение воздуха.

6.6 Классификация полидисперсных материалов.

Актуальность проблемы. В России, развивающейся в течение многих десятилетий при необоснованно низких ценах на энергоресурсы, ежегодно перерасходуется 300-400 млн. тонн условного топлива /1/. Указом Президента утверждена «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года (ЭС-2020)», в которой излагаются основные направления развития энергетического комплекса сараны, приводятся количественные' и структурные прогнозы его? развития-. В соответствии с этой программой должен быть выполнен комплекс научно-исследовательских работ, целью которых является перевод экономики России на энергосберегающий путь развития: В частности, большое внимание уделяется необходимости создания и исследования новых энергетических и теплотехнологических процессов и оборудования /2/.

Одним из наиболее эффективных методов осуществления процессов тепло- и массообмена с твёрдой фазой, как известно, является псевдоожижение. Достоинства псевдоожиженного: («кипящего») слоя отмечены во многих монографиях отечественных и зарубежных учёных /311/. К ним относятся высокие значения эффективной теплопроводности и межфазной теплоотдачи, соизмеримые с соответствующими коэффициентами для капельных жидкостей, развитая удельная поверхность теплообмена, независимость гидравлического сопротивления слоя от скорости ожижающего агента, постоянство температур и концентраций по объёму, подвижность («текучесть») и т. д. Поэтому неслучайно этот метод получил весьма широкое распространение в энергетике, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности.

Однако методу организации процессов в псевдоожиженном слое присущи определённые недостатки. В частности, для реализации непрерывных процессов возникает необходимость принудительного перемещения («циркуляции») слоя вдоль газораспределительной решётки. В большинстве известных устройств это достигается применением механических транспортеров и элеваторов, наличие которых значительно усложняет конструкцию таких установок, что снижает надёжность их работы. Поэтому одним из перспективных методов организованного перемещения; псевдо-ожиженного слоя твёрдых частиц является ориентация потока ожижающе-го газа в сторону движения слоя. Принцип совмещения псевдоожижения и транспорта дисперсного материала может получить широкое распространение в различных энергетических и теплотехнологических процессах, таких как термообработка, сушка, газификация и сжигание твёрдого топлива, пневмотранспорт и др. Перемещающийся псевдоожиженный слой весьма эффективен в качестве насадки (промежуточного теплоносителя) регенеративного теплообменного аппарата. Однако в настоящее время количество публикаций, посвященных исследованию гидродинамических и тепло-массообменных процессов в таком слое весьма ограничено, что затрудняет создание инженерной методики расчета, оптимизации и проектирования установок такого типа В связи с этим дальнейшее исследование гидродинамики и тепломассообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое является актуальным.

Настоящая работа выполнялась в соответствии с комплексным планом госбюджетных и хоздоговорных НИР Воронежского государственного технического университета (научное направление «Физико-технические проблемы энергетики и экологии»):

ГБ 86.16 «Исследование и оптимизация теплоэнергетических процессов и установок промышленных предприятий» (№ гос. per. 01860062631), ГБ 91.12 «Анализ процессов и теплоэнергетических установок промышленных предприятий» (№ гос. per. 01910011394), ГБ 96.12 «Исследование процессов тепломассообмена энергетического оборудования» (№ гос. per. 01970000498), ГБ 01.12 «Исследование процессов тепломассообмена энергетического оборудования» (№ гос. per. 01200117677), ХД 23.77 «Оптимизация режимов работы энергетических установок ВШЗ» гос. per. 77009680), ХД 8.81 «Оптимизация технологических процессов наВШЗ (№ гос. per. 81013986).

Цель работы. Развитие теории, методов оптимизации и расчета гидродинамических и тепломассообменных параметров? перемещающегося.; псевдоожиженного слоя применительно к проектированию энергетических и теплотехнологических установок. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать обобщенную гидродинамическую модель процесса, позволяющую вскрыть механизм формирования и движения перемещающегося псевдоожиженного слоя и получить аналитические зависимости для определения высоты и скорости его движения, а также минимальной скорости ожижающего газа;

- спроектировать и смонтировать экспериментальную установку для исследования гидродинамических и тепловых параметров перемещающегося псевдоожиженного слоя;

- провести экспериментальное исследование гидродинамики процесса с целью проверки, разработанной математической модели и аналитических зависимостей и получения эмпирических критериальных уравнений для расчёта гидравлического сопротивления и порозности слоя;

- разработать тепловую модель процесса, позволяющую выполнять расчет и анализ температурных полей в твердой и газообразной фазах слоя;

- получить аналитическое решение задачи о температурном поле в частице дисперсного материала при циклическом изменении температуры ожижающего газа;

- провести экспериментальное исследование теплообмена с целью проверки адекватности математической модели и получения эмпирической критериальной зависимости для межфазного коэффициента теплоотдачи;

- разработать и реализовать метод оптимизации и инженерного расчета конструктивных и эксплуатационных параметров установки с перемещающимся псевдоожиженным слоем, дать рекомендации для определения скорости ожижающего газа, оптимального диаметра частиц, основных параметров газораспределительной решетки и высоты слоя;

-разработать и исследовать конструкции; установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем: газо-газового регенератора, печи для обжига дисперсного материала, сушильной установки, газоочистителя, аппарата водоиспарителыгаго охлаждения воздуха и классификатора дисперсных материалов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана и экспериментально подтверждена гидродинамическая модель перемещающегося псевдоожиженного слоя, получены аналитические соотношения для высоты и скорости движения слоя, а также минимальной скорости ожижающего газа;

- разработана и экспериментально подтверждена тепловая модель процесса, получены аналитические решения и составлена программа для численного расчета температурных полей в твердой и газообразной фазах;

- получено аналитическое решение задачи о температурном поле в частице дисперсного материала при циклическом ее нагреве и охлаждении;

- в результате обобщения опытных данных на основании анализа размерностей получены эмпирические критериальные зависимости для морозности и гидравлического сопротивления слоя и межфазного коэффициента теплоотдачи;

- даны рекомендации по выбору и расчету основных конструктивных и эксплуатационных параметров установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем, таких как скорость ожижающего газа, диаметр частиц,, высота слоя, конструктивные параметры газораспределительной решетки;

- разработаны конструкции энергетических и теплотехнологических . установок, новизна и оригинальность которых подтверждена двенадцатью авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

На защиту выносятся;

- гидродинамическая модель перемещающегося псевдоожиженного слоя и полученные на ее основе аналитические соотношения для высоты и скорости его движения и минимальной скорости ожижающего газа;

- тепловая модель процесса, методика аналитического и численного решения» задачи расчета температурных полей! в твердой; и газообразной; фазах;

- аналитическое решение задачи о тем пературном поле в частице дисперсного материала при циклическом ее нагреве и охлаждении;

- результаты экспериментального исследования гидродинамики и те плообменав перемещающемся псевдоожиженном слое и полученные на их основе эмпирические критериальные уравнения для расчета порозности, гидравлического сопротивления слоя, а также межфазного коэффициента теплоотдачи;

- рекомендации по определению оптимальных конструктивных и эксплуатационных параметров установок с перемещающимся пссвдоожи-женпым слоем.

- новые конструкции энергетических и теплотехнологических установок, новизна и оригинальность которых защищена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием результатов фундаментальных исследований в области гидродинамики и теплообмена (уравнения сплошности, Навье-Стокса, Ньютона-Рихмана и др.), итогами их опытной проверки в лабораторных и промышленных условиях, а также сопоставлением результатов работы с данными других авторов.

Практическая значимость и реализация результатов.

Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований являются научной основой новых технических и технологических решений в промышленной теплоэнергетике и теплотехнологии. Полученные аналитические и эмпирические соотношения послужили надежной теоретической базой- для разработки инженерной методики расчета и оптимизации установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем. Разработаны оригинальные конструкции газо-газовых регенераторов;, печи для: обжига дисперсного материала, сушильной установки, газоочистителя, водоиспарительного охладителя воздуха и классификатора дисперсных материалов, новизна которых защищена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Материалы диссертационной работы внедрены в практику ряда промышленных предприятий, а также использованы в курсах лекций и лабораторных занятиях по дисциплинам «Эиергоиспользоваиие в энергетике и тенлотехнологии» и «Высокотемпературные тенлотехиологические процессы и установки» на кафедре «Теоретическая и промышленная теплоэнергетика» Воронежского государственного технического университета.

Апробация результатов исследования. Результаты исследований докладывались более чем на 20 Международных, Всесоюзных, Всероссийских, межрегиональных, региональных и вузовских конференциях и совещаниях, в том числе: Всесоюзных конференциях «Теория и практика циклонных технологических процессов» (Днепропетровск, 1982), «Проблемы энергетики теплотехнологии» (Москва 1983, 1987), «Состояние и перспектива теплотехнологии» (Иваново, 1985), «Разработка и исследование новых типов энерготехнологических и теплоутилизирующих установок» (Москва, 1985), «Проблема эффективного использования энергорссурсов» (Москва, 1985), «Внедрение достижений научно-технического прогресса в проектировании источников и систем теплоснабжения (Рига, 1986), «Рациональное использование тепловой энергии и топлива промышленными и коммунальными предприятиями (Пенза, 1987), «Разработка и реализация региональных программ энергоснабжения» (Ленинград, 1987), на региональном семинаре «Процессы теплообмена в энергомашиностроении» (Воронеж, 1995-2002)1, Международной конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» (Сочи, 2003-2004), на ежегодных научнотехнических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (ВПИ) (Воронеж, 1976-2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 65 научных работав том числе 1 монография, 13 работ в периодических научно-технических изданиях, рекомендуемых для публикации результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук и получено 12 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Объем и структура работы. Материал диссертации изложен на 235 страницах. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка, включающего 147 наименований, приложений и содержит 71 рисунок и 13 таблиц.

Основные результаты выполненных исследований и вытекающие из них выводы таковы:

1. Впервые разработана обобщенная гидродинамическая модель процесса; объясняющая механизм формирования и движения перемещающегося псевдоожиженного слоя. Показано, что вследствие искривления газовых струй, входящих в слой дисперсного материала под углом Рп, проекция их скорости и и, следовательно, проекция силы динамического давления газа на частицу Nx уменьшается по высоте слоя. На верхней границе слоя должно выполняться условие Nx = Gx. Из совместного решения уравнений сплошности и Навье-Стокса получено соотношение, описывающее распределение проекции скорости ожижающего газа и по высоте перемещающегося псевдоожиженного слоя.

2. Получены и экспериментально проверены аналитические зависимости для определения высоты и скорости движения псевдоожиженного слоя, а также минимально необходимой скорости ожижающего газа.

3. На основании уравнений теплового баланса и Ньютона-Рихмана разработана тепловая модель процесса, получено аналитическое соотношение для расчета температурных полей в твердой и газообразной фазах. Адекватность математической модели и полученных на ее основе аналитических соотношений подтверждена экспериментально.

4. Получено аналитическое решение задачи о температурном поле в частице при циклическом изменении температуры ожижающего газа. Показано, что при больших значениях критерия Предводителева температурное поле внутри частицы может быть неравномерным при малых значениях критерия Био.

5. Разработан алгоритм численного решения задачи по расчету температурных полей твердой и газообразной фазы перемещающегося псевдоожиженного слоя; Показано, что перемешивание частиц:; по высоте псевдоожиженного слоя не оказывает влияния на интенсивность межфазного теплообмена. Получены^ соотношения; для определения; предельного значения; высоты псевдоожиженного слоя? и длины газораспределительной решетки, в пределах которых межфазный теплообмен практически заканчивается.

6. Спроектирован и смонтирован экспериментальный стенд для исследования гидродинамики и тепломассообмена в перемещающемся псевдо-ожиженном слое дисперсного материала.

7. В результате экспериментальных исследований и анализа эффективности работы газораспределительных решеток обоснована целесообразность применения жалюзийных решеток с относительным шагом установки жалюзи, равным 0,8-0,9.

8. Выполнены экспериментальные исследования гидродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое в широком диапазоне изменения параметров процесса. Подтверждена адекватность разработанных математических моделей и полученных на их основе аналитических зависимостей. В результате статистической обработки опытных данных получены эмпирические критериальные уравнения для определения гидравлического сопротивления газораспределительной решетки и системы «решетка+слой», порозности псевдоожиженного слоя и межфазного коэффициента теплоотдачи. Общий вид уравнений устанавливался на основании анализа размерностей, а обработка опытных данных производилась методом наименьших квадратов.

9. Предложен алгоритм оптимизации и инженерного расчета параметров установок с перемещающимся псевдоожиженным слоем. Показано, что оптимальное значение скорости ожижающего газа на 30-80 % превышает ее минимальное значение, угол входа газовой струи в слой материала должен составлять 20-35° относительно поверхности газораспределительной решетки.

10. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований реализованы в конструкциях шести регенеративных газо-газовых теплообменных аппаратов, установки для обжига дисперсного материала, сушильной установки для термолабильных материалов, абсорбционного газоочистителя, аппарата водоиспарительного охлаждения воздуха и классификатора дисперсных материалов. Новизна и оригинальность указанных установок защищена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения. Проведенные пилотные испытания показали их работоспособность и высокую эффективность.

1. Доброхотов В. И. Энергосбережение: проблемы и решения //Теплоэнергетика. 2000. №1. С. 2 — 5.

2. Яновский А. Б., Мастепанов А. М., Бушу ев В. В., Троицкий А. А., Макаров А. А. Основные положения "Энергетической стратегии России на период до 2020 г." У/ Теплоэнергетика. 2002. №1. С. 2 8.

3. Гельперин Н. П., Айнштейн В. Г., Кваша В. Б. Основы техники псевдоожижения. Химия, 1967. 664 с.

4. Сыромятников Н. П., Васанова JI. К., Шаманский Ю. Н. Тепло- и массооб-мен в кипящем слое. М.: Химия, 1967. 176 с.

5. Аэров М. Э., Тодес О. М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов: со стационарным и кипящим зернистым слоем. JL: Химия, 1968.512 с.

6. Горбис 3. Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков. М: Энергия, 1970. 424 с.

7. Забродский С. С. Высокотемпературные установки с исевдоожижен-ным слоем. М.: Энергия, 1971. 328 с.

8. Псевдоожижение / Под ред. И. Девидсона, Д. Харрисона Mi: Химия, 1974.727 с.

9. Баскаков А. П., Берг Б. В., Рыжков А. Ф., Филипповский Н. Ф. Процессы тепло- и массопереноса в кипящем слое. М.: Металлургия, 1978. 247 с.

10. Боттерил Дж. Теплообмен в псевдоожиженном слое. М: Энергия, 1980. 344 с.

11. И. Псевдоожижение / Под ред. В. Г. Айнштейна, А. П. Баскакова М.: Химия, 1991.397 с.

12. Toomey R., Johnstone Н. Gaseous fluidization of solid particle.- Chemical Eng. Progress, 1952. 48, #5. p.

13. Ergun S. Fluid flow through packed columns. Chemical Eng. Progress, 1952, v. 48, p. 89-94

14. Разумов И. А. Псевдоожижение и пневмотранспорт сыпучих материалов. Л.: Химия, 1964, 240 с.

15. Коротко; В. Д., Розенбаум Р. Б., Тодес О. М. Приближенные закономерности гидравлики взвешенного слоя и стесненного падения // Изв. вузов. Нефть и газ. 1958. т. 1 .№1. с. 125 131.

16. Баранек Ш, Сокол Д. Техника псевдоожижения. М.: Гостоптехиздат, 1962.160 с.

17. Альтшулер В. С, Селнов Г. П. Процессы в кипящем слое под давлением М.: Изд. АНСССР, 1963. 214 с.

18. ЛеваМ. Псевдоожижение. М.: Гостоптехиздат, 1961. 400 с.

19. Bakker P. Porosity distributions in. a fluidized bed / P. Bakker, P. Heertges // Chemical Eng Science, 1960, №4, v. 12, p. 260 271

20. Шарловская M. С. К вопросу о теплообмене и гидродинамике в переходной зоне кипящего зернистого материала // Изв. Сиб. Отд. АНСССР. 1958. №10. с. 88 95

21. Тодес О М, Цитович О Б Исследование гидродинамики и тепло -массообмена в свободном и заторможенном кипящем слое // Тепломас сообмен VI, Мн., 1980, т. VI. с. 70 - 77.

22. Айнштейн В. Г. О расчете порозности неоднородного псевдоожиженного слоя // Теоретические основы химической технологии. 1980. т. 14. Ш. €. 314:

23. Неганов А. П. Воздухоподогреватели с копящим слоем промежуточ ного теплоносителя: Автореф. дисс. канд. тех. наук / М, 1978. 21 с.

24. Дворников Н. А., Зинкин П. В., Ядыкин А. Н. Исследование псевдоожижения в вихревых камерах для удержания инертного материала // Труды Третьей Российской национальной конференции по теплообме ну. 2002. т. 2. с. 219-223

25. Велыпоф Г. Пневматический транспорт при высокой концентрации перемещаемого материала. М.: Колос, 1964. 160 с.

26. Дзядзио А. М., Кеммер А. С. Пневматический транспорт на зернопе-рерабатывающих предприятиях. М.: Колос, 1967. 295 е.

27. Смолдырев А. Е. Гидро- и пневмотранспорт. М.: Металлургия, 1975. 383 с.

28. Урбан Я. Пневматический транспорт. М.: Машиностроение, 1967. 258 с.

29. Жучков А. В. Приближенный® расчет производительности аэрожелоба // Изв. вузов. Серия: Химия и химическая технология. 1987. т. 30. вып. 6. с. 106-109

30. Жучков А В Направленное движение псевдоожиженного слоя вдоль газораспределительной. решетки // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы, 1988. с. 4 -9.

31. Санников А. В!. Повышение эффективности использования теплоты вен-твыбрасов путем применения, регенеративного теплообменника с дисперсным теплоносителем: Автореф. дисс. канд. техн. наук. / М., 1988.17 с.

32. Труды первой Российской национальной конференции по теплообмену: В 8 т. М.: МЭИ, 1994. т. 7: Дисперсные потоки и пористые среды. 233 с.

33. Гельперин Н. И., Кваша В. Б., Айнштейн В. Г. Межфазный теплообмен в псевдоожиженных системах // Химическая промышленность. 1971. №6. С.460-461.

34. Лыков А. В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. 600 с.

35. Горбис 3. Р., Каледарьян В.А. Теплообменники с проточными дисперсными теплоносителями. // М.: Энергия, 1975. 296 с.

36. Ключков А. Д., Иванцов Г. П. Теплопередача излучением в огнетехниче-ских установках.//М.: Энергия, 1970. 400 с.168

37. Баскаков А. П., Сыромотников М. И. Упрощенный метод расчета;времени прогрева материала в кипящем слое // Изв. вузов. Энергетика 1959, №8. с. 75-81

38. Тимофеев В.Н. Регенеративный теплообмен. Теплопередача в струйном потоке. Теплообмен в слое кусковых материалов. Свердловск. 1962. № 8

39. Гельперин Н. И., Айнштейн В. Г., Зайковский А. В. Аппарат с псевдоожи-женным слоем сыпучего материала в поле центробежных сил // Химическое и нефтяное машиностроение. 1960. №3. с. 1-5.

40. Гельперин Н И Айнштейн В.Г., Гойхман И. Д. Исследование псевдоожижения зернистых материалов в поле центробежных сил // Химическое и нефтяное машиностроение. 1964. №1. с. 13.

41. Агапов Ю. Н., Медведев Д. И. Наумов А. М. Оценка влияния центробежных сил на интенсивность межфазного теплообмена в псевдоожи-женном слое // Теплоэнергетика: сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1999. с. 225.

42. Митрофанова О. В. Проблемы физико-математического моделирования загруженных течений в каналах теплообменников и энергетических установок /Труды третьей Российской конференции по теплообмену // Изд. МЭИ. 2002. т.2. с 219-223.

43. Агапов Ю. Н. Медведев Д. И. Экспериментальное исследование теплообмена в центробежном псевдоожиженоом слое // Вестник ВГТУ. Сер. Энергетика . Вып. 7.3. Воронеж: ВГТУ. 2003. с. 153-158

44. Webb R.L. Princips of Enhanced Heat Transfer/ New-York, 1994. 556 c.

45. Комиссаров В.М. Исследование рабочих процессов высокотемпературных теплообменников с движущейся насадкой: Автореф. дисс. канд. техн. наук.-Л., 1967.-18 с.

46. Рабинович В. Д. Расчет теплообменного аппарата типа «газовзвесь» // Тепло- и массообмен в сушильных и термических процессах: Минск, 1966. с. 164-185

47. Рабинович В. Д. Теория и расчет теплообменных аппаратов. Минск.: Наука и техника, 1963. 320 с.

48. Комисаров В. М., Рехвиашвили Э Р Исследование квазистационарного теплообмена во вращающемся регенеративном воздухоподогревателе с шаровыми насадочиыми элементами // ИФЖ. 1984. т. XIVI №5. с. 790-796

49. Патент 1500231 (Великобритания). Теплообменник / Изобретения за рубежом, 1979; №2.

50. А.с. 564497 СССР. Установка для термообработки сыпучих материалов / П. В. Блохин, В. Н. Заболотный. Опубл. в Б. И. 1977. № 25.

51. Кудаков В. Е., Уткин Ю. В., Фролов С. В., Альпенсов Е. А. Скороморозильный аппарат с направленными псевдоожиженными слоями // Холодильная техника . 1996. №4. с. 23.

52. А. с. № 273358 СССР. Регенеративный теплообменник с кипящим слоем / Негаиов А. П. Опубл. в Б. И., 1970, №20.

53. А.С. № 1150470 (СССР) Регенеративный теплообменник / Агапов Ю; Н.1. Опубл. в Б. И., 1985, №14

54. А.С. № 1275191 (СССР) Регенеративный теплообменник / Ю. Н. Агапов,

55. Jl. Н. Сидельковский Опубл. в Б. И., 1986, №46

56. А.С. № 492716 (СССР) Многоступенчатая установка для сушки и охлаждения полидисперсных материалов / Спинов Р.Н. Опубл. в Б. И., 1975, №43

57. Бараков А.В., Баранников Н.М., Жучков А.В. Формирование псевдоожиженного слоя перемещающегося вдоль наклонной газораспределительной решетки // Инженерно-физический журнал. 1984. т. 46. №2. С. 261' 264.

58. Бараков А. В. Процессы и аппараты с перемещающимся псевдо-ожиженным слоем: Монография. Воронеж: Воронеж, гос. техн. ун-т, 2004. 116 с.

59. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Жучков Л.В. Исследование движения псевдоожиженного слоя вдоль наклонной газораспределительной решетки // Теоретические основы химической технологии. 1986. т. 20. №1. С. 111-115.

60. Бараков А. В., Жучков®А. В^ Исследование регенеративного теплообменника с подвижной насадкой // Экономия энергоресурсов и повышение технико-экономических показателей энергетических систем и устройств: Тез. докл. конф. Воронеж., ВПИ, 1982. С. 151-152

61. Баранников Н.М., Жучков А В., Бараков Л.В. К расчету регенерат тивного теплообменного аппарата с подвижным кипящим слоем // Промышленная энергетика. 1983. №3. С.34-35.

62. Бараков А.В., Агапов Ю.Н., Жучков Л.В. Расчет межфазного теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Сб. научн. тр. Воронеж: ВПИ, 1987. С. 4-7.

63. Фалеев В. В., Бараков А.В. Исследование межфазного теплообмена: в регенеративном теплообменнике с дисперсной насадкой // Промышленная энергетика. №6. 2003 С. 35 -37.

64. Бараков А.В., Фалеев В.В. Моделирование и оптимизация параметров теплотехнологической установки с псевдоожиженным слоем // Вестник ВГТУ. Сер. Энергетик. Вып. 7.2. Воронеж: ВГТУ, 2002. С. 17 19.

65. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: Пер. с англ.: М.: Мир, 1991. 504 с.

66. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости: Пер с англ.: М.: Энергоатомиздат, 1984. 154 с.

67. Жучков А.В., Бараков А.В., Агапов Ю.Н. Теплообмен в аппарате с направленно перемещающимся псевдоожиженном слоем // Изв. вузов. Энергетика. 1986. №7. С. 90-93.

68. Бараков А. В., Баранников Н. М. Установка для исследования псевдоожиженного слоя в сушильных установках // Механизация работ на рудниках: Сб. научн. тр. Кемерово: КПИ,. 1981. с. 118-121

69. Захаров ТО. В., Лебедев О. Н. Два простых метода измерения расхода газа // Энергомашиностроение, 1960, №3. С. 41-43

70. Мысяк М. С., Мосейчук Р. Н., Грошек К. С. Определение расхода среды с помощью интегральных трубок // Энергетик, 1975.№5. С. 28

71. Львовский Е. Ж Статистические методы построения эмпирических формул: М.: Высшая школа, 1982. 224 с.

72. Веников В. А. Теория подобия и моделирование применительно к задачам электроэнергетики: М.: Высшая школа, 1966. 487 с.

73. Гухман А. А. Введение в теорию подобия: М.: Высшая школа, 1963.254 с.

74. Гухман А А Применение теории подобия к исследованию процессов тепло- и массообмена: М.: Высшая школа, 1967. 303 с.

75. Гухман А. А. Теория подобия, её сущность, методы и реальные возможности // Химическая промышленность, 1965. №7. С. 1-8

76. Баранников Н.М., Бараков А.В. Критериальные уравнения для исследования гидродинамики теплообменника с подвижной насадкой // Изв. вузов. Горный журнал. 1981. № 11. С. 106-111.

77. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование экспериментов при поиске оптимальных условий: М.: Наука, 1976. 280 с.

78. Шенк X. Теория инженерного эксперимента: М.: Мир, 1972. 381с.

79. Таубман Е. И. К вопросу планирования теплотехнических экспериментов // Инж.-физ. Журн., т. XXV, №2, 1973. С. 345-348.

80. Зайдель А. Н. Элементарные оценки ошибок измерений: Л.: Наука, 1968. 96 с.

81. Рушимский Л. 3. Математическая обработка результатов эксперимента: М.: Наука, 1971. 192 с.

82. Баранников Н.М., Бараков А.В., Агапов Ю.Н., Иопережаев В.Н. Экспериментальное сравнение эффективности газораспределительных решеток / ВПИ. Воронеж, 1982. 5С. Деп. В НИИЭинформэнергомаш 4.02.82, № IIIЭМ-Д82.

83. Степанов Ю. Г. Гидродинамика решеток турбомашин: М.: Физма-тиз, 1962. 512 с.

84. Шестюк Л. Н. Расчет течений в элементах турбомашин: М.: Машиностроение, 1967. 187 с.

85. Агапов Ю. Н., Бараков А. В., Санников А. В. Методы измерения температур и скорости движения частиц в пеевдоожиженных системах // Методы диагностики двухфазных и реагирующих потоков: Тез. докл. Всесоюзн. конф. Харьков: ХПИ, 1988; С. 52

86. Бараков А.В., Агапов Ю.Н., Борисов А.В. Экспериментальное исследование гидродинамики жалюзийных решеток // Изв. вузов. Энергетика. 1982. №2. С. 99-101.

87. Бараков А.В. Исследование некоторых вопросов гидродинамики тонких кипящих слоев //Механизация работ на рудниках: Сб. науч. тр. Кемерово, 1982. С. 80-83.

88. Баранников PLM., Бараков А.В., Агапов Ю.Н. Экспериментальное исследование гидродинамики теплообменника с подвижной насадкой // Изв. вузов. Энергетика. 1983. №8. С. 111-112.

89. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Жучков А.В., Санников А.В. Оценка гидравлического сопротивления и межфазного теплообмена в центробежном псевдоожиженном слое // Химическая промышленность. 1986. №4. С. 61.

90. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Жучков А.В., Санников А.В. Регенеративный подогрев воздуха в процессе обжига листового проката// Энергосбережение в высокотемпературной теплотехнологии: Сб. научи, тр. М.: МЭИ, 1990. С. 91-94.

91. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Жучков А.В. Определение порозности тонкого непрерывного перемещающегося вдоль наклонной газораспределительной решетки псевдоожиженного слоя // Химическая промышленность. 1984. №2. С. 48-49.

92. Бараков А. В., Агапов А В Исследование порозности перемещающегося псевдоожиженного слоя // Моделирование процессов тепло- и массо-обмена: Тез. докл. регион, межвуз. сем. Воронеж: ВГТУ, 1997. С. 15

93. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Санников А.В. Движение псевдоожиженного слоя в прямолинейных и кольцевых каналах // Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Сб. научи, тр. Воронеж: ВПИ, 1990. С. 101-107.

94. Бараков А.В. Исследование тепломассообмена в центробежном псевдоожиженном слое И Теплообмен в энергетических установках и повышение эффективности их работы: Сб. научн. тр. Воронеж: ВПИ, 1989. С. 102105.

95. Проценко В.П., Бараков А.В., Санников А.В. Утилизатор теплоты с перемещающимся теплоносителем // Техника в сельском хозяйстве. 1988. №2. С. 11-12.

96. Аранов И. 3. Использование тепла уходящих газов газифицированных котельных: М.: Энергия, 1967. 192 с.

97. Бакластов А. М. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепло-обменных установок: М.: Энергоиздат, 1981. 336 с.

98. Горбис 3. Р., Календерьян В1 А. Теплообменники с проточными дисперсными теплоносителями: М.: Энергия, 1975. 296 с.

99. Валцева Е. П., Доморацкая Т. А. Оценка теплогидравлической эффективности рекуперативных теплообменных аппаратов // Теплоэнергетика. 2002. №3. С. 43-48

100. Жучков А.В., Агапов Ю.Н., Бараков А.В. К расчету регенеративного теплообменного аппарата с псевдоожиженным слоем промежуточного теплоносителя // Промышленная энергетика. 1985. №6 С 34-35

101. Тебеньков Б. П- Рекуператоры для промышленных печей : М.: Металлургия, 1975. 296 с.

102. Методика определения выхода и экономической эффективности использования побочных (вторичных) энергетических ресурсов: М.: Энергия, 1972. 38 с.

103. Мармер Э. М., Гурвич О. С., Мальцева JL Т. Высокотемпературные материалы: М.: Металлургия, 1967. 215 с.

104. Чечеткин А. В. Высокотемпературные теплоносители: М.: Энергия, 1971.496 с.

105. Чудновский А. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов: М.: Физматиз, 1962. 456 с.

106. Велыпов Г. Пневматический транспорт при высокой концентрации перемещаемого материала: М.: Колос, 1964. 160 с.

107. А. с. 1015234 СССР, МКИ3 F28C 3/12. Регенеративный теплообменник с кипящим слоем / Н. М. Баранников, Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков

108. СССР). №3321506/24 06; Заявлено 17. 07. 81; Опубл. 30. 04. 83. Бюл. №16. 3 с.

109. Бараков А.В., Бараков Р. А. К расчету регенератора с дисперсной насадкой // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий: Матер. Междунар. научн. конф. М.: Радио и связь. 2003. с. 124-125.

110. Бараков А.В., Мозговой Н. В., Бараков Р. А. Моделирование гидродинамики и теплообмена в регенераторе с дисперсной; насадкой // Вестник ВГТУ. Сер. Энергетика Выи. 7.3. Воронеж: ВГТУ. 2003 с. 112- 115.

111. А. с. 1106959 СССР, МКИ3 F23L 15/02. Регенеративный теплообменник /Ю. Н. Агапов, Н. М. Баранников, А. В. Бараков (СССР). №3490585/24 06; Заявлено 16. 07. 82; Опубл. 07. 08. 84. Бюл. №29. 3 с.

112. А. с. 1177598 СССР, МКИ3 F23L 15/02. Регенеративный теплообменник / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. В. Жучков, А. В. Санников (СССР). №3716804/24 06; Заявлено 27. 12. 83; Опубл. 07. 09. 85. Бюл. №33. 2 с.

113. Регенеративный теплообменник с центробежным псевдоожижен-ным слоем (проспект) : М.: МЭИ, 1986. 4 с.

114. А. с. 1183816 СССР, МКИ3 F28C 3/12. Регенеративный теплообменник / А. В. Жучков, Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. В. Санников (СССР); №3666890/24 06; Заявлено 30. 11. 83; Опубл. 07. 10. 85. Бюл. №37. 3 с.

115. А. с. 1185043 СССР, МКИ3 F28C 3/12. Регенеративный теплообменник / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. В. Жучков, А. В. Санников (СССР). №3623466/24 06; Заявлено 18. 07. 83; Опубл. 15.10. 85. Бюл. №38. 3 с.

116. А. с. 1281864 СССР, МКИ3 F28D 19/02. Регенеративный теплообменник/ Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. В. Жучков, А. В. Санников (СССР). №3902193/24 06; Заявлено 22.05.85; Опубл. 07.01.87. Бюл. №1. 3 с.

117. Антонишин Н. В., Цубанов А. Г. Об эффективности работы теплообменника с промежуточным дисперсным теплоносителем // Тепло- и массо-перенос в аппаратах с дисперсными системами: Сб. науч. трудов. Минск, 1970. С. 11-14

118. Кейс В. Н., Лондон А. Л. Компактные теплообменники: М.: Энергия, 1967. 224 с.

119. Хаузеи X. Теплопередача при противотоке, прямотоке и перекрестном токе: Ш:: Энергоиздат, 1981. 384 с.

120. Шак А. Промышленная теплопередача: М.: Металлургиздат, 1961.524с.

121. London A. L., Kays W. М. The Lignid conpled Indirecttrausfer Regenerator for Gas-turbine Plants// Trans ASME. 1951. v. 73. p.529

122. Неганов А. П. Регенеративный подогрев воздуха в аппаратах с кипящим слоем промежуточного теплоносителя // Промышленная энергетика. 1976. №12. с. 28-29

123. Тамарин А. И. О выборе числа ступеней многоярусного теплообменника // ИФЖ. 1963. т. 6. №4. с. 88-91

124. Бараков А.В;, Жучков А В , Агапов Ю.Н., Санников А В Выбор числа ступеней регенеративного теплообменного аппарата с дисперсным промежуточным теплоносителем // Промышленная энергетика. 1987. №5. С. 53-54.

125. Агапов Ю.Н., Бараков А.В., Жучков А В К расчету регенеративного теплообменника с дисперсным промежуточным теплоносителем // Теплоэнергетика: Меж. вуз. сб. научн. тр. Воронеж: ВГТУ, 1998. С. 92 95.

126. А. с. 1145228 СССР, МКИ3 F27B 15/10. Печь для обжига мелкодисперсного материала в псевдоожиженном слое / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А, В; Жучков, А. В. Санников (СССР). №3630304/29 33; Заявлено 29. 07. 83; Опубл. 15. 03. 85. Бюл. №10. 3 с.

127. А. с. 1276888 СССР, МКИ3 F26B 17/10. Сушилка кипящего слоя для термолабильных сыпучих материалов / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. В. Жучков, А. В. Санников (СССР). №3882834/31 06; Заявлено 08. 04. 85; Опубл. 15. 12. 86. Бюл. №42. 2 с.

128. Бараков А.В. Использование сушилки кипящего слоя для термолабильных сыпучих материалов // Теплообмен в энергетических установках итповышение эффективности их работы: Сб. научн. тр. Воронеж: ВПИ, 1988. С. 73-76.

129. А. с. 1731259 СССР, МКИ3 B01D 47/14. Устройство для очистки ® газа / Ю. Н. Агапов, А. В. Бараков, А. В. Жучков, А. В. Санников (СССР).4779674/26; Заявлено 28.11.89; Оубп 07.05.92. Бюл. №17. 3 с:

130. Агапов Ю. Н., Бараков А. В. К расчету аппарата испарительного охлаждения // Процессы теплообмена в энергомашиностроении: Тез. докл. регион, межвуз. семин. Воронеж: ВГТУ, 1995. С. 30.

131. А. с. 1782097 СССР, МКИ3 F24F 3/14. Охладитель воздуха / В. С. Майсоценко, Ю. Н. Агапов, В. А. Тарасов, А. В. Бараков, С. Е. Агрич (СССР), №4317884/29; Заявлено 28.10.87; Опубл. 15.08.92. Бюл. №26. 3 с.

132. Пат. 2235606 RU, МПК С17В07В4/08. Устройство для классификации сыпучих материалов в кипящем слое / Ю.Н. Агапов, А.В. Бараков (РФ); Воронеж, гос. техн. ун-т (РФ). № 2003103233/03; Заявлено 03.02.03; Опубл. 10.09.04. Бюл. №25. 2с.