автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Внешний теплообмен в высокотемпературных дисперсных средах и кинетика горения полидисперсных топлив

На правах рукописи

РГ5 04

1 о яне 200/9

ГОЛДОБИН Юрий Матвёевич

ВНЕШНИЙ ТЕПЛООБМЕН В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СРЕДАХ И КИНЕТИКА ГОРЕНИЯ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ ТОПЛИВ

Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Екатеринбург 2000

Работа выполнена на кафедрах "Промышленная теплоэнергетика" и "Теоретическая теплотехника" Уральского государственного технического

университета - УПИ

Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники РФ,

член-кор. АТН России, доктор технических наук, Почетный профессор УГТУ А.П. Баскаков. Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук

О.Л.Данилов;

профессор, доктор технических наук Е.В.Торопов;

профессор, доктор технических наук Ю.М.Кузнецов.

Ведущая организация: Институт теплофизики Сибирского отделения

Академии наук РФ Защита состоится 26 декабря 2000 года на заседании диссертационног совета Д 063.14.10 Уральского государственного технического университета УПИ по адресу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, ул.Мира, 19, в 14:00, ауд. Т-1105 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральског государственного технического университета.

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью, проси направлять по адресу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, Уральски государственный технический универсистет - УПИ на имя ученого секретар диссертационного совета.

Автореферат разослан " ноября 2000 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 063.14.10 доцент, кандидат технических наук

П.Н. Плотниког

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы и цель работы. Дисперсные среды находят трименение в самых различных технических процессах: сушка и химическая обработка зернистых материалов; нагрев и термообработка металлических и других изделий в кипящем слое; нагрев и охлаждение в циклонах-тылеуловителях; сжигание твердого топлива в котлах с кипящим и диркуляционным кипящим слоем, в факеле камерных топок; сжигание жидкого распыленного топлива в двигателях внутреннего сгорания и камерах сгорания пазотурбинных установок и т.д.

В настоящее время весьма актуальна задача экономии энергии. В ее эешении важную роль играет использование всех видов вторичных энергоресурсов и, в частности, утилизация теплоты газопылевых потоков, представляющих собой отходы различных производств, при помощи эхлаждающих циклонов-пылеуловителей.

Широкое использование дисперсных сред требует детального изучения процессов тепло- и массообмена.

В технологических процессах находят применение как монодисперсные, гак и полидисперсные системы. В последнем случае возникают дополнительные задачи, связанные с учетом распределения частиц по размерам. Аналогичные задачи возникают для монодисперсных частиц, различающихся своими свойствами.

В установках с высокотемпературными дисперсными средами, как правило, необходимо учитывать все составляющие процесса - конвективную, кондуктивную и лучистую.

В области промышленного использования дисперсных сред накоплен богатый опыт, базирующийся на обширных результатах экспериментального и теоретического изучения гидромеханики, тепло- и массообмена и других процессов. При этом, естественно, возникали новые задачи, формировались подходы к их решению и формулировались новые постановки, например использование кинетического уравнения для функции распределения частиц по

размерам (но для описания горения полидисперсных частиц оно не использовалось). Новое применение циклона для охлаждения пылегазового потока через стенку потребовало экспериментального исследования процесса теплообмена и разработки методов расчета этого процесса. То же самое можно сказать и о процессе лучистого теплообмена в кипящем слое.

Многие технологические процессы с использованием дисперсных сред, например сжигание топлива в циркуляционном кипящем слое, химико-термичсскую обработку и др., без автоматического управления организовать практически невозможно. Применение вычислительных средств, включая широко доступный персональный компьютер, создает новые возможности для конструирования системы регулирования и реализации процесса управления. Вместо трудоемкого и достаточно длительного процесса настройки системы можно разработать и реализовать алгоритм автоматического определения параметров объекта и регулятора, т.е. организовать практически адаптивное управление и найти оптимальные режимы работы.

Цель работы

Целью работы является экспериментальное и теоретическое исследование высокотемпературных процессов в дисперсных системах: излучения в кипящем слое, теплообмена запыленного потока со стенкой циклона и горения полидисперсного твердого и жидкого топлива; внедрение полученных результатов в разработку новых технологических установок и систем автоматического управления протекающими в них процессами.

Поставлены и решены следующие задачи:

• разработана методика и проведено экспериментальное исследование теплообмена между поверхностью и высокотемпературным кипящим слоем, выделена лучистая составляющая и разработана методика ее расчета;

• выполнено экспериментальное исследование теплообмена высокотемпературного запыленного потока со стенками циклона, разработана методика расчета процесса теплообмена;

1 на основе кинетического уравнения для функции распределения частиц по радиусам выполнен анализ процессов горения полидисперсных частиц жидкого и твердого топлива, разработана методика процессов горения, теоретические результаты подтверждены последними экспериментальными данными;

> разработан алгоритм автоматического определения параметров системы управления высокотемпературными инерционными объектами, выполнена численная реализация этого алгоритма.

Работа выполнена на кафедрах "Промышленная теплоэнергетика" и Теоретическая теплотехника" в соответствии с координационным планом АН 'оссии по проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика", утвержденной Секцией [шзико-технических и математических наук Президиума АН СССР от 5.12.1985 постановлением №1100-494-1216), а также в соответствии с программами "ТСНТ и Минвуза "Человек и окружающая среда" (раздел "Исследование :пособов управления процессами тепло- и массообмена в дисперсных :истемах"), "Экологически чистая ТЭЦ".

Частично работа выполнялась на Свердловском приборостроительном ;аводе, АОА Вниимт, ЗАО "Системтроник", ЗАО "Трест-Т" и др.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается юответствующей точностью измерительных систем, оценкой погрешностей «мерений, применением современных численных методов решения, удовлетворительным согласованием расчетных и экспериментальных данных, :опоставлением с данными других исследователей, качественной работой юзданной системы управления.

Научная новизна:

» на основе полученных экспериментальных данных впервые установлено, что коэффициент теплоотдачи излучением между высокотемпературным кипящим слоем и погруженной в него поверхностью зависит от эффективной температуры пристенного слоя частиц и температуры поверхности, степеней черноты материала слоя и поверхности и слабо

зависит от изменения скорости псевдоожижения и размера частиц в широких пределах. С ростом размера частиц увеличивается лишь доля лучистой составляющей суммарного коэффициента теплоотдачи;

• разработаны методы исследования и расчета теплосъема с циклонов-пылеуловителей;

• предложен метод теоретического исследования процессов горения полидисперсных топлив на основе кинетического уравнения для функции распределения частиц по радиусам; показано, что для "автомодельных" режимов горения задачи решаются в конечном виде; получены математические модели горения полидисперсных топлив: распыленного жидкого, коксовой пыли в адиабатических камерах, жидкого и других видов топлива в факеле, - позволяющие проводить расчетно-теоретические исследования процессов горения в различных агрегатах;

• предложенный новый алгоритм автоматического определения параметров инерционного объекта управления позволил создать новый тип системы управления, которая посредством процедуры самотестирования позволяет корректировать процесс управления с целью оптимизации режимов работы управляемого объекта.

Практическая значимость работы

Полученные результаты дают основу для инженерных методик расчета

высокотемпературных процессов в энергетических установках и агрегатах:

• введенное понятие кажущейся степени черноты кипящего слоя б'к позволяет рассчитывать теплообмен излучением в высокотемпературном кипящем слое по закону Стефана-Больцмана с использованием экспериментальных данных по £к; предложенная эмпирическая зависимость дает возможность рассчитывать лучистую составляющую процесса теплообмена;

• предложенное балансовое уравнение и эмпирические зависимости для расчета степеней охлаждения газа и частиц позволяют определять теплосъем с охлаждаемых циклонов-пылеуловителей;

► предложенная модель теоретического и расчетного исследования горения полидисперсных топлив позволяет: определять вид текущей и начальной функции распределения частиц по радиусам, степени выгорания, расходования кислорода, выхода продуктов сгорания, температуры среды, средних поверхности и массы и т.п.; » предложенный алгоритм определения параметров объекта может быть использован в любых системах рассмотренного типа.

Реализация. Полученные данные по теплообмену в высокотемпературном шпящем слое использованы при создании муфельной печи с кольцевым шпящим слоем для термообработки тонкостенных изделий из цветных металлов для Свердловского приборостроительного завода, агрегата для затентирования проволоки на Белорецком металлургическом комбинате, засчете проходной печи с кипящим слоем для нагрева болтов из сталей 38ХС и 40Х для Магнитогорского метизного завода.

Данные по теплообмену в циклонах-пылеуловителях использованы УНИХИМом (г. Свердловск) при выборе футеровки и теплоизоляции циклонов для нагрева монохромата натрия на Новотроицком заводе хромовых соединений и ВНИИЭНЕРГОЦВЕТМЕТом (г.Свердловск) при разработке топливно-энергетического баланса с учетом использования вторичных энергоресурсов на заводе "УКРЦИНК", г. Константиновск Донецкой области.

Результаты теоретических исследований по горению полидисперсных гоплив использованы лабораториями "Теплообмена" и "Сжигания жидкого топлива" ВНИИМТ (г.Свердловск) при выполнении научно-исследовательской заботы №27-89-3 "Исследование и разработка способов и устройств для сжигания твердого топлива с целью интенсификации технологических процессов и снижения расхода газа и мазута" (раздел "Разработка математических моделей гидродинамики и сложного теплообмена в факелах твердых и жидких топлив").

Созданные на базе разработанного алгоритма автоматического определения параметров объектов микропроцессорные системы "Карбоокс" и

"Потенциал-Т" внедрены на Синарском трубном заводе, ОАО "Камаз" (Завод , двигателей), ОАО "Автонормаль" (г.Белебей), Омутнинском металлургическом заводе (станции защитного газа), АО "Автоваз" (термический цех и генераторы эндогаза), Минском заводе колесных тягачей, Белорусском автомобильном заводе, Чебоксарском заводе промышленных тракторов.

В данной работе обобщены результаты исследований по теплообмену в высокотемпературном кипящем слое и циклонах-теплообменниках, сжиганию топлив, выполненных коллективом научной лаборатории кафедры Промышленной теплоэнергетики Уральского государственного технического университета при непосредственном участии и под руководством автора, а также совместно с организациями ОАО ВНИИМТ, ЗАО "Системтроник", ЗАО "Трест-Т" и др.

.Автор выражает глубокую признательность заслуженному деятелю науки и техники России, д-ру техн. наук, проф. А.П. Баскакову и д-ру физ.-мат. наук Г.П.Ясникову за внимание к работе, канд. техн. наук О.М.Попову и канд. теки. наук В.Н.Долгову, работа с которыми позволила расширить область изучения высотемпературного теплообмена и получить ряд новых результатов. Автор также выражает благодарность всем сотрудникам кафедры промышленное теплоэнергетики и ряда других кафедр УГТУ за помощь при выполнении работы.

Автор защищает:

1. Результаты экспериментальных исследований: лучистого теплообмена I кипящем слое и способа его расчета; теплообмена в циклонах-пылеуловителях с охлаждаемыми стенками и метода его расчета, а также аэродинамического сопротивления.

2. Результаты теоретических исследований процессов горенш полидисперсных топлив на основе кинетического уравнения для функцш распределения частиц по размерам: анализ и методику расчета горенш распыленных жидких топлив; анализ и методику расчета горенш

полидисперсной коксовой пыли; анализ и методику расчета полидисперсных коксовых частиц в кипящем слое. 3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований алгоритма автоматического определения динамических свойств инерционных объектов и его реализацию в оптимальной системе управления тепловыми объектами.

Личный вклад автора.: постановка задач исследований; разработка методики, планирование, организация и проведение экспериментов по теплообмену в высокотемпературном кипящем слое, теплообмену в циклонах-пылеуловителях; теоретические исследования горения распыленных жидких и твердых топлив, горение в кипящем слое; разработка алгоритма автоматического определения свойств инерционных объектов и исследование его для создания алгоритма оптимального управления; подготовка технического задания на проектирование, участие в проектировании, создании и исследовании работы муфельной печи с кольцевым кипятим слоем для термообработки тонкостенных изделий из цветных металлов; подготовка технического задания и авторский надзор при создании систем автоматического управления "Карбоокс" и "Потенциал - Т".

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы обсуждены и доложены на всесоюзных научно-технических конференциях: "Вопросы испарения, горения и газовой динамики дисперсных сред" (Одесса, 1967); "Высокотемпературные эндотермические процессы в кипящем слое" (Донецк, 1968); "Проблемы энергетики теплотехнологий" (Москва, 1983); "Теплофизика и гидродинамика процессов испарения и конденсации" (Рига, 1982); на всесоюзных совещаниях: "Исследование тепло- и массообмена в кипящем слое" (Иваново, 1969); "Основные направления научно-исследовательских работ по аппаратурному оформлению электротермических и высокотемпературных процессов химических производств в X пятилетке. Термия-75" (Ленинград, 1975);, на республиканских научно- технических конференциях: "Сжигание и газификация в кипящем слое" (Свердловск, 1988);

"Сушка и грануляция продуктов микробиологического и тонкого химического синтеза" (Тамбов, 1981); на научно-технических конференциях УГТУ-УПИ республиканского и регионального значения (Свердловск, 1967, 968, 1970, 1973, 1976, 1990; Екатеринбург, 1995, 1997); на международных конференциях по тепло - и массообмену в дисперсных системах (Минск, 1968, 1972, 1976); на школе-семинаре "Тепло- и массообмен в химически реагирующих системах" (ИТМО АН БССР, Минск, 1983); на 8-м международном конгрессе ХИСА (Прага, Чехословакия, 1984); на 2-й международной конференции по циркуляционному и псевдоожиженному слоям (Компьен, Франция, 1988); на международной научно-технической конференции "Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса" (Екатеринбург, 1977); на межвузовской научно-технической конференции "Проблемы физико-математического образования в педагогических вузах России на современном этапе" (Магнитогорск, 1999).

Основные положения диссертации опубликованы в 31 печатных работах. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, составленного по главам, насчитывающего 228 наименований. Весь материал изложен на 236

страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков, представленных на 50 страницах, и 1 таблицы по тексту.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе проанализированы механизмы переноса тепла между кипящим слоем и погруженной в нее поверхностью. Основное внимание уделено пакетной и структурно-гидродинамической моделям. Проанализированы методы расчета коэффициентов теплоотдачи. Отмечено, что если для кондуктивно-конвективной составляющей коэффициента теплообмена накоплен достаточно обширный экспериментальный и теоретический материал и имеются эмпирические зависимости для их расчета, то для лучисто® составляющей данных недостаточно. Теоретический анализ вклада излучения I общий теплообмен приведен с позиций пакетного механизма переноса тепла

но сложная структура слоя возле поверхности потребовала экспериментальной проверки.

Для экспериментального исследования лучистой составляющей в работе использованы нестационарный и стационарный методы.

Для разделения составляющих высокотемпературного теплообмена использовались шаровые а -калориметры диаметром 20 мм из нержавеющей стали с различными степенями черноты поверхности. Один из них, а ч-калориметр ("черный"), после соответствующей термообработки имел степень черноты поверхности ¿'ч «0,8...0,88 в пределах изменения температур 100...800 °С, другой, а6-калориметр ("белый"), покрывался тонким слоем серебра {5 ~20 мкм) со степенью черноты поверхности £б «0,05...0,07 в тех же пределах изменения температур.

Эксперименты с о;-калориметрами были проведены на узкопредельном потенциометре (0...50 °С) с малым временем пробега каретки, большой скоростью движения диаграммы ленты и ступенчатым смещением-нулевого положения шкалы от 100 до 800 °С. Это позволило рассчитывать суммарные коэффициенты теплоотдачи по методу регулярного теплового режима, принимая теплофизические параметры материала калориметров и коэффициенты теплоотдачи постоянными в пределах каждого температурного интервала, тем самым определив влияние температуры поверхности при постоянной температуре слоя 850 °С на суммарный коэффициент теплоотдачи и его составляющие (кондуктивно-конвективную и лучистую).

Поскольку при нагреве ач- и а (¡-калориметров кондуктивно-конвективные составляющие теплообмена практически одинаковы, разность их значений (а,,-а б) дает коэффициент теплоотдачи излучением от кипящего слоя к "черному" калориметру без учета излучения, переданного от слоя к "белому" калориметру. Коэффициент теплоотдачи излучением от кипящего слоя к "черному" калориметру в предположении, что кондуктивно-конвективная составляющая коэффициента теплоотдачи не зависит от степени черноты поверхности, определяется как

11

«л,ч = («ч - «б ) + епр,б«0,л =

пр,ч^о,л ■

(1.1)

Для расчета кажущейся степени черноты кипящего слоя £к, учитывающей геометрию слоя излучающих частиц и эффект их охлаждения у поверхности теплообмена, получено соотношение

е. =

1 —

2

_L+J_

-ч у

1 1

\2

£б

+

1 1

■л)

ац-аб

-1

(1.2)

Материалом служили шамотные частицы с эквивалентным диаметром 0,35; 0,63; 1,25 мм и корунд 0,32 мм при скоростях псевдоожижения 0,7...2 м/с. Результаты экспериментов с шаровыми калориметрами показывают, что ач и а в практически не зависят от скорости псевдоожижения, увеличиваются с ростом температуры поверхности и уменьшаются с ростом диаметра частиц. Разность (ач-сс5) также практически не зависит от скорости псевдоожижения и диаметра частиц в исследованном диапазоне их изменения.

На рис.1.1 представлены опытные данные по лучистому коэффициенту теплоотдачи к "черному" а -калориметру. Там же приведены результаты расчетов лучистой составляющей коэффициента теплоотдачи по рекомендациям различных авторов.

На рисунке видно, что при уменьшении температуры калориметра с 775 °С до 125 °С коэффициент теплоотдачи излучением ал уменьшается в 7-8 раз, что превышает максимально возможные изменения ал. Это явно говорит о снижении температуры первого ряда прижатых к поверхности излучающих частиц при низкой температуре последней.

С ростом диаметра частиц увеличивается лишь доля лучистой составляющей суммарного коэффициента теплоотдачи, которая при температуре слоя 850 °С с изменением температуры поверхности от 200 °С дс ¿00 °С нелинейно растет с 6% до 22% для шамотных частиц диаметром 0,35 мм и с 9% до 33% для частиц 1,25 мм.

(

Рис. 1.1. Сравнение опытных и расчетных значений коэффициентов теплоотдачи [.злучснием в зависимости от температуры термозонда при Тк с = 1123 "К:

- при £кс =1; 1-5 - по рекомендациям других авторов; 6 - по пакетному механизму; точки -шытные: 7.8.9 = наши данные для частиц 0,35; 0,63 и 1,25 мм; 10-12 - данные А.Г.Тшцснко стационарный метод) •

Анализ, проведенный для случая охлаждения тела в низкотемпературном :ипящем слое, показывает, что коэффициент теплоотдачи излучением будет :ущественно ниже, чем при нагревании его в высокотемпературном слое. Это юдтверждается расчетами и прямыми экспериментами, которые показывают, [то излучением в этом случае можно пренебречь.

Аналогичные эксперименты были проведены с плоскими вертикальными :алориметрами в кипящем слое частиц корунда 0,5 мм, окиси магния - 1-3 мм и лунда -5-7 мм до температуры слоя 1300 °С.

Калориметры были выполнены из нихрома, один из которых ("черный") [мел степень черноты поверхности £ч «0,8...0,9, а другой ("белый") за счет юкрытия тонким слоем платины имел £'б «0,12...0,22 в диапазоне изменения емператур поверхности 100... 1100 °С.

Эти эксперименты полностью подтвердили данные, полученные шаровыми а -калориметрами, а доля излучения в суммарном теплообмене дл; частиц большого размера может достигать 50% и более с ростом температурь: поверхности и слоя.

В стационарном методе исследования использован радиометрический метод регистрации теплового излучения. Для измерения интенсивности излучения кипящего слоя был использован модернизированный водоохлаждаемый радиометр с контролируемой и переменной (за счет охлаждения воздухом с внутренней стороны) температурой защитногс кварцевого стекла. Тем самым стекло имитировало теплообменнук поверхность различной температуры, которая, как показали теоретические расчеты и проведенные эксперименты, существенно ниже температуры ядра слоя за - счет собственного излучения стекла в радиометр и торцевогс охлаждения в месте крепления даже без обдува стекла (на 150...200 °С при температурах слоя 600... 1000 °С соответственно).

Измеренная радиометром интенсивность излучения зависит фактически и от степени черноты слоя и от температуры его около стекла, поскольку температура защитного стекла влияет не только на интенсивность излучения самого стекла, но и на степень охлаждения частиц, соприкасающихся сс стеклом, т.е. на интенсивность излучения кипящего слоя. Поэтому интегральная пропускательная и излучательная способности стекла зависят от температур стекла и слоя, а радиометр воспринимает как пропущенное излучение слоя, так и интегральное излучение самого стекла.

В связи с этим для расчетов кажущейся степени черноты слоя £к. предварительно была проведена тарировка радиометра по "абсолютно черному излучению" при переменных температурах стекла Тп и излучателя Ткс, г также определена степень черноты кварцевого стекла £ст (Тст) и разработана методика расчета ек, в которой используются показания радиометра зе вычетом вклада излучения стекла.

В.9 ОА 0.7 0.6 0.5 ОЛ

ал

"3 Г

У / ^ ^ ч

и > / У

X >|

л

Эксперименты проведены для кипящего слоя корунда с частицами размерами 0,32 мм и 0,5 мм, а также с частицами окиси магния 0,8... 1,2 мм. Результаты экспериментов по определению кажущейся степени черноты кипящего слоя ек для частиц корунда 0,32 мм представлены на рис. 1.2, из которого видно, что с увеличением температуры слоя и уменьшением температуры поверхности величина Ек быстро убывает, что свидетельствует о возрастающем охлаждении частиц у поверхности теплообмена.

Экспериментальные данные (см. рис. 1.2) экстраполированы на степень черноты изотермического кипящего слоя (при (ст = tкc), полученную экспериментально по измерениям излучения свободной поверхности слоя при небольших скоростях псевдоожижения.

Сравнение экспериментальных данных по кажущейся степени черноты,

степени черноты неизотермического полученных при помощи радиометра и слоя от температуры стекла при

различных 1кс: - без обдува а~кал°риметр°в> показывает доста-

стекла; , , , , . с обдувом стекла точно хорошее совпадение и приведено в лля пазньтх темпепятуп хипяитего споя

диссертации.

Расчет теплообмена в высокотемпературном кипящем слое связан с учетом излучения в "суммарном теплоперсносе и выбором определяющей температуры при определении кондуктивно-конвективной составляющей.

Расчет теплообмена излучением предложено проводить по закону

Стефана-Больцмана для двух параллельных пластин температурой Тст и Гкс с

приведенной степенью черноты системы, рассчитываемой по кажущейся степени черноты кипящего слоя ек.

Анализ экспериментальных данных по излучению в высокотемпературном кипящем слое показывает, что ¿?к, в основном,

15

яаз ¿„'С

заа зав 7аа

; Рис.1.2. Зависимость кажущейся

определяется степенью черноты материала частиц слоя и степенью охлаждения частиц у поверхности теплообмена, влияние же других факторов (скорости псевдоожижения, размера частиц, ориентации поверхности в слое, ее формы и т.н.) менее существенно. Поэтому для расчета £к или коэффициента теплоотдачи излучением предлагаются различные эмпирические зависимости, в том числе и такие, в которых использованы полученные в настоящей работе результаты.

В тексте диссертации вопросы расчета теплообмена в высокотемпературном кипящем слое рассмотрены подробно.

Во второй глaвíe рассмотрен высокотемпературный теплообмен запыленного потока с охлаждающими стенками циклона и аэродинамическое сопротивление последнего.

За основу экспериментальной установки был взят циклон ЦН-11 с внутренним диаметром цилиндрической части 204 мм. В установке можно выделить три функциональных узла: узел подачи дисперсного материала; участок нагрева, гидродинамической и тепловой стабилизации; циклон-теплообменник.

Пылевоздушный поток проходил через горелку по центральной трубе, в которой предварительно нагревался, на выходе из камеры сгорания он смешивался с продуктами сгорания, что обеспечивало необходимую для исследования температуру. Тепловая и аэродинамическая стабилизация потока происходила в отводящей трубе.

Циклон-теплообменник собран из восьми секций, выполненных в виде водяных калориметров, причем четыре верхних калориметра сделаны съемными. Выхлопной патрубок также имел двойную стенку и охлаждался водой. Измерения проводились в стационарном режиме. Тепловой поток от стенок циклона определялся по уравнению теплового баланса.

Теплообмен потока с охлаждаемыми стенками. Эксперименты проводились при продувках циклона незапыленным и запыленным потоками газа.

Предварительно были проведены исследования движения твердой фазы на прозрачной модели циклона. В качестве твердой фазы использовались глинозем с размером частиц с/ч=60 мкм и другие материалы. Наблюдались два режима движения частиц: независимый и шнуровой. Первый режим характерен полетом частиц по ломаным винтовым траекториям, шаг которых уменьшается в конической части циклона. При повышении расходной концентрации ц на входе частицы начинают группироваться и двигаться в виде шнура или ленты, причем этот эффект наиболее заметен в нижней части конуса. При ц = 0,2+0,3 кг/кг шнур в конической части циклона хорошо заметен.

Эксперименты показали, что чем меньше размер частиц, тем при меньших ¡л начинает образовываться шнур. С введением частиц уменьшается крутка потока, с образованием шнура крутка увеличивается. При дальнейшем увеличении концентрации // область шнурового движения частиц увеличивается, место зарождения шнура приближается к входному патрубку циклона. Границей области развитого шнурового движения является достижение критической концентрации /укр: для частиц диаметром 20 мкм

//кр=0,2; 40 мкм //кр=0,3; 60 мкм //кр »0,4; 0,5 мм //кр »0,8.

Исследования теплообмена к стенкам циклона от незапыленного потока показали, что тепловые потоки в цилиндрической и конической частях циклона различаются в 6-10 раз, причем тепловые потоки к обечайкам цилиндрической части циклона были пропорциональны температурному напору между газом и стенкой.

В исследованиях теплообмена с запыленным потоком использовался глинозем с частицами а?ч =40 мкм.

Эксперименты показали, что степень охлаждения газа и частиц различна. Частицы охлаждаются значительно сильнее, чем газ. Это связано, во-первых, с сепарацией частиц, которые движутся в основном у холодной стенки, и, во-вторых, с выходом частиц и газа в разных местах циклона. Частицы интенсивно охлаждаются в конусной части циклона, а часть газового потока проскакивает сразу же в выхлопной патрубок, практически не обмениваясь, теплом со стенками циклона.

Для всех частей конусной части циклона наблюдается устойчивое увеличение теплосъема при увеличении концентрации частиц (рис.2.1).

При увеличении концентрации ц до 0,6 кг/кг тепловые потока для 4-й секции возрастали более чем в 2 раза, а для самой нижней, первой секции, в 3 раза (на рис.2.1 для конусной части показан среднеинтсгральный тепловой поток).

В цилиндрической части при малых концентрациях рост теплосъема незначительный. При увеличении ¡л до 0,6 кг/кг удельные тепловые потока для всех секций цилиндрической части возрастают в 1,5...2 раза, причем сильнее для нижних секций.

Тепловые потоки к стенкам выхлопного патрубка вообще не достигают величин, соответствующих продувкам незапыленного потока (/¿=0).

Общий относительный теплосъем с циклона при малых ¡и не увеличивается, а затем начинает расти пропорционально увеличению ¡1.

Такой характер изменения тепловых потоков к различным частям циклона можно объяснить шнурообразованием. Для частиц с ¿/ч=40 мкм критическая концентрация составляет ^кри0,3. Процесс изменения концентрации можно разбить на три этапа: первый - //=0...0,1; второй -^==0,1 ...0,2; третий - //>0,2.

Первый этап характеризуется независимым движением частиц. В цилиндрической части на теплообмен, в основном, сказываются два фактора -уменьшение крутки потока и миграция частиц к поверхности, причем большую

роль играет эффект уменьшения теплоотдачи за счет снижения крутки. В конической части на первом этапе температурный напор значительно возрастает (для нижних секций в 1,5...2 раза). Следовательно, наряду с' уменьшением теплообмена за счет снижения крутки сказываются миграция частиц к стенкам и увеличение температурного напора, интенсифицирующие теплосьем.

Теплоотвод от выхлопного патрубка на первом этапе уменьшается из-за резкого снижения крутки. Частицы не контактируют со стенками выхлопного

патрубка, температурный напор возрастает незначительно.

Второй этан характерен тем, что в конусной части циклона начинает образовываться шпур. Крутка потока продолжает уменьшаться, но в меньшей степени, о чем говорит небольшое уменьшение аэродинамического сопротивления циклона. В конусной части

циклона температурный напор продолжает немного возрастать, что приводит к росту теплового потока (рис.2.1). В цилиндрической части, так же, как и в конусной, сказывается увеличение теплообмена с частицами, поэтому теплоотвод начинает возрастать. Теплоотвод от выхлопного патрубка

0.4 "

Рис.2.1. Изменение относительных тепловых потоков через секции циклона при разных концентрациях на входе: £ - суммарный поток; 1-9-номера секций

практически не изменяется, так как частицы не контактируют с поверхностью, а небольшое уменьшение крутки компенсируется возрастанием температурного напора.

На третьем этапе в конусной части окончательно формируется шнур из твердых частиц, затем он перемещается в цилиндрическую часть, что приводит к некоторому увеличению крутки потока. Теплоотвод от всех частей циклона возрастает, поскольку повсеместно возрастает крутка потока. В конусной и цилиндрической частях циклона возрастает вклад теплообмена стенки с частицами, а в выхлопном патрубке сказывается увеличение температурного напора.

Наряду с ростом суммарного количества тепла, воспринятого поверхностями нагрева циклона, по мере увеличения концентрации твердой фазы количество тепла, отдаваемого газом, уменьшается, а частицами -увеличивается (рис.2.2). Значительная часть снижения тепла, воспринятого от газа, приходится на первый и второй этапы изменения концентрации. При //>0,3, что соответствует развитому шнуровому движению частиц, количество тепла, отдаваемого газом, стабилизируется. -Уменьшение степени охлаждения газа происходит в первую часть из-за уменьшения крутки потока, а увеличение тепла, отданного частицами при контакте их со стенками, фактически пропорционально росту концентрации твердой; фазы (рис.2.2). С ростом размера частиц шнур образуется при больших концентрациях ц, поэтому эффект уменьшения теплосъема из-за уменьшения крутки потока для частиц большого диаметра проявляется более сильно.

Основные соотношения для расчета теплообмена

В верхней части циклона существуют самые большие потоки и температурные напоры.

Для этой части экспериментальные данные хорошо аппроксимируются следующими соотношениями (для восьмой секции на рис.2.1):

лч =

ГОД

.0.68

0< //<0,05

[0,12/?е0 68[14-- 0,05)] 0,05 < ¡и < 0,7

(2.1)

а.5 о.б

Рис.2.2. Влияние /л на тепловой поток от газа и частиц к стенке: 1 - суммарный тепловой поток; 2 - поток от частиц; 3 - поток от газа

В качестве температурного напора при расчетах тепловых потоков использована разность температур между газом и средней температурой стенки.

Для расчета теплосъема со всего циклона в целом его необходимо рас-необходимо знать

сматривать как теплообменник, для чего среднеарифметический или среднелогарифмический температурные напоры. При расчетах теплообменников для любой комбинации направлений потоков обязательным является монотонное изменение температур по длине теплообменника. В случае же циклона все гораздо сложнее, так как температура газа в конусной части циклона оказывается ниже, чем в выхлопном патрубке, т.е. условие монотонности изменения ее не выполняется.

В связи с этим при расчете теплоотдачи в циклоне гораздо проще определить значения температур частиц и газа на выходах из него, а теплообмен к стенкам рассчитать по уравнению теплового баланса. За определяющую скорость принята скорость во входном патрубке <авх,

определяющий размер - эквивалентный диаметр входного патрубка £>вх, определяющий температурный напор - разность температур потока во входном патрубке и стенки (гвх — гст). Тогда для незапыленного потока газа с постоянной теплоемкостью имеем

бт- СГСГ(/ВХ -;ВЬ1Х)= СГСГ (/вх -/ст)=СгСг1//г(гвх-гст), (2.2)

'вх 'ст

где и/г = 'вх 'Еых - степень охлаждения газа в циклоне.

'вх СТ

Обработка экспериментальных данных, приведенных в диссертации, проводилась по зависимости

1

угт --,

И-АЛе"

для критерия Рг =0,72.

Для практических расчетов при охлаждении всех частей циклона получено

^ = 1 + 2,5.10-^5 (23)

для диапазона изменения чисел Яе «104... 105. В диссертации приводятся формулы для расчета ц/т и для других комбинаций охлаждения частей циклона.

Для расчета теплообмена в циклоне от запыленного потока используется уравнение теплового баланса, учитывающее тепло, переданное частицам и газом с частицами, унесенными из циклона,

а = {/?&\С>ч + [(1-/?)С?чСч +СгС>г.чХ/вх -(„), (2.4)

где р - степень улавливания частиц в циклоне; у/ч,у/тч - степени охлаждения частиц и газа на выходе из циклона, несущего мелкие частицы.

В диссертации представлены экспериментальные данные по степеням охлаждения у/гм и у/ч, обработка которых позволила получить соотношение

0,05

г 1 \0,05

,-о,8(|)

ехр

-0.1//05

Ч^ч/

для степени охлаждения частиц у/ц =-

1 + 1,8,0^Т>

N0,8

(2.5)

(2.6)

со'

*г8

Полученные зависимости справедливы для чисел Рейнольдса 103 < Яе < 105 и концентрации частиц на входе // < 0,7, а погрешность расчета не превышает ±15%.

Корреляция между опытными значениями у/г ч и у/ч и вычисленными по формулам (2.5) и (2.6) представлена в диссертации.

Охлаждение стенок циклона влияет также и на его аэродинамическое сопротивление. Проведенные исследования показали, что на сопротивление циклона в основном оказывает влияние концентрация частиц. Экспериментальные данные для относительного коэффициента аэродинамического сопротивления с точностью до 8% аппроксимируются зависимостью

(2.7)

для 4-104 <Яе< 2-106 и ^<0,7.

В диссертации приведено сравнение расчетов по этой формуле с данными других исследователей.

В третьей главе приведен обзор традиционных методов расчета процессов горения полидисперсного топлива и сформулирован альтернативный подход, основанный на кинетическом уравнении для функции распределения частиц/(г,/) по размерам г

сЯ дг ' Ж

(3.1)

Скорость W в многих практически важных случаях может быть представлена как произведение W = (o{tfl{r). Конкретный вид а и Q диктуется природой рассматриваемых процессов и кинетикой превращения отдельных частиц. Функция со обычно неявно зависит от таких параметров, как температура Т, концентрация С и т.д.

Уравнение (3.1) интегрируется методом Фурье

/(г.0=1Ф,Шг) (3.2)

i

с начальным условием /(г,0)= /о(г). Для начальной функции распределения

СО

используется нормировка \f(¡{r)dr = 1, а /[г,t) определяет число несгоревших

о

(непрореагировавших) к моменту времени / частиц:

N(t) = Noy(r,t)dr. (3.3)

о

Если скорость горения W представить в отмеченной выше форме, то решение (3.2), (3.1) имеет вид

/(г,()=£Л(П-]ехр

-ai]n-\r)dr

ехр

i

a¡ ¡ú)(í)dt . о

(3.4)

По найденной /(г,{) вычисляются различные моменты функций от г, определяющие макроскопическую кинетику горения полидисперсного ансамбля частиц, при этом важную роль играет массовая доля несгоревшего топлива

<г3> » г3 , 3 - з

3 =/—у—¿г,<г3>0= I г3Мг}1г. (3.5) М0<г' >0 о < г3 >0 о

Как видно из (3.4), для случаев квазистационарных процессов реагирования частиц со средой в системе достаточно быстро устанавливается своеобразный "регулярный" режим, когда в сумме (3.4) существенно лишь одно слагаемое с минимальным соответствующим значением константы разделения а; = д(л, = А). Начальное распределение аппроксимируется экспонентой

fo{r)= аП~1 exp

-a\QT\r)dr о

a доля несгоревшего топлива определяется интегральным уравнением

t

y(t) = exp

a \co{i)dt

. о

(3.6)

(3.7)

которое сводится к дифференциальному

dy=aœ(t)y(t). (3.8)

dt

Величина а определяется после вычисления первого момента < г > по fo(r).

Для определения co{t) дополнительно используется система уравнений баланса массы и энергии, в которых учитываются известные кинетические законы горения отдельных частиц.

Отметим, что развиваемый подход позволяет моделировать испарение и сушку частиц не только в процессах горения, но и в любых полидисперсных системах. Аналогичным образом моделируется растворение и восстановление.

Кинетика горения распыленного жидкого топлива

Рассмотрена модель квазидиффузионного горения полидисперсных капель жидкого топлива в объеме с адиабатическими стенками, к которому можно отнести процессы быстрого сжигания топлива в двигателях внутреннего сгорания, камерах сгорания газотурбинных установок, горения в ядре факела распыленного топлива и т.п.

Считается, что капли топлива имеют сферическую форму, массовая концентрация их мала, расходы продуктов сгорания соответствуют стехиометрии реакции, дробление и коагуляция капель отсутствуют, топливо впрыснуто в газ, содержащий окислитель и имеющий температуру среды Тср

выше температуры воспламенения. Принятые допущения имеют место и в реальных условиях.

Для интегрирования (3.1) функция W получена исходя из предположения о квазистационарном диффузионном режиме горения капли по простейшей реакции между парами топлива и окислителем. При высоких

25

температурах в зоне горения температура капли мало отличается от температуры кипения Т5, причем большие изменения температуры среды Тср, влияющие на скорость испарения, незначительно сказываются на температурах капли и Гц. Поэтому считаем, что температура капли постоянна и равна температуре Т5. В соответствии с литературными данными функции и Со{() в IV имеют вид

>

г

к

\рА L L

+-

-м

РХС2 ~СШ)

где СиС2,Ст - теплоемкости паров, продуктов сгорания и инертного газа; - теплота испарения и химических реакций. Решение (3.1) для в (3.9) представлено рядом

, (3-9)

Г2" t

ехр -dj \co{t)fit

0

f(r,t) = ZAfexp i

при t = О оно дает начальное распределение частиц по радиусам

Г г2'

/М) =fo(r) = lAlr ехр - а,- —

(3.10)

(3.11)

Начиная с некоторого момента времени t0 (мелкие капли испарились, пары топлива вступили в реакцию с окислителем, произошло воспламенение и частичное выгорание смеси к кинетической области), наступит регулярный режим диффузионного горения, при котором f{r,t) и, следовательно, все другие функции будут определяться только первым членом ряда (3.10). Для момента порядка S в этом режиме найдено

<г >=

S+2

N(t)

S + 2

- \ехр

- a ¡a>(t)dt

'о

(3.12)

Из условия нормировки при (5=0) и (3.3) для автомодельного режима получено Л^/):

Л^) = — Л^д схр

'о

(3.13)

Вычисления автомодельных параметров с учетом (3.12), (3.13) дают ^ _ 2Гг(3/2)

" У '

<г5 >=г05 =

■; а^А .

(3.14)

Г${3/2)

Доля несгоревшей массы топлива определяется из (3.13) с учетом (3.14)

у{*)=ехр

- а [<у(/)<Л

'о

(3.15)

Для расчета доли несгоревшего топлива у{{) по (3.15) с функцией <у(?) (3.9) необходимо использовать дополнительно уравнения баланса тепла и массы, поскольку СО зависит от разности температур пламени и среды, концентрации окислителя в газе и других параметров последнего. Интеграл уравнения теплового баланса системы

•п- Сп

C^ — С.,

г

у = 1—Ьш.

С,

пр

1 + -

С? -С'„

1

(3.16)

(Спр - теплоемкость смеси; &0 — Зк = Т^ — Тср; ¡л - отношение массы капель к массе газа) позволил свести (3.15) к уравнению

^ + ку + в^^ Л С,

1п

пр

1^(1 -у)

^ 1.1 II

У = 0,

(3.17)

1

в — -

где к = 1п « ■ .¡¡, , ч- ( г

Р,С 1 I Ь ' J /?Т(С2-СИН]

Уравнение (3.17) требует для своего решения привлечения численных методов, однако оно может быть линеаризовано по концентрации /и, что

является аналогом перехода к расчету горения по методу приведенной пленки.

где т - в —-— • //.

Ош

Расчеты показывают, что во всем диапазоне концентраций топлива с учетом его полного сгорания (для /и < 0,1) можно использовать (3.18), причем максимальная ошибка не превышает 5%.

Предлагаемая методика расчета кинетики горения полидисперсной системы капель жидкого топлива хорошо согласуется с экспериментальными данными, полученными при сжигании распыленного топлива в регистровой камере (рис.3.1).

В этом же разделе проведено обобщение полученных результатов на случай стационарного потока газа,.содержащего горящие капли.

Кинетика горения полндисперснон коксовой пыли

Предполагаем, что исходная пыль состоит из сферических частиц различных размеров, внутреннее реагирование отсутствует, горение идет лишь по первичной реакции с образованием двуокиси углерода, скорость реакции имеет первый порядок по кислороду, процесс горения считается квазистационарным. Пыль вдувается в среду разбавленного окислителя с начальной температурой выше температуры воспламенения, время индукции не учитывается, горение происходит в адиабатических условиях.

В диффузионной области, на основе литературных данных, скорость изменения радиуса частиц в (3.1) представлена в виде

Линеаризованное уравнение и его решение при у(0) = 1 имеет вид

Л

(3.18)

С,-С,

(3.20)

где B,b - постоянные, связанные с тепло-физическими свойствами и параметрами системы.

Для этой функции получено решение кинетического уравнения (3.1) в виде ряда (3.2). Громоздкость полученного выражения требует численного ' счета, поэтому рассмотрим случаи больших и малых чисел Рейнольдса.

Для больших чисел Рейнольдса получен общий вид функции распределения

(3.19); 2 - экспериментальные П л и ее ассишгготик^ вьиислены данные для различных видоп ^ '

топлива; т = tlt„„r, опре- ~ s „

/ max max МОМенТЫ ПОрЯДКа S,< Г >. По ЭТИМ

делено при у = 0,01

моментам найдены автомодельные параметры функции распределения, аналогичные (3.14), причем также выполняется равенство а - А. Для доли несгоревшего топлива }'(() в этом приближении выполняется (3.15).

Использование уравнения теплового баланса системы позволило получить уравнение, аналогичное (3.18):

Рис.3 Л. Кинетика горения полидисиерсной системы капель топлива: кривая - численные расчеты ВТИ; 1 - расчеты по

at

(3.21)

где к, к - компоненты, выраженные через теплофизические характеристики и характерные температуры системы. Решение (3.21) представлено в виде

r 1 [ЛЖ^"

к[1 + к)[\ + к I у I У _

(3.22)

Для малых чисел Рейнольдса выполнены те же самые расчеты, но, естественно, с другой функцией IV: найдена функция распределения /(г,/),

вычислены' автомодельные параметры, и получается, что _у(/) подчиняется

уравнению (3.21).

В кинетической области скорость IV определяется соотношением

1¥ = Кехр—, (3.23)

• ч ' ЯГ

где' К -'играет роль эффективной скорости реакции. Проведены вычисления,

совершенно аналогичные предыдущим. Получены дифференциальное

уравнение для доли несгоревшего топлива ) и его решение

; = ^(9т-в*у)ехр(вт~в*уУфг (3 24)

а* 1 у2 _* *

где а - параметр; 0т,9 - характерные температуры. Интеграл в (3.24) вычисляется в конечном виде, но результат имеет весьма громоздкий вид.

В 2 I 0 (.6 3.2 4:

Рис.3.2. Выгорание полидисперспой коксовой пыли: а 1 - расчет по формуле

(3.22), 2 - то же по методике ЦКТИ; точки - эксперимент; б 1 - расчет по

(3:22) для Гд =30 мкм; 2 - то же для Г0 =40 мкм; точки - эксперимент; I - время, с

На рисунке 3.2,а показано сравнение расчетных и экспериментальных данных по сжиганию пыли донецкого антрацитового штыба (АШ), имеющего малое содержание летучих, с нашими расчетами для горения в диффузионной области по формуле (3.22). Видно, что предлагаемый метод расчета вполне удовлетворительно описывает выгорание полидисперсной пыли. Аналогичное сравнение приведено на рис.3.2,б, где приводятся экспериментальные данные

по сжиганию пыли донецкого АШ в топке котла. Пробы среды на анализ брались по оси факела, поэтому можно считать, что на горизонтальном участке его изучался процесс горения, протекающий в адиабатических условиях.

Расчеты выгорания пыли в кинетической области по уравнению (3.24) показывают, что за время 0,1. ..0,2 с сгорают частицы с начальным размером до 10... 15 мкм, что подтверждается данными по сжиганию пыли в топке котла ТП-230.

Рассмотренный подход к расчету горения полидисперсного топлива может быть развит для исследования горения факела с учетом других реакций и оказаться полезным при расчетах горения пыли грубого помола, например в котлах с вихревыми и циклонными топками.

Кинетика горения полидисперсных коксовых частиц в кипящем слое

Рассмотрена задача горения полидисперсных углеродных частиц (кокса) в псевдоожиженном слое инертного материала. Считается, что горение кокса определяется межфазным переносом кислорода из разбавленной фазы, где газ проходит через слой в виде пузырей, содержащих незначительное количество частиц кокса, к окружающим пузырь инертным частицам, а также последующей диффузией кислорода в плотной фазе к каждой горящей частице (двухфазная модель псевдоожиженного слоя). Массоперенос, в основном, зависит от молекулярной диффузии. Считаем, что профили концентрации компонентов при горении устанавливаются достаточно быстро; концентрация частиц кокса в слое невелика; частицы кокса, введенные в разогретый псевдоожиженный слой, сухие, не разрушаются при горении, не содержат золы; температура частиц незначительно отличается от температуры слоя.

Для известной скорости горения получено решение кинетического уравнения (3.1) и проанализирован автомодельный режим горения.

Дифференциальное уравнение для доли несгоревшего топлива (3.8) имеет вид

^-атЛт^+КьХ + КЬ-у)

Г

ь

(3.25)

а а

где а,т ,к ,Ь - константы, аналогичные таковым в (3.17), (3.18) и (3.21). После линеаризации (3.25) по параметру Ь /а оно проинтегрировано в квадратурах:

У =

ТСЛг0а + к*

(3-26)

ТСЛг0а ехр

(Пл,о а*+к*) + к'

а

В заключение главы рассмотрена постановка задачи о сжигании

Рассматривается осесимметричное течение полидисперсных частиц в потоке окислителя в цилиндрической камере сгорания. Сделаны следующие допущения: размеры капель характеризуются функцией распределения со средним размером, меньшим внутреннего масштаба турбулентности; объемная концентрация капель мала, и по этой причине пренебрегается пульсациями концентрации капель, капли в потоке испытывают в Основном вязкое сопротивление; процессы испарения капель мазута не влияют на характеристики турбулентности; нет дробления и коагуляции капель.

Пары мазута имеют сложный состав (Н2,СО,СН4 и т.п.), и процентное содержание компонентов точно неизвестно (во всяком случае в динамике). Поэтому приближенно считаем, что пары мазута близки по составу к природному газу, т.е. пары мазута заменяются однородным газовым топливом с эффективной кинетической константой скорости его горения по реакции топливо (Т) + окислитель (ОК) = продукты сгорания (ПГ).

Рассматривается стационарная задача на основе кинетического уравнения для функции распределения частиц по радиусам, которое представляет собой обобщение (3.1):

полидисперсного жидкого топлива в потоке.

8/ . 5/ 5 1 д ( _ мч—+—(050=— гд,-

Эх 5г 9/? г дг \

8/

дх

(3.27)

где /? - радиус капли; мч и - продольная и радиальная составляющие скорости частиц; Д, - коэффициент диффузии капель.

где Ы0 - начальная счетная концентрация частиц.

Уравнение (3.27), как и (3.21), проинтегрировано методом разделения переменных для скорости изменения радиуса частицы, определяемой при помощи соотношений (3.9) при Л2 = 0.

Вычислены автомодельные параметры функции распределения С учетом явного вида этой функции получено дифференциальное уравнение для третьего момента радиуса частиц Я и массовой концентрации частиц Р. Поставлена краевая задача для этого уравнения с учетом начальных условий для координатной части функции распределения. Кроме уравнения для массовой концентрации полная система включает в себя уравнения баланса энергии, масс компонентов, конвективной диффузии газовых компонентов и двухфазной гидромеханики. Для замыкания последних уравнений использована К — £ модель, дополненная источниками, учитывающими вязкую дисперсию энергии турбулентных пульсаций на частицах.

На основе полученных соотношений проводилось численное моделирование процесса горения жидкого топлива в струе окислителя. Результаты расчетов сравнивались с экспериментальными данными, которые были взяты из опытов, проведенных во ВНИИМТе (г.Екатеринбург) на огневом стенде для сжигания мазута. В опытах измерялись поля температур, концентраций продуктов сгорания, концентрации сажи и размеры капель.

Для /(Я,х,г) используется нормировка

(3.28)

о

сйУ = ЛГ0/(/?, х, г)с//?,

Функция распределения капель /(й) для этих условий на расстоянии 0,5 м от форсунки определялась путем численного дифференцирования интегрального распределения частиц.

Распределение средней по сечению камеры температуры факела Та, концентрации кислорода и доли несгоревшего топлива показано на рис.3.3.. Распределение по длине камеры тепловых потоков на стенки от факела показано на рис.3.4. Различие между экспериментальными и теоретическими значениями тепловых потоков достигает ~20%. Предлагаемая модель факела распыленного топлива удовлетворительно описывает интегральные характеристики горения и теплообмена. Однако следует отметить, что точность результатов расчетов существенно зависит от точности задания входных параметров потоков.

В этом же разделе показано, как рассмотренный метод применять для моделирования процессов сжигания в потоке других топлив: коксовых частиц и водоугольных суспензий.

Для практического использования исследованных ■ в диссертации высокотемпературных процессов необходимо привлечение средств автоматического управления. Поэтому в четвертой главе работы рассмотрены особенности объектов управления, в которых используются эти процессы. Большинство таких объектов являются инерционными.

К ним, в частности, относятся

Рис.3.3. Распределение; температуры (I), доли

несгоревшего топлива (2) и концентрации объекты, требующие регулирования кислорода (3) по длине камеры сгорания; точки - эксперимент, линии - расчет

ШМ

.а

температуры: топки паровых и

водогрейных котлов с кипящим слоем, печи с кипящим слоем, агрегаты для сушки и прокалки дисперсного материала, газовые и электрические печи для термообработки материала и металлических изделий, теплообменные аппараты различного назначения и т.п.; системы с регулированием давления, концентраций необходимых реагентов кислорода в уходящих продуктах сгорания, углеродного потенциала в газовой среде при термообработке материалов и т.п. К таким же объектам можно отнести и объекты с процессами сжигания распыленного топлива, если требуется учесть транспортное запаздывание, время индукции и кинетику горения, а также если в процессе сжигания требуется знать изменение температуры продуктов сгорания или

концентрации окислителя в переходных режимах. Сложные инерционные объекты описываются линейными дифференциальными уравнениями второго и более высоких порядков, составить которые для конкретного объекта не всегда удается.

Наиболее простой подход к

анализу систем автоматического

регулирования основан на том, что

инерционный объект рассматривается

на основе дифференциального

уравнения первого порядка, а его

передаточная функция, учитывающая запаздывание, имеет вид

_к-ехр(- рт) Тр + \

где т,Т,к - время запаздывания, постоянная времени и коэффициенты передачи.

Рис.3.4. Лучистый тепловой поток на стенке камеры: 1 -расчет; 2 - эксперимент

Щр)

Однако, как показывает опыт, передаточная функция (4.1)далеко не всегда адекватна реальным переходным характеристикам.

Такая ситуация имеет место, например, для топок котлов с кипящим слоем, которые традиционно рассматриваются как объекты первого порядка. Детальный анализ переходных процессов показал, что более адекватна модель объекта, описываемая уравнением второго порядка. В работе получено и проанализировано такое уравнение для температуры кипящего слоя.

Для анализа использованы приведенные в литературных источниках уравнения теплового баланса слоя и расхода горючих, представляющие собой динамическую систему уравнений, которые получены при общепринятых постулатах.

Если не проводить линеаризацию этой исходной системы, то обычным методом она сводится к дифференциальному уравнению второго порядка для температуры слоя. В безразмерной форме это уравнение имеет вид

Т1Т2^ + (Т]+Т2)^ + 3С=КВ, (4.2)

сГ <Л

где 7],Г2 - постоянная времени; 3С,В - безразмерные температуры и расход топлива.

Естественно, что уравнением (4.2) описывается и отклонение температуры от заданного значения при заданном изменении расхода топлива.

На рис.4.1 представлена экспериментально снятая разгонная характеристика водогрейного котла с циркуляционным кипящим слоем при возмущении подачей твердого топлива в слой, соответствующая уравнению (4.2).

В настоящее время достаточно хорошо разработаны методы определения характеристик объектов регулирования путем "ручной" обработки откликов системы на внесенное возмущение (снятие разгонной, импульсной и частотной характеристик). Все эти методы весьма трудоемки.

В работе предложены простые методы, автоматической обработки разгонных и импульсных характеристик инерционных объектов с использованием как специальных микропроцессоров, так и персональных

компьютеров. Эти методы,

260 270 280 290 Время, ммн.

Рис.4.1. График изменения температуры: линия - расчет; точки - эксперимент

300

базирующиеся на тестировании объекта достаточно простыми сигналами в процессе работы с одновременной цифровой обработкой отклика, по существу, представляют собой вариант реализации адаптивного управления.

Исследованы алгоритмы для трех типовых видов тестирующих сигналов -однократное ступенчатое возмущение, однократный прямоугольный импульс и

трапециевидное входное воздействие.

Наибольший интерес представляет тестирование объекта трапециевидным сигналом, поскольку остальные два - частные случаи. Формальное почленное интегрирование уравнения объекта

Т~ + у = к(х-т) (4.3)

ш

дает систему алгебраических уравнений для определения Т,т и к. При этом определенные интегралы по характерным для трапециевидного воздействия временам интерпретируются как площади. Обработка тестовой процедуры осуществляется при помощи компьютера.

1 На рис.4.2 показаны результаты автоматической процессорной обработки характеристики термостата по заложенному алгоритму расчета параметров Т, г и к .

В работе получено также решение (4.3) операционном методом при трапециевидном воздействии. Выведены формулы для определения Т,т и к. Определенные по вышеуказанным алгоритмам параметры объекта могут быть заложены в формулы инженерных Методов расчета параметров настройки типовых регуляторов или в ПИД-закон цифровых регуляторов, построенных на микропроцессорной элементной базе. : .

Рис.4.2. Автоматическая обработка импульсной характеристики термостата: 1 - воздействие; 2 - температура; 3 - площадь/400

Для создания автоматической системы управления с тестированием объекта предложен модифицированный алгоритм цифрового управления параметрически оптимизируемого ПИД-регулятора при малых тактах квантирования.

Этот алгоритм предназначен для управления инерционными объектами, динамика которых аппроксимирована передаточной функцией (4.1). Расчет параметров оптимальной настройки цифровой системы производится по параметрам объекта.

Пятая глава посвящена использованию результатов, полученных в работе, при создании новых видов техники;' Тепловые агрегаты

По заказу Свердловского приборостроительного завода была рассчитана, изготовлена, испытана и передана в эксплуатацию цилиндрическая кольцевая муфельная печь с кипящим слоем большой высоты (800 мм) с электронагревом для термообработки тонкостенных трубок из цветных металлов (титановых, бериллиевых и из фосфористой бронзы), используемых при изготовлении сильфонов различного назначения.

Для интенсификации теплообмена у ограничивающих слой поверхностей предложена установка наклонных жалюзийных решеток, имеющих зазор между поверхностью и пластинами решетки.

Конструкция печи защищена авторским свидетельством Работа печи в эксплуатационных режимах показала: - температура внутренних стенок муфеля практически постоянна по всей высоте кипящего слоя (850±3 °С); температура кипящего слоя по всей высоте и объему слоя между жалюзийными решетками находится фактически в этих же пределах; расход воздуха на псевдоожижение уменьшен почти в пять раз по сравнению с его необходимостью для псевдоожижения в обычном кипящем слое (без турбулизирующих жалюзийных решеток); унос материала из слоя фактически отсутствует; тонкий кольцевой кипящий слой большой высоты с жалюзийными решетками прекрасно работает с размерами частиц 100 мкм и менее, поскольку в таком слое ликвидирована возможность агломерации частиц и образование газовых пузырей больших размеров; при загрузке холодных изделий температура муфеля практически не изменяется вследствие интенсивного подвода тепла к муфелю от кипящего слоя. Это ликвидировало брак по термообработке и увеличило производительность печи по сравнению с традиционными муфельными печами с электрообогревом в «3 раза.

На Белорецком металлургическом комбинате по техническому проекту, выполненному в Уральском политехническом институте с участием

автору, был сооружен 24-ниточный опытно-промышленный агрегат для патентирования стальной проволоки диаметром 3 мм в . кипящем слое, состоящем из частиц корунда размером 100 мкм.

Агрегат состоит из камеры нагрева длиной 6 м и камеры охлаждения длиной 4 м, разделенных перегородкой. Общая длина агрегата составляет 11,6 м, что в 2-3 раза меньше, чем у существующих установок с конвективной печью. Топливом служит природный газ. При температуре кипящего слоя в камере нагрева 950 °С проволока нагревается в ней до 930 °С. Для безокислительного нагрева проволоки в слое мелкозернистого корунда газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха 0,4.

, Методика теплового расчета агрегата для патентирования проволоки в кипящем слое включает расчет времени нагрева проволоки до необходимой температуры при заданной температуре слоя, определение максимального коэффициента теплоотдачи с учетом излучения слоя, а время выдержки для структурных превращений определялось экспериментально.

Автор принимал участие в пусконаладочных работах и пробной эксплуатации агрегата.

Кафедра промышленной теплоэнергетики Уральского политехнического института при участии автора совместно с НИИМЕТИЗом провели работу с целью определения пригодности кипящего слоя для термообработки высокопрочных болтов из стали 38ХС и 40Х. Для выбора режимов термообработки были изучены особенности теплообмена болтов в кипящем слое. Материалом слоя служил электрокорунд со средним размером частиц 320 мкм. Снятие термограмм нагрева различных точек болта М24 подтвердило предположение о том, что медленнее всего прогревается центр головки болта, поэтому во избежание перегрева болтов такого размера температура кипящего слоя не должна быть выше требуемой конечной температуры болта.

Для учета лучистой составляющей теплообмена в расчетах максимального коэффициента теплоотдачи были проведены опыты с "черным"

и "белым" а-калориметрами, которые показали, что доля излучения за процесс нагрева составляет »15% от общего (суммарного) теплообмена, при охлаждении же болтов в кипящем слое вклад излучения можно не учитывать.

Расчеты проходной печи с кипящим слоем для нагрева болтов, проведенные на основании этих исследований, показали, что использование кипящего слоя позволяет в 4...4,5 раза уменьшить длину нагревательных устройств и сохранить их производительность или при тех же рабочих площадях повысить ее.

Микропроцессорные системы контроля и управления

Предложенные алгоритмы тестирования тепловых объектов и автоматического управления использованы при создании микропроцессорной системы контроля и управления работой термических печей «Карбоокс». Она была создана по заказу и при участии ЗАО «Системтроник» Оптико-механическим заводом (г. Екатеринбург) при консультации и участии диссертанта. Система предназначена для измерения температуры и углеродного потенциала газовой атмосферы в рабочих зонах печи, температуры в муфеле с электрохимическим датчиком (ЭХД), регулирования по ПИД-цифровому закону разогрева муфеля с датчиком по программе; поддержания температуры датчика на постоянном значении во время его работы, программного охлаждения датчика; регулирования температуры и углеродного потенциала в рабочей зоне печи.

Расчет углеродного потенциала производится на основании показаний датчика ЭХД, разработанного в лаборатории защитных сред ВНИИМТа (г. Екатеринбург).

Система включает в себя следующие основные элементы: термопары, датчик ЭХД с муфелем, побудитель расхода, блок измерительно-регулирующий (БИР), блок сопряжения с пультом оператора, пульт управления и исполнительные механизмы - тиристорный для управления температурой датчика, электрические для управления подачей газа и воздуха.

Все результаты тестирования объекта, а также расчетные значения параметров настройки сохраняются в БИР в течение заданного времени работы системы. Параметры настройки вводятся в алгоритм управления, и система работает до следующего тестирования, необходимость проведения которого определяется оператором. После нового тестирования новые значения параметров настройки вводятся в алгоритм управления и в память БИР, а старые значения стираются.

Микропроцессорная система управления «Карбоокс» была внедрена ЗАО «Системтроник» и лабораторией защитных сред ВНИИМТ на ряде машиностроительных предприятий страны. Следует отметить, что в существующем виде система «Карбоокс» может быть использована для регулирования процессов сжигания топлива, если вместо углеродного потенциала использовать сигнал по содержанию кислорода в уходящих дымовых газах (регулирование экономичности работы котлов, нагревательных печей и т.п.).

Система "Погенциал-Т" создана совместно ЗАО «Трест-Т» и лабораторией защитных сред ВНИИМТа для контроля и регулирования температуры и углеродного потенциала в печах термообработки металла, но отличается от системы «Карбоокс». В ней основными элементами также являются термопары, электрохимический датчик (ЭХД) новой конструкции (безмуфельный, с пониженной рабочей температурой « 500-600 °С), но сигналы измерения поступают на микроконтроллер и универсальную (центральную) ЭВМ типа IBM, в которую заложены алгоритмы тестирования объекта и расчета параметров настройки автоматического управления. Алгоритм управления заложен в микроконтроллер (МК), который может управлять одной рабочей зоной печи и температурой ЭХД по настроечным параметрам, вычисленным по тестированию объекта в центральной ЭВМ и заложенным в алгоритм управления МК. Качество управления контролируется по графику процесса регулирования на дисплее ЭВМ. После достижения необходимого качества управления ЭВМ отключается от МК, и он осуществляет автономное

управление рабочей зоной печи. Центральная ЭВМ может таким образом настроить автоматическое управление всеми зонами печи или всеми печами цеха. Вся текущая информация по работе печей собирается в ЭВМ, которая и производит необходимое тестирование рабочих зон печей и перенастройку их регуляторов (МК).

Система «Потенциал-Т» относится к универсальным гибким системам, поскольку она позволяет быстро изменить алгоритм измерения и управления. Вводя необходимые алгоритмы в ЭВМ, можно применять ее для регулирования самых разнообразных параметров: расхода, уровня, давления, соотношения топливо-воздух на паровых и водогрейных котлах, печах нагрева, методических печах, камерах сгорания газовых турбин и т.п.

Система «Потенциал-Т» прошла успешные эксплуатационные испытания на Синарском трубном заводе и там же внедрена.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты.

1. Высокотемпературный кипящий слой.

Разработаны и использованы две методики экспериментального исследования лучистого теплообмена между слоем и поверхностью погруженного в слой тела - нестационарная и стационарная.

а. Нестационарная методика:

- Для определения и выделения лучистой составляющего коэффициента теплообмена использован метод "черного" и "белого" альфа-калориметров с резко различающимися степенями черноты поверхностей. Измерения проведены в регулярном режиме. Методика позволяет изучить влияние на теплообмен температур поверхностей и слоя, скоростей псевдоожижения, размеров и материала частиц.

- Установлено, что все составляющие коэффициента теплообмена увеличиваются с ростом температуры поверхности теплообмена при постоянной температуре слоя, однако степень этого увеличения различна для конвективной, кондуктивной и лучистой составляющих. Скорость

псевдоожйжения в достаточно широком диапазоне практически не влияет на коэффициент теплообмена излучением, который нелинейно растет . с увеличением температуры поверхности. С увеличением размера частиц растет вклад излучения в суммарный коэффициент теплоотдачи. Сам коэффициент лучистого теплообмена от размеров частиц практически не зависит.

- Показано, что вклад излучения в процесс теплообмена необходимо учитывать только при нагреве тел в высокотемпературном кипящем слое. При их охлаждении в низкотемпературном слое излучение несущественно и в расчетах можно использовать формулы для конвективно-кондуктивного теплообмена.

б. Стационарная методика:

- В качестве приемника излучения использован погружаемый в слой радиометр интенсивности интегрального излучения, на который через воздухоохлаждаемое, прозрачное для теплового излучения стекло, попадало излучение от высокотемпературного слоя. Учитывался вклад излучения стекла в показания радиометра.

- Для использования закона Стефана-Больцмана при обработке экспериментальных данных по лучистому теплообмену между параллельными поверхностями, температура одной из которых измерялась непосредственно, а второй принималась равной температуре ядра слоя, введено понятие кажущейся степени черноты слоя, учитывающей влияние охлаждения частиц слоя у теплообменной поверхности.

- На основе анализа составляющих полного коэффициента теплообмена установлена связь между данными по коэффициентам лучистого теплообмена, полученного по нестационарной и стационарной методикам, позволяющая определить кажущуюся степень черноты. Получены соотношения, дающие возможность не только рассчитать кажущуюся степень черноты, но и определить конвективно-кондуктивный коэффициент теплоотдачи дт высокотемпературного кипящего слоя.

Экспериментальные исследования теплообмена излучением стационарным методом показали, что вклад- излучения в суммарный теплообмен существен при высоких температурах слоя (свыше 800 °С) и может достигать 50% и более при достаточно высоких температурах поверхности, в связи с чем в соответствующих тепловых расчетах агрегатов с кипящим слоем его необходимо учитывать.

- Подтверждены данные о характере влияния температуры поверхности и слоя, скорости псевдоожижения и размера частиц на теплоотдачу излучением, полученные нестационарным методом.

- Кажущиеся степени черноты слоя, определенные нестационарным и стационарным методами исследования излучения в кипящем слое, совпадают и зависят помимо температур поверхности и слоя от степеней черноты материала слоя и погруженной поверхности.

- Предложена эмпирическая формула расчета вклада излучения в суммарный теплообмен, базирующаяся на знании степеней черноты стенки, материала частиц слоя и температуры поверхности.

2. Высокотемпературный запыленный поток в циклоне.

а. Исследование процесса теплообмена:

- Разработана экспериментальная методика исследования дисперсного потока к охлаждаемым стенкам циклона-пылеуловителя. Предложенные методы позволяют рассчитывать теплосъем с циклона по степеням охлаждения газа и частиц, покидающих циклон. Последние определяются по экспериментальным данным через температурные напоры фаз.

- Получена эмпирическая формула для определения степеней охлаждения газа и частиц по известным геометрическим характеристикам циклона, размерам частиц пыли и ее безразмерной концентрации на входе в циклон.

- Предложено балансовое уравнение для расчета теплосъема с циклона по степеням охлаждения теплоносителя, известной степени пылеулавливания и температурному напору, приведенному к температуре потока на входе в циклон и температуре охлаждаемой поверхности.

в. Исследование аэродинамического сопротивления циклона:

- ; Исследовано аэродинамическое сопротивление циклона с изотермическим и неизотермическим (высокотемпературным) запыленными и незапыленными потоками. Установлено, что коэффициент аэродинамического сопротивления циклона в основном зависит от концентрации частиц в потоке и не зависит от температурного уровня в достаточно широком интервале исследованных скоростей потока на входе в циклон.

- Предложена эмпирическая формула для расчета безразмерного коэффициента аэродинамического сопротивления циклона в зависимости от безразмерной концентрации частиц в реальном диапазоне ее изменения.

; 3. Полидисперсные системы частиц жидкого и твердого топлива.

- Разработан метод анализа процесса горения частиц полидисперсных топлив, который базируется на стохастическом дифференциальном уравнении для функции распределения частиц по размерам. Для интегрирования уравнения используются известные формулы, описывающие скорости горения отдельной частицы.

- На этой универсальной основе рассчитан процесс горения:

- коксовой пыли в кинетическом и диффузионном режимах;

- полидисперсных коксовых частиц в кипящем слое (в диффузионном режиме);

- частиц в камере сгорания и прямоточном факеле.

Во всех рассмотренных случаях кинетики горения отдельных частиц в результате интегрирования кинетического уравнения найдена функция распределения частиц по размерам. Знание этих функций позволило для всех систем в автомодельных режимах горения на основе уравнений баланса масс и энергии получить выражения для расчетов степени выгорания топлива, изменения температуры газовой фазы, расхода кислорода, выхода продуктов сгорания и др.

Показано, что результат расчета горения капель хорошо согласуется с экспериментальными данными по горению в камерах сгорания. Расчет степени

выгорания полидисперсной коксовой пыли хорошо согласуется с данными по ее сжиганию в мощных парогенераторах с щелевыми горелками.

- Установлено, что расчет процесса факельного сжигания жидкого полидисперсного топлива также согласуется с экспериментальными данными. Кроме того, метод расчета легко трансформируется в задачу сжигания коксовых частиц и может быть использован для диффузионного режима горения водоугольной суспензии.

4. Система управления высокотемпературными технологическими процессами.

- Предложен алгоритм автоматического определения параметров инерционных объектов регулирования, основанный на компьютерной обработке импульсной характеристики объекта, получаемой подачей на его вход трапециевидного воздействия. Полученные параметры объекта используются для автоматического расчета параметров настройки регуляторов, которые вводятся в алгоритм управления объектом, позволяя тем самым создать новый тип цифровых микропроцессорных систем оптимального управления для различных критериев оптимальности. Приведен алгоритм расчета параметров настройки для широко используемого ПИД - закона эптимального управления с 20 процентным перерегулированием.

- Алгоритмы проверены на модельных объектах, управляемых созданными цифровыми системами "Карбоокс" и "Потенциал-Т".

5. Внедрение результатов работы.

1) Создана муфельная печь с высокотемпературным кольцевым кипящим слоем большой высоты для термообработки тонкостенных изделий из цветных металлов, использующаяся для подвода тепла электронагрев и работающая с минимальными расходами газа на псевдоожижение мелких (<100 мкм) частиц.

- Созданы и внедрены в промышленность новые микропроцессорные системы цифрового управления "Карбоокс" и "Потенциал-Т" для регулирования температуры и углеродного потенциала в рабочих зонах печей

термообработки металла. Показана область расширения использования этих систем.-

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Технологическое сжигание и использование топлива/ Винтовкин А.А., Ладыгичев М.Г., Голдобин Ю.М., Ясников Г.П. М.: Металлургия, 1998. 288 с.

■ 2. Buyevich Y.D., Goldobin Y.M., Yasnikov G.P. Evolution of particulate system governed by exchange with its environment. Sut.9/Heat and Mass transfer/1994. Vol.37,"18. P. 3003-3014.

3. Буевич Ю.А., Голдобин Ю.М., Ясников Г.П. Кинетика тепло- и массообмена полидисперсной системы частиц с окружающей средой // Тепло- и массообмен в химически реагирующих системах. Минск: 1983. С. 160-172.

4. Голдобин Ю.М. Кинетика автомодельного режима диффузионного горения полидисперсного жидкого топлива// ИФЖ. 1983. Т.45, №3. С.452-457.

5. Голдобин Ю.М. О кинетике горения полидисперсных угольных частиц. ИФЖ. 1986. Т.50, №1. С. 114-120.

6. Голдобин Ю.М. О тепломассообмене процессов горения распыленных топлив в камерах сгорания и возможности автоматического управления ими. // Совершенствование турбин и турбинного оборудования: Регион, сб. науч. ст. Екатеринбург, 2000. С. 423-430.

7. Голдобин Ю.М., Павлюк Е.Ю., Дюкин С.В. О кинетике горения полидисперсных коксовых частиц в псевдоожиженном слое// Межвуз. сб. науч. тр. Теоретические основы теплотехники. Магнитогорск, 2000. С. 84-89.

8. Heat transfer to object immersed in fluidized beds / Baskakov A.P.,

Berg O.K., Vitt O.K., Filippovsky N.F., Kirakosyan V.A., Goldobin J.M. and Maskaev V.K. // Powder Technology. 1973. №8. P.273-282.

9. Баскаков А.П., Маликов Г.К., Голдобин Ю.М. Влияние лучистого теплообмена на коэффициент теплоотдачи в высокотемпературном кипящем слое // Высокотемпературные эндотермические процессы в кипящем слое. М.: Металлургия, 1968. Вып.7. С. 192-195.

10. Основные закономерности теплообмена между кипящим слоем и погруженной поверхностью / Баскаков А.П., Берг Б.В., Витт O.K., Голдобин Ю.М., Гальперин Л.Г. и др. // Тепло- и массоперенос. Минск: Наука и техника, 1968. Т.5. С.70-79.

11. Голдобин Ю.М., Макушенко В.М. Экспериментальное исследование эффективной степени черноты высокотемпературного кипящего слоя // Промышленные печи с кипящим слоем: Сб. науч. ст. Свердловск: УПИ, 1976. № 242. С. 23-26.

12. Баскаков А.П., Голдобин Ю.М. Лучистый теплообмен в кипящем слое при псевдоожижении газом // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1970. №4. С. 163-168.

13. Экспериментальное исследование лучистой и кондуктивно-конвективной составляющей внешнего теплообмена в высокотемпературном кипящем слое / Панов О.М., Баскаков А.П., Голдобин Ю.М. и др. // ИФЖ. 1979. Т.36, №3. С.409-415.

14. Голдобин Ю.М., Панов О.М., Баскаков А.П. Экспериментальное исследование теплообмена излучением между высокотемпературным кипящим слоем и плоской поверхностью И РФ ВИНИТИ. Тепло- и массообмен. 1976. №8. Реф. 8.78.57.

15. Голдобин Ю.М., Алабушев М.Н. Исследование ослабления видимых лучей в кипящем слое// Тепло- и массоперенос и неравновесная термодинамика дисперсных систем: Тр. УПИ. Свердловск, 1974. №227. С.125-128.

16. Экспериментальная установка для исследования теплообмена между стенкой циклона и запыленном потоком / Долгов В.Н., Баскаков А.П., Голдобин Ю.М. и др. // Деп. в ВИНИТИ, 1979.№3233. 8с.

17. Долгов В.Н., Баскаков А.П., Голдобин Ю.М. Исследование влияния концентрации твердой фазы на гидравлическое сопротивление охлаждаемого циклона//Промышленная теплоэнергетика. 1987.№10. С.49-51.

18. Baskakov А.РМ Dolgov V.N., Goldobin Y.M. Aerodinamics and heat transfer of cyclone with particle-laden gas flow // Circulating Fluidited Bed

Technology II Ed. Prabir Basu and Jean Francois Large Pergamon Press. 1988. P.233-244.

19. Baskakov A.P., Dolgov V.N. Goldobin Y.M. Aerodynamics and Heat transfer in cyclones with particle-land en gas flow// Experiment thermal and fluid science. 1990. Vol.3, №6. P.597-602.

20. Долгов B.H., Баскаков А.П., Голдобин Ю.М. Исследование конвективного теплообмена к стенкам пылеулавливающего циклона//ИФЖ. 1981. Т.41, №4. С.690-694.

21. Автоматическое определение параметров модели инерционного объекта регулирования У Голдобин Ю.М., Мунц В.А., Павлюк Е.Ю., Ауэрбах A.JI. // Теоретические основы теплотехники: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, 2000. С.30-35.

22 Алгоритм автоматического определения параметров модели инерционного объекта / . Голдобин Ю.М., Клышников С.Т., Кирнос И.В., Даниличев В.В., Павлюк Е.Ю.,Ясников Г.П. УГТУ, 1999. Деп. в ВИНИТИ, 1999. №1429. 20 с.

23. Алгоритм тестирования и регулирования в микропроцессорной системе "Карбоокс" / Голдобин Ю.М., Яхонтов А.В., Клышников С.Е., Крысов С.И., Шульмейстер А.Е. // Материалы 75-й конференции УГТУ, серия "Теплоэнергетика". Екатеринбург, 1995.

24.А.С. №63358. М Кл.2.ВО! J8/18 (СССР). Аппарат кипящего слоя /А.П.Баскаков, А.В.Соколов, М.Г.Журавлева, Н.Ф.Филипповский, Ю.М.Голдобин и др. (СССР)//Б.И., 1978. №47.

25. Агрегат для патентирования проволоки в кипящем слое / Баскаков А.П., Берг Б.В., Гимпельман Е.Я., Голдобин Ю.М. и др. // Черметинформация. 1965. Серия 8 Информ.9. 5 с.

26. Некоторые теплотехнические вопросы термообработки болтов в кипяш,ем слое / Баскаков А.П., Берг Б.В., Голдобин Ю.М. и др. // Производство металлоизделий промышленного назначения: Тр. НИИМЕТИЗ. М.: Металлургия, 1970. №14. С.157-161.

27. Термическая обработка высокопрочных болтов в кипящем слое / Баскаков А.П., Берг Б.В., Быков И.И., Голдобин Ю.М. и др. //Производство металлоизделий промышленного назначения: Тр. НИИМЕТИЗ. М.: Металлургия, 1970. №4. С. 152-156.

28. Применение кипящего слоя для патентирования стальной проволоки / Баскаков А.П., Берг Б.В., Гимпельман Е.Я., Голдобин Ю.М. и др. // Новые технологические процессы: Сб. мат. по экономии тепла, топлива и электроэнергии в промышленной теплоэнергетике. Свердловск, 1967. С-9-12.

29. Применение кипящего слоя для рекристаллизации отжига сталей LLIX-15, 45 и 40Х/ Баскаков А.П., Голдобин Ю.М., Рубцов Т.К., Удилов В.М. // Новые технологические процессы: Сб. мат. по экономии тепла, топлива и электроэнергии в промышленной теплоэнергетике. Свердловск, 1967. С.24-30.

30. Применение печей с высокотемпературным кипящим слоем для нагрева металла / Баскаков А.П., Берг Б.В., Заваров A.C., Голдобин Ю.М. и др. //Бюл. ЦНИИЧМ. 1969. №19 (615).

31. Термическая обработка стальных труб в кипящем слое / Баскаков А.П., Заваров A.C., Берг Б.В., Голдобин Ю.М., Садилов IIB.// Бюл. ЦНИИЧМ. 1970. №4 (624).

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А^А.а^а - константы, возникающие при разделений переменных по методу Фурье в (3.1); В - комплекс из теплофизических параметров системы; С, с - теплоемкости; 1Э,с1 - коэффициент диффузии, эквивалентный диаметр входного патрубка и частиц; Е- энергия активации реакции окисления; / -функция распределения частиц по радиусам; к - константа; М статистический момент; N - число частиц в системе; <2 - количество теплоты; Я,г - радиус частицы, радиальная координата, газовая постоянная; б - расход; Г - температура; г - время; {V - скорость изменения радиуса частицы; х -пространственная координата; у - доля несгоревшего топлива; а -коэффициент теплоотдачи; /5 - массовая концентрация; Л - коэффициент теплопроводности; ц/ - степень охлаждения газа и частиц в циклоне; ц -массовая концентрация; £ - коэффициент аэродинамического сопротивления; р - плотность; со - скорость потока, функция времени; Г - гамма-функция; □ - функция радиуса частицы; Ыи - число Нуссельта; Яе - число Рейнольдса.

Индексы: ч - "черный", частица; б - "белый"; л - лучистый; ол -излучение между двумя "черными" поверхностями; к - кажущаяся; пр -приведенная; л.ч - лучистый к "черному" калориметру; г - газ; / - фронт пламени; 0 - начальное; вх, вых, ст - входа, выхода, стенки; - кипения; Остальные обозначения в тексте.

Подписано в печать 20.11.2000 Формат 60x84 1/16

Бумага типографская Офсетная печать

Усл.печ.л. 3,08 Уч.-изд.л. 2,2 Тираж 100

Заказ 316 Бесплатно

Издательство УГТУ-У11И 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Ризография УГТУ-УПИ, НИЧ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Условные обозначения.

Введение.

1. ВНЕШНИЙ ТЕПЛООБМЕН В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ КИПЯЩЕМ СЛОЕ.

1.1. Структура кипящего слоя возле погруженной поверхности.

1.2. Кондуктивно-конвективный теплообмен между кипящим слоем и поверхностью.

1.3. Лучистый теплообмен между кипящим слоем и поверхностью.

1.4. Экспериментальные исследования лучистого теплообмена нестационарным методом

1.5. Экспериментальные исследования лучистого теплообмена стационарным методом.

1.6. Соотношения для расчета теплообмена в высокотемпературном кипящем слое.

2. ТЕПЛООБМЕН ОТ ЗАПЫЛЕННОГО ГАЗОВОГО ПОТОКА

К СТЕНКАМ ОХЛАЖДАЕМОГО ЦИКЛОНА

2.1. Аэродинамика и теплообмен в циклонах-охладителях.

2.2 Экспериментальная установка и методика проведения экспериментов.

2.3. Аэродинамическое сопротивление циклона.

2.4. Теплообмен к охлаждаемым стенкам циклона.

2.5. Основные соотношения для расчета теплообмена.

3. КИНЕТИКА ГОРЕНИЯ ПОЛИДИСПЕРСНОГО

ТОПЛИВА.

3.1. Традиционные методы горения полидисперсного топлива.

3.2. Статистический метод учета полидисперсности в тепло- и массообменных системах

3.3. Кинетика горения распыленного жидкого топлива.

3.4. Кинетика горения полидисперсной коксовой пыли.

3.5. Кинетика горения полидисперсных коксовых частиц в кипящем слое.

3.6. О сжигании полидисперсного жидкого топлива в потоке.

4. АЛГОРИТМ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ИНЕРЦИОННЫМИ ТЕПЛОВЫМИ ОБЪЕКТАМИ.

4.1. Топки кипящего слоя как объект регулирования температуры.

4.2. Алгоритм автоматического определения параметров инерционных объектов регулирования.

4.3. Алгоритм цифрового управления инерционными объектами

4.4. Реализация алгоритмов управления.

5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ СОЗДАНИИ НОВЫХ ВИДОВ ТЕХНИКИ.

5.1. Кольцевая муфельная печь с кипящим слоем для термообработки тонкостенных изделий из цветных металлов.

5.2. Агрегат для патентирования стальной проволоки в кипящем слое.

5.3. Термическая обработка болтов в кипящем слое.

5.4. Микропроцессорная система контроля и управления углеродным потенциалом газовых сред «Карбоокс».

5.5. Микропроцессорная система контроля и управления «Потенциал - Т».

Дисперсные среды находят применение в самых разнообразных технологических процессах: сушка и химико-термическая обработка зернистых материалов, нагрев и термообработка металлических и других изделий в кипящем слое; нагрев и охлаждение в циклонах-пылеуловителях; сжигание твердого топлива в котлах с кипящим и циркуляционным кипящим слоем; в факеле камерных топок; сжигание жидкого распыленного топлива в двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных установках и т.д.

В настоящее время весьма актуальна задача всемерной экономии энергии. В ее решении важную роль играет использование всех видов вторичных энергоресурсов и, в частности, утилизации теплоты газопылевых потоков, представляющих собой отходы различных производств, при помощи охлаждаемых циклонов-пылеуловителей.

Широкое использование дисперсных сред требует дополнительного изучения процессов тепломассообмена. В технологических процессах находят применение как монодисперсные, таки и полидисперсные системы. В последнем случае возникают дополнительные задачи, связанные с учетом распределения частиц по размерам. Аналогичные задачи возникают для монодисперсных частиц, различающихся своими свойствами.

В установках с высокотемпературными дисперсными средами, как правило, необходимо учитывать все составляющие процесса теплопереноса -конвективную, кондуктивную и лучистую

В области практического использования дисперсных сред накоплен богатый опыт, базирующийся на обширных результатах экспериментального и теоретического изучения гидромеханики, тепломассообмена и других процессов. При этом, естественно, возникали новые задачи, формировались новые подходы к их решению и формулировались новые постановки. К последним относится, например, использование кинетического уравнения для функции распределения частиц по радиусам. Но для описания процесса горения полидисперсных частиц оно не использовалось. Новое применение

12 циклона для охлаждения пылегазового потока через стенку потребовало экспериментального исследования процесса теплообмена и разработки методов расчета этого процесса. То же самое можно сказать и о процессе лучистого теплообмена в кипящем слое.

Многие технологические процессы с использованием дисперсных сред, например, сжигание топлива в кипящем слое, химико-термическую обработку и др. без автоматического управления организовать практически невозможно. Применение вычислительных средств, включая широко доступный персональный компьютер, создает новые возможности для конструирования системы регулирования и реализации процесса управления. Вместо трудоемкого и достаточно длительного процесса настройки системы можно разработать и реализовать алгоритм автоматического определения параметров тепловых объектов и управления ими, то есть организовать практически адаптивное управление и найти оптимальные режимы работы.

Цель работы. Целью работы является экспериментальное и теоретическое исследование высокотемпературных процессов в дисперсных системах: излучения в кипящем слое, теплообмена запыленного потока со стенкой циклона и горения полидисперсного твердого и жидкого топлива; внедрение полученных результатов в разработку новых технологических установок и систем автоматического управления протекающими в них процессами.

Поставлены и решены следующие задачи:

- разработана методика и проведено экспериментальное исследование теплообмена между поверхностью и высокотемпературным кипящим слоем, выделена лучистая составляющая и разработана методика ее расчета;

- выполнено экспериментальное исследование теплообмена высокотемпературного запыленного потока со стенками циклона, разработана методика расчета теплообмена;

- на основе кинетического уравнения для функции распределения частиц по радиусам выполнен анализ процессов горения полидисперсных частиц

13 жидкого и твердого топлива, разработана методика расчета процессов горения, теоретические результаты подтверждены имеющимися экспериментальными данными;

- разработан алгоритм автоматического определения параметров системы управления высокотемпературными инерционными объектами, выполнена его численная реализация.

Работа выполнена на кафедрах «Промышленная теплоэнергетика» и «Теоретическая теплотехника» Уральского государственного технического университета в соответствии с координационным планом АН России по проблеме «Теплофизика и теплоэнергетика» Секции физико-технических и математических наук Президиума АН СССР от 05.12.1985 года, постановление № 11000-494-1216, а также в соответствии с программой ГКНТ и Минвуза «Человек и окружающая среда» (раздел «Исследование способов управления процессами тепло- и массообмена в дисперсных системах»), «Экологически чистая ТЭЦ». Частично работа выполнялась на Свердловском приборостроительном заводе, в ОАО ВНИИМТ, ЗАО «Системтроник», ЗАО «Трест-Т».

Научная новизна:

- на основе полученных экспериментальных данных впервые установлено, что коэффициент теплоотдачи излучением между высокотемпературным кипящим слоем и погруженной в него поверхностью зависит от эффективной температуры пристенного слоя частиц, степени черноты и температуры поверхности и слабо зависит от изменения скорости псевдоожижения и размера частиц в широких пределах; с ростом размера частиц увеличивается лишь доля лучистой составляющей суммарного коэффициента теплоотдачи;

- разработаны методы исследования и расчета теплосъема с циклонов-пылеуловителей; предложен метод теоретического исследования процессов горения полидисперсных топлив на основе кинетического уравнения для функции

14 распределения частиц по радиусам; показано, что для автомодельных режимов горения задачи решаются в конечном виде; получены математические модели горения полидисперсных топлив: распыленного жидкого, коксовой пыли в адиабатических камерах, жидкого и других видов топлива в факеле, позволяющие производить расчетно-теоретические исследования процессов горения в различных агрегатах; предложенный новый алгоритм автоматического определения параметров инерционного объекта управления позволило создать новый тип системы управления, которая посредством процедуры самотестирования позволяет корректировать процесс управления с целью оптимизации режимов работы управляемого объекта.

Практическая значимость работы. Полученные результаты дают основу для инженерных методов расчета высокотемпературных процессов в энергетических установках и агрегатах:

- введенное понятие кажущейся степени черноты кипящего слоя ек позволяет рассчитать теплообмен излучением в высокотемпературном слое по закону Стефана-Больцмана с использованием экспериментальных данных по £к; предложенная эмпирическая зависимость позволяет рассчитывать лучистую составляющую процесса теплообмена;

- предложенное балансовое уравнение и эмпирические зависимости для расчета степеней охлаждения газа и частиц позволяют определить теплосъем с охлаждаемых циклонов-пылеуловителей;

- предложенная модель теоретического и расчетного исследования горения полидисперсных топлив позволила определять вид текущей и начальной функции распределения частиц по радиусам, степени выгорания, расходование кислорода, выхода продуктов сгорания, температуры среды, средних поверхности и массы и т.п.;

- предложенный алгоритм определения параметров инерционного объекта может быть использован в любых системах рассмотренного типа.

15

Реализация. Полученные данные по теплообмену в в высокотемпературном кипящем слое использованы при создании муфельной печи с кольцевым кипящим слоем для термообработки тонкостенных изделий из цветных металлов для Свердловского приборостроительного завода, агрегата для патентирования проволоки на Белорецком металлургическом комбинате, расчетах проходной печи с кипящим слоем для нагрева болтов из сталей 38ХС и 40Х (Магнитогорский метизный завод). Данные по теплообмену в циклонах-пылеуловителях использованы УНИХИМ'ом для выбора футеровки и теплоизоляции циклонов для нагрева монохромата натрия на Новотроицокм заводе хромовых соединений и ВНИИЭнергоЦветМет'ом при разработке топливно-энергетического баланса с учетом использования вторичных энергоресурсов на заводе «УкрЦинк» г. Константиновка, Донецкой области.

Результаты теоретических исследований по горению полидисперсных топлив использованы лабораториями «Теплообмена» и «Сжигания жидкого топлива» ВНИИМТ при выполнении научно-исследовательской работы №27-89-Р «исследование и разработка способов и устройств для сжигания твердого топлива с целью интенсификации технологических процессов и снижения расхода газа и мазута» (раздел «Разработка математических моделей гидродинамики и сложного теплообмена в факеле твердых и жидких топлив»). Созданные на базе алгоритма автоматического определения параметров инерционных объектов микропроцессорные системы «Карбоокс» и «Потенциал-Т» внедрены на Синарском трубном заводе, заводе двигателей ОАО «Камаз» (г. Набережные Челны, Татарстан), ОАО «Автонормаль» (г. Белебей, Башкортостан), Омутнинском металлургическом заводе, Волжском автомобильном заводе (г. Тольятти), белорусском автомобильном заводе (г. Жодино, Беларусь), Минском заводе колесных тягачей, Чебоксарском заводе промышленных тракторов, ОАО «Горьковский автомобильный завод».

16

В данной работе обобщены результаты исследований по теплообмену в высокотемпературном кипящем слое и циклонах-теплообменниках, сжиганию топлив, выполненных коллективом научной лаборатории кафедры Промышленной теплоэнергетики Уральского государственного технического университета при непосредственном участии и под руководством автора, а также совместно с организациями ОАО «ВНИИМТ», ЗАО «Системтроник», ЗАО «Трест-Т» и др.

Автор выражает глубокую признательность Заслуженному деятелю науки и техники РФ, д.т.н. профессору Баскакову А.П., д.ф.-м.н. профессору Ясникову Г.П. за внимание к работе, к.т.н. доценту Панову О.М. и к.т.н. Долгову В.Н., работа с которыми позволила расширить область изучения высокотемпературного теплообмена и получить ряд новых результатов. Автор также выражает благодарность всем сотрудникам кафедры Промышленной теплоэнергетики и ряда других кафедр УГТУ-УПИ за помощь при выполнении работы.

17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Высокотемпературный кипящий слой. Разработаны и использованы две методики экспериментального исследования лучистого теплообмена между слоем и поверхностью погруженного в слой тела - нестационарная и стационарная. а). Нестационарная методика.

- Для определения и выделения лучистой составляющей коэффициента теплообмена использован метод «черного» и «белого» альфа-калориметров, с резко различающимися степенями черноты поверхностей. Измерения проведены в регулярном режиме. Методика позволят изучить влияние на теплообмен температур поверхностей и слоя, скоростей псевдоожижения, размеров и материала частиц.

- Установлено, что все составляющие коэффициента теплообмена увеличиваются с ростом температуры поверхности теплообмена при постоянной температуре слоя, однако степень этого увеличения различна для конвективной, кондуктивной и лучистой составляющих. Скорость псевдоожижения в достаточно широком диапазоне практически не влияет на коэффициент теплообмена излучением, который нелинейно растет с увеличением температуры поверхности. С увеличением размера частиц растет вклад излучения в суммарный коэффициент теплоотдачи. Сам коэффициент лучистого теплообмена от размеров частиц практически не зависит. Показано, что вклад излучения в процесс теплообмена необходимо учитывать только при нагреве тел в высокотемпературном кипящем слое. При их охлаждении в низкотемпературном слое излучение не существенно и в расчетах можно использовать формулы для конвективно-кодуктивного теплообмена. б). Стационарная методика.

- В качестве приемника излучения использован погружаемый в слой радиометр интенсивности интегрального излучения, на который через

210 воздухоохлаждаемое прозрачное для теплового излучения стекло попадало излучение от высокотемпературного слоя. Учитывался вклад излучения стекла в показания радиометра.

- Для использования закона Стефана-Больцмана при обработке экспериментальных данных по лучистому теплообмену между параллельными поверхностями, температура одной из которых измерялась непосредственно, а второй принималась равной температуре ядра слоя, введено понятие кажущейся степени черноты слоя. Последняя учитывает влияние охлаждения частиц слоя у теплообменной поверхности.

- На основе анализа составляющих полного коэффициента теплообмена установлена связь между данными по коэффициентам лучистого теплообмена, полученного по стационарной и нестационарной методикам, позволяющая определить кажущуюся степень черноты. Получены соотношения, позволяющие не только рассчитать кажущуюся степень черноты, но и определить конвективно-кондуктивный коэффициент теплоотдачи для высокотемпературного кипящего слоя.

Экспериментальные исследования теплообмена излучением стационарным методом показали, что вклад излучения в суммарный теплообмен существенен при высоких температурах слоя (свыше 800°С) и может достигать 50%: и более при достаточно высоких температурах поверхности, в связи с чем в соответствующих тепловых расчетах агрегатов с кипящим слоем его необходимо учитывать.

Подтверждены данные характера влияния температуры поверхности и слоя, скорости псевдоожижения и размера частиц на теплоотдачу излучением, полученные нестационарным методом.

Кажущиеся степени черноты слоя, определенные нестационарным и стационарным методами исследования излучения в кипящем слое, совпадают и зависят, помимо температур поверхности и слоя, от степеней черноты материалов слоя и погруженной поверхности.

21.1,

- Предложена эмпирическая формула расчета вклада излучения в суммарный теплообмен, базирующаяся на знании степеней черноты стенки, материала частиц слоя и температуры поверхности.

2. Высокотемпературный запыленный поток в циклоне. а). Исследование процесса теплообмена:

- разработана экспериментальная методика исследования теплоотдачи от высокотемпературного дисперсного потока к охлаждаемым стенкам циклона-пылеуловителя. Предложенные методы позволяют рассчитать теплосъем с циклона по степеням охлаждения газа и частиц, покидающих циклон. Последние определяются по экспериментальным данным через температурные напоры фаз.

- Получены эмпирические формулы для определения степеней охлаждения газа и частиц по известным геометрическим характеристикам циклона, размерам частиц пыли и ее безразмерной концентрации на входе в циклон.

- Предложено балансовое уравнение для расчета теплосъема с циклона по степеням охлаждения теплоносителя, известной степени пылеулавливания и температурному напору, приведенному к температуре потока на входе в циклон и температуре охлаждаемой поверхности. б). Исследование аэродинамического сопротивления циклона.

Исследовано аэродинамическое сопротивление циклона с изотермическим и неизотермическим (высокотемпературным) запыленным и не запыленным потоками. Установлено, что коэффициент аэродинамического сопротивления циклона в основном зависит от концентрации частиц в потоке и не зависит от температурного уровня в достаточно широком интервале исследованных скоростей потока на входе в циклон.

- Предложена эмпирическая формула для расчета безразмерного сопротивления циклона в зависимости от безразмерной концентрации частиц в реальном диапазоне ее изменения.

212

3. Полидисперсные системы частиц жидкого и твердого топлива.

- Разработан метод анализа процесса горения частиц полидисперсных топлив, который базируется на стохастическом дифференциальном уравнении для функции распределения частиц по размерам. Для интегрирования уравнения используются формулы, описывающие скорость горения отдельной частицы.

На этой универсальной основе рассчитаны процессы горения:

- коксовой пыли в кинетическом и диффузионном режимах;

- полидисперсных коксовых частиц в кипящем слое (в диффузионном режиме);

- жидких частиц в камере сгорания и прямоточном факеле.

Во всех рассмотренных случаях кинетики горения отдельных частиц в результате интегрирования кинетического уравнения найдены функции распределения частиц по радиусам. Знание этих функций позволило для всех систем в автомодельном режиме горения на основе уравнений баланса массы и энергии получить выражения для расчета степени выгорания топлива, изменения температуры газовой фазы, расхода кислорода, выхода продуктов сгорания и др.

- Результаты расчета горения капель хорошо согласуются с данными горения в камерах сгорания. Расчеты степени выгорания полидисперсной коксовой пыли хорошо согласуются с данными по ее сжиганию в мощных парогенераторах с щелевыми горелками.

Метод расчета процесса факельного сжигания жидкого полидисперсного топлива также согласуется с экспериментальными данными. Кроме того, он легко трансформируется в задачу сжигания коксовых частиц и может быть использован для диффузионного режима горения водоугольной суспензии.

2.13

4. Система управления высокотемпературными технологическими процессами.

- Предложен алгоритм автоматического определения параметров инерционных объектов регулирования, основанный на компьютерной обработке импульсной характеристики объекта, получаемой подачей на его вход трапециевидного воздействия. Полученные параметры объекта используются для автоматического расчета параметров настройки регуляторов, которые водятся в алгоритм управления объектом, позволяя тем самым создать новый тип цифровых микропроцессорных систем оптимального управления для различных критериев оптимальности. Приведен алгоритм расчета параметров настройки для широко используемого ПИД-закона оптимального управления с 20-ти процентным перерегулированием.

- Алгоритмы проверены на модельных объектах, управляемых созданными цифровыми системами «Карбоокс» и «Потенциал-Т», и внедрены в промышленность.

5. Внедрение результатов работы

Создана муфельная печь с высокотемпературным кольцевым кипящим слоем большой высоты для термообработки тонкостенных изделий из цветных металлов, использующая для подвода тепла электронагрев и работающая с минимальными расходами газа на псевдоожижение мелких частиц (<1000 мкм).

Созданы и внедрены в промышленность новые микропроцессорные системы цифрового управления «Карбоокс» и «Потенциал-Т» для регулирования температуры и углеродного потенциала в различных зонах печей термообработки металла. Показана область расширения использования этих систем.

214

1. Процессы тепло- и массопереноса в кипящем слое. Под ред А.П.Баскакова. М.: «Металлургия», 1978, 247 с.

2. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. Л.: «Химия», 1968,510 с.

3. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения. М.: «Химия, 1967, 676 с.

4. Забродский С.С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963, 487 с.

5. Тодес О.М., Цитович О.Б. Аппараты с кипящим зернистым слоем. Л.: «Химия», 1981, 296 с.

6. Лева М. Псевдоожижение. Пер. с англ. М.: Гостопиздат, 1961, 440 с.

7. Leva М., Weintranb М., Grummer М. Heat transmission through fluidized beds of fine particles. "Chemical Eng. Progress", 1949, v.45, №9, p.563-572.

8. Micley H.S., Fairbanks D.F. Mechanism of heat transfer to fluidized beds.//AIChE Journal, 1955, v.l, №3, p.374-386.

9. Баскаков А.П. Механизм теплообмена между кипящим слоем и поверхностью. ИФЖ, 1963, т.6, №11, с.20-25.

10. Ю.Баскаков А.П. Скоростной безокислительный нагрев и термическая обработка в кипящем слое. М.: «Металлургия», 1968, 223 с.

11. Ю.А.Буевич, В.Н.Королев, Н.И.Сыромятников Обтекание тел и внешний теплообмен в псевдоожиженных средах. Свердловск. Изд. Уральского университета, 1991. 186 с.

12. Сыромятников Н.И., Королев В.Н., Бадер В.И. Структура псевдоожиженного слоя около размещенных в нем тел разных размеров иформы. В кн.: «Гидродинамика и теплообмен». Свердловск. Изд-во УНЦ АН СССР, 1974, с.57-62.

13. Куликов В.М., Королев В.Н., Сыромятников Н.И. Исследование механизма внешнего теплообмена в неоднородном псевдоожиженном слое. ИФЖ, 1975, т.29, №2, с.220-224.

14. Филипповский Н.Ф., Баскаков А.П. Поведение псевдоожиженного слоя вблизи погруженной пластины и механизм теплообмена между ними. ТОХТ, 1974, т.8, №5, с.786-789.

15. Королев В.Н., Сыромятников В.Н., Толмачев Е.М. Структура неподвижного и псевдоожиженного слоя зернистого материала вблизи погруженной в него поверхности (стенки). ИФЖ, 1971, т.21, №6, с.973-978.

16. Куликов В.М., Носов B.C., Королев В.Н., Сыромятников Н.И. Исследование флуктуаций порозности и интенсивности внешнего теплообмена в псевдоожиженном слое. ИФЖ, 1976, т.ЗО, №6, с.986-9954.

17. Гельперин Н.И. , Айнштейн В.Г. Теплообмен. В кн.: «Псевдоожижение» (под ред. И.Ф.Дэвидсона и Д.Харрисона). Пер с англ. М.: «Химия», 1974, с.414-474.

18. Берг Б.В., Баскаков А.П. О предельном значении коэффициента теплоотдачи в движущемся и кипящем слоях. Изв. АН СССР «Энергетика и транспорт», 1966, №6, с.108-114.

19. Н.В.Антонишин, Л.В.Зинченко Тепло- и массообмен в дисперсных системах. В кн.: «Тепло- и массоперенос». Минск, «Наука и техника», 1968, т.5, 544 с.

20. Baskakov А.Р., Berg B.V., Vitt O.K., Filippovsky N.F., Kirakosyan V.A., Goldobin J.M. and Maskaev V.K. Heat transfer to objects immersed in fluidized beds. "Powder Technology", 1973, №8, p.273-282.

21. Берг Б.В., Баскаков А.П. ТОХТ, 1971, т.5, №5, с.702-707.

22. Баскаков А.П., Берг Б.В., Витт O.K., Голдобин Ю.М., Гальперин Л.Г. и др. Основные закономерности теплообмена между кипящим слоем и погруженной поверхность. В кн.: «Тепло- и массоперенос», Минск, Изд-во «наука и техника», 1968, т.5, с.70-79.

23. Гельперин Н.И., Айнштейн В.Г., Зайковский АП.В. «Химическая промышленность», 1966, №6, с.418-426.

24. Баскаков А.П., Захарченко Г.Я., Дубинин A.M. Новый метод исследования гидродинамической обстановки вблизи тел, погруженных в псевдоожиженный слой электропроводных частиц. Доклады АН СССР, 1975, т.225, №1, с.78-80.

25. Бородуля В.А., Ковенский В.И. О пакетной модели внешнего теплообмена псевдоожиженного слоя. ИФЖ, 1984, т.48, №5, с.789-787.

26. Буевич Ю.А., Казенин Д.А., Прохоренко H.H. К модели теплообмена развитого псевдоожиженного слоя с погруженной поверхностью. ИФЖ, 1975, т.29, №3, с.410-418.

27. Махорин К.Е., Пикашов B.C., Кучин Г.П. Теплообмен в высокотемпературном кипящем слое. Киев, «Наукова думка», 1981, 147 с.

28. Варыгин Н.И., Мартюшин И.Г. Расчет поверхности теплообмена в аппаратах с кипящим слоем. «Химическое машиностроение», 1959, №5, с.6-10.

29. Баскаков А.П., Супрун В.М. Определение конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи к газу в кипящем слое. «Химическое и нефтяное машиностроение», 1971, №3, с.21-22.

30. Ильченко А.И., Пикашов B.C., Кучин Г.П., Земский И.Ф. К методике расчета высокотемпературных теплообменников с кипящим слоем. «Химическая технология», 1973, №2, с.29-32.

31. Пикашов B.C. и др. Методика проверки гипотезы аддитивности составляющих сложного теплообмена в дисперсных средах. В кн.: «Теплообмен и гидродинамика». Киев, «Наукова думка», 1977, с.168-175.

32. Рубцов Г.К., Сыромятников Н.И. Степень черноты и расчетная поверхность излучения в кипящем слое. Изв. Вузов «Энергетика», 1963, №5, с. 118-120.

33. Пикашов B.C., Забродский С.С., Махорин К.Е., Ильченко А.И. Исследование составляющих сложного теплопереноса в кипящем слое. вести АН БССР, Серия физ.-энергет. Наук, 1969, №2, с. 100-109.

34. Голдобин Ю.М., Макушенко В.М. Экспериментальное исследование эффективной степени черноты высокотемпературного кипящего слоя. В кн.: «Промышленные печи с кипящим слоем». Сборник №242, Свердловск, Изд-во УПИ, 1976, с.23-26.

35. Баскаков А.П., Голдобин Ю.М. Лучистый теплообмен в кипящем слое при псевдоожижении газом. Изв. АН СССР, «Энергетика и транспорт», 1970, №4, с.163-168.

36. Пикашов B.C., Махорин К.Е., Кучин В.П. Пирометрия частиц кипящего слоя. «Химическая технология», 1976, №5, с.33-36.

37. Забродский С.С., Бородуля В.А., Ганжа В.Л. и др. К вопросу о механизме теплообмена псевдоожиженного слоя со стенкой. Изв. АН БССР, Физико-энергетические науки, 1973, №3, с.103-107.

38. Харченко Н.В., Махорин К.Е. К вопросу об интенсивности теплообмена между кипящим слоем и погруженным телом при высоких температурах. ИФЖ, 1964, т.7, №5, с.12-17.

39. Голдобин Ю.М. Исследование лучистого теплообмена между кипящим слоем и погруженной в него поверхностью. Канд дисс. Свердловск, 1971, УПИ, 159 с.218

40. Панов О.М. Исследование локального теплообмена по периметру горизонтальных цилиндров в высокотемпературном кипящем слое. Канд. Дисс. Свердловск, 1977. -163 с.

41. Свет Д.Я. Температурное излучение металлов и некоторых веществ. М.: «Металлурги», 1964, 134 с.

42. Блох А.Г. Основы теплообмена излучением. М.: «Госэнергоиздат», 1961, 331 с.

43. Панов О.М., Баскаков А.П., Голдобин Ю.М. и др. Экспериментальное исследование лучистой и кондуктивно-конвективной составляющей внешнего теплообмена в высокотемпературном кипящем слое. ИФЖ, 1979, т.36,, №3, с.409-415.

44. Ильченко А.И., Махорин К.Е. Исследование теплообмена между псевдоожиженным слоем и погруженными в него телами при высоких температурах. «Химическая промышленность», 1967, №6, с.43-45.

45. Баскаков А.П., Берг Б.В., Витт O.K. и др. Исследование пульсаций плотности в псевдоожиженном слое. «Химическая промышленность», 1967, №6, с.417-419.

46. Тищенко А.Г., Хвастухин Ю.И. Влияние температуры на теплообмен между псевдоожиженным слоем и расположенной в нем поверхностью. «Химическая промышленность, 1967, №6, с.

47. Пикашов B.C., Забродский С.С., Махорин К.Е., Ильченко А.И. К вопросу экспериментального определения эффективной степени черноты псевдоожиженного слоя. В кн.: «Тепло- и массоперенос», Минск, «Наука и техника», 1968, т.5, с.303-309.219

48. Махорин К.Е., Пикашов B.C., Кучин Г.П. Перенос тепла между псевдоожиженными частицами и поверхностью. Химическая технология, 1976, «2, с.41-44.

49. Воронкова Г.П., Гречушников Б.Н., Детлер Г.П., Петров И.П. Оптические материалы для инфракрасной техники. Справочник. М.: «Наука», 1965, 335с.

50. Никитин B.C. Исследование процессов переноса в аппаратах с дисперсными системами. Минск, «Наука и техника», 1969, 270 с.

51. Голдобин Ю.М., Панов О.М., Баскаков А.П. Экспериментальное исследование теплообмена излучением между высокотемпературным кипящим слоем и плоской поверхностью. Депонирована в «Информэнерго», РФ ВИНИТИ «Тепло- и массообмен», 1976, №8, реф. 8.78.57.

52. Голдобин Ю.М., Алабушев М.Н. Исследование ослабления видимых лучей в кипящем слое. В кн.: «Тепло- и массоперенос и неравновесная термодинамика дисперсных систем». Свердловск, Труды У ПИ, сборник №227,1974, с.125-128.

53. Бородуля В.А., Ковенский В.И. Излучательная способность неоднородного псевдоожиженного слоя. ИФЖ, 1984, т.26, №2, с.276-281.

54. Бородуля В.А., Ганжа B.JI., Ковенский В.И. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое под давлением. Минск: «Наука и техника», 1982. -204 с.

55. Ковенский В.И. Моделирование лучистого переноса в псевдоожиженном слое. Автореферат на соискание ученой степени канд. техн. наук. Минск, 1981, 16 с.1. ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ 2

56. Справочник по пыле- и золоулавливанию. М.И.Биргер, А.Ю.Вальдберг, Б.И.Мягков и др. /Под общ. ред. А.А.Русанова. 20е изд., перераб. И доп. -М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 е., илл.

57. A.c. №157671 СССР, МКИ3В Old, 12е, 305. Циклон для улавливания слипающейся пыли. Д.И.Ершов, Н.А.Козулин. Опубл. В БИ, 1963, №19.220

58. Пат. Франции №2307584, МКИ3В ОЧС 5/20; 298 15/12 27 17/00. Циклонный сепаратор. Опубл. 17.12.1976 г.

59. A.c. №709182 СССР, МКИ313 04 С 5/20. Циклон для очистки и утилизации тепла высокотемпературных запыленных газов. Ю.И.Розенберг, В.Ф.Степаненко, Н.Н.Таран, В.А.Успенский, Л.А.Юрченко. Опубл. В БИ, 1980, №2.

60. A.c. №762985 СССР МКИ3 В 04 С 5/20. Циклон для очистки горячих газов. П.Г.Остапушенко, М.К.теренецкая, Н.А.Землянская, Е.А.Черкас. Опубл. В БИ, 1980, №34.

61. Пат. №2437294 США, кл. 55-269, 1948.

62. Козулин H.A., Ершов А.И., Исаков В.Н. Охлаждение газов с трехокисью сурьмы в циклонном теплообменнике // Цветные металлы, 1964, №11, с.54-58.

63. Устименко Б.П. Процессы турбулентного переноса во вращающихся течениях. Алма-Ата: Наука, 1977. - 228 с.

64. Циклонные топки. Л.Л.Клишевский и др./ Под общ ред. Г.Ф.Кнорре, М.А.Наджарова. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958. 216с.

65. Нахапетян Е.А. Исследование аэродинамики циклонной топки на натурной модели./ 1954, теплоэнергетика, №12, с. 10-15.

66. П.Гольдштик М.А., Леонтьев А.К., Палеев Н.И. Аэродинамика вихревой камеры. 1961, Теплоэнергетика, №2, с.40-45.

67. Штым А.Н., Михайлов П.И. К аэродинамике закрученного потока в циклонно-вихревых камерах. Изв. Вузов «Энергетика», 1965, №11, с.50-53.

68. З.Сабуров Э.Н., Карпов C.B. О методике расчета аэродинамики циклонно-вихревых нагревательных устройств. Изв.вузов «Энергетика», 1975, №8, с.34-36.

69. Резняков A.B., Устименко Б.П., Вышенский В.В., Курмангалиев М.Р. Теплотехнические основы циклонных топочных и технологических процессов. Алма-Ата, Наука, 1974, с.63-65.221

70. Тонконогий A.B., Балфанбаев Э., Копытов П.В. Аэродинамика циклонных камер с верхним выводом газов. Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. - Алма-Ата, Наука, 1967, с.13-15.

71. Тонконогий A.B., Балфанбаев Э., Вышенский В.В., Копытов П.В. Особенности работы циклонных камер с верхним выводом газов. -Циклонно-электротермические способы переработки медного и полиметаллического сырья. Алма-Ата, Наука, 1968, с.23-37.

72. Балуев Е.Д., Троянкин Ю.В. Исследование аэродинамической структуры газового потока в циклонной камере. Теплоэнергетика, 1967, №1, с.35-36.

73. Балуев Е.Д., Троянкин Ю.В. Исследование аэродинамической структуры газового потока в циклонной камере. Теплоэнергетика, 1987, №2, с.41-42.

74. Muscheeknautz Е., Brunner К. Untersuchungen an Syklonen. Chem.-Ing.-Techn, 1967, v.39, №9-10, p.531-538.

75. Linden A.J. The Cyclone dust collectors for boilers. Trans. Amer/ Soc/ Mech. Engrs., 1953, v.75, №3, p.433-440.

76. Usman S.Vd. Optimied design of cyclone separators and their applications/ -Chem. Age. India, 1976, v.27, №1, p.55-56/

77. Берлин Б.М., Бунин JI.В. Современные скрубберы и циклоны для пылеочистки газов в СССР и за рубежом. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1972, 62 с.

78. Медников Е.П. Вихревые пылеуловители. М.: 1975, - 45 с.

79. Потапов О.П., Кропп Л.Ф. Батарейные циклоны. М.: Энергия, 1977. - 150с.

80. Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. М.: Энергия, 1977.-328 с.

81. Ушаков С.Г., Зверев Н.И. Инерционная сепарация пыли. М.: Энергия, 1974.-169 с.

82. Циклоны НИИОГA3. Ярославль, 1970. - 96 с.

83. Кизин М.Г. Методы расчета и рекомендации по газовым циклонным аппаратам. Владимир, 1970. - 242 с.222 '

84. Банит Ф.Г., Мальгин А.Д. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов. М.: 1979. 352 с.

85. Первов А.А., Ражев В.Р. Рациональные пути снижения гидравлического сопротивления циклонов. / Докл. Межобластного семинара по очистке газов. Ярославль, 1972. - с.64-70.

86. Akira Ogawa. On the fractional collection efficiency of cyclone dust collectors. /Engineering of fluid dynamics, v. 12, №4, p.229-237.

87. Akira Ogawa. On the theory of the cyclone dust collectors. -/ European Congres "Transfer Processes in Particles Systems", Nuremberg, 1977, p.57-115.

88. Grabek E., Wierzwinski S., Popiotek S., and Potasz J. Application of the Laser Doppler Auemometer to Guctustrial Prooblems.- / DISA information №25, February, 1980.

89. Subramanyam M.V., Kuloor N.R. Gas floio patteerus in cyclone.- Indian J/ Technol, 1964, v.2, №10, p.321-324.

90. Broer L.I. Stromingsshign-selen in cyclone. Jngenier (Utrecht), 1953, v.65, №38, p.77-82.

91. Доррендорф K.H. О влиянии твердой взвеси на показания аэродинамического зонда со сферическим насадком. Тр. МЭИ, вып. 208, с.33-37.

92. Рожнева В.К. Определение составляющих скорости потока в области сепарации газового циклона. Изв. вузов. Горный журнал, 1979, №11, с.48-55.

93. Смухнин П.Н., Коузов П.А. Центробежные пылеотделители циклоны. -М.: 1935,74 с.223

94. Rajagapalau S.,Basu S.K. Theory and design of cyclone. / Chem. Age. India, 1976, v.27, №1, p.42-54.

95. Сидельковский Jl.H., Доррендорф K.K. Изучение влияния дисперсной фазы на аэродинамику плавильных циклонных камер. / Цветная металлургия, 1969, №13, с.23-26.

96. Маслов В.Е., Мансуров В.И., Лебедев В. Д. Причины изменения аэродинамики в циклонных камерах с увеличением запыленности потока. / Исследование тепло- и массообмена в технологических процессах и аппаратах. Минск, 1966, с. 171-176.

97. Нахапетян Е.А., Исаев С.И. О некоторых особенностях циклонного потока, несущего твердую взвесь. / Теплоэнергетика, 1957, №9, с.32-37.

98. Perida A., Chand P. Turbulent swirrl with gas-solid flow in cyclone/ Chem. Eng. Sci., 1980, v.35, №4, p.949-954.

99. Козулин H.A., Ершоов А.и. О влиянии твердой фазы на аэродинамику потока и сопротивление циклонных аппаратов./ Теплоэнергетика, 1962, №1, с. 18-20.

100. Исаев С.И. Сепарационная способность циклонной топочной камеры./ Исследование котельно-топочных процессов. Тр. МВТУ, №194, М.: 1958, с.100-115.

101. Буров А.И., Николаев A.M. О разделении аэрозолей в циклонах./ Тр. Алтайского политехнического института. Барнаул, 1968, с.80-84.

102. Akira Ogawa. On the stability criterion of the fine solid particles in the turbulent rotaational flow.//1. Coll. Eng. Nihon Univ. 1977, №18, p.87-89.224

103. Hikichi Toichiro, Ogawa Akira. On the mechanical balancing particles in a cyclone-dust-collector for the steady and pulsating dust-laden gas flow./ I. Coll. Eng. Nohon Univ., 1978, №19, p. 167-182.

104. Юдаков A.A. Исследование двухкомпонентного потока в циклонных камерах с "сухой" стенкой. Автореферат дисс. канд. техн. наук. -Свердловск: УПИ, 1980, 23 с.

105. Успенский В.А., Кирпиченко В.Е. О причинах эффекта разделения дисперсной среды в центробежном поле вихревого несущего потока. / Вихревой эффект и его применение в технике. Куйбышев, 1976. С. 194-199.

106. Кисельников В.Н., Лебедев В.Я. и др. Исследование аэродинамики двухфазных потоков в циклонных аппаратах. / Тр. Ивановского химико-технологического института. Иваново, 1971, с.185-190.

107. Кисельников В.Н., Лебедев В.Я., Романов B.C., Волков В.В., Барулин Е.П. Исследование аэродинамики дисперсных потоков в циклонных аппаратах. / Тр. Ивановского химико-технологического института. Иваново, 1974, с.172-178.

108. Glageer I. Untersuchungen an einem Flienkraftabscheiidermodell./ Wiss. 3. Techn. Hochsch. Chem.-Leuna-Merseburg, 1969, v.ll, №4, ch.367-374.

109. Subramanyam M.V., Kuloor N.R. Gas flow patter in cyclone cylinder.// Indian J. Technol., 1965, v.3, №6, p.187-190.

110. Бондарев Г.К., Дзя Дзио A.M., Цыбульский Г.Г. Исследование работы циклонов, различно расположенных в пространстве. Изв. ВУЗов, Пищевая технология, 1977, №4, с. 155-157.

111. Карнухович Д.Т. Влияние запыленности на плотность газового потока и гидравлическое сопротивление циклона./ Химическая промышленность, 1970, №12, с.36-38.

112. Генкин А.Л., Гнатюк Т.А., Ярин Л.П. Исследование движения частиц полидисперсного материала в турбулентном закрученном потоке./ XI11 Всесозн. конф. По вопросам испарения, горения и газовой динамики дисперсных систем. Одесса, 1979, с.37.225

113. Идельчик И.Е. К вопросу о гидравлическом сопротивлении циклонов. ИФЖ, 1969, т. 16, №5, с.899-901.

114. Тонконогий A.B., Вышинский В.В. Исследование массообмена на моделях циклонных камер. / Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики, № 1, Алма-Ата, 1964, с.206-222.

115. Миклин Ю.Л., Романьков П.Г., Фролов В.Ф. Влияние твердой фазы на сопротивление аппарата циклонного типа. / Изв. Вузов. Химия и химическая технология, 1969, т. 12, №9 с 1265-1289.

116. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975, 559 с.

117. Loffler F., Meissuer P. Pressure drop determintion in cyclone separators. Proc. Jst. Iranian Cougr. Chem. Eng. Shiraz., 1973, v.2, Amsterdam e.a., 1974, p.405-413.

118. Волков E.B., Суслов C.M. Об аэродинамическом сопротивлении циклонных камер при циркуляции твердой дисперсной фазы в ее объеме. / Тр. УПИ: Тепло- и массоперенос и неравновесная термодинамика дисперсных систем. Свердловск, 1974, с.58-60.

119. Идэ, Ирифудзи. Падение давления при прохождении потока газа со вми частицами в циклоне. Кагаку когаку. Chem. Eng. (Japan). 1956, v.20, №4, p.184-188.

120. Козулин H.A., Ершов А.И. Исследование теплообмена в циклонном аппарате с различным исполнением теплопередающих поверхностей./ Изв. Вузов. Энергетика, 1961, №6, с.43-47.

121. Долгов В.Н. Аэродинамика и теплообмен циклона-утилизатора теплоты запыленных газов. Дисс.канд.техн.наук. УПИ, Свердловск, 1988, 166 с.

122. Алимов Р.З., Лукьянов В.И. Исследование конвективного теплообмена на внутренней стенке кольцевого канала в условиях закрученного сечения. // Тепло- и массообмен в химической технологии: Межвузовский сборник. Вып.7. Казань. 1979, с.3-5.

123. Щукин В.К., Халатов A.A., Голдобеев В.И., Летягин В.Г. О причинах, интенсификации теплоотдачи при закрутке газового потока в трубе. //Тепло226и массообмен в двигателях летательных аппаратов. Тр. КАИ. Казань, 1975, с.22-26.

124. Мигай В.К., Голубев JI.K. Трение и теплообмен в турбулентном закрученном потоке с переменной круткой в трубе. //Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1969, №6, с.73-76.

125. Гельперин Н.И., Фрайман P.C., Николаев В.П., Хабаров В.А. Теплообмен в закрученных потоках газа и газовзвеси. // Тр. Института МИТХТ. Вып.2.-М.: 1972, с.110-114.

126. Щукин В.К., Идиатуллин Н.С., Филин В.А., Якшин A.A. Теплообмен потока газовзвеси в коротком криволинейном канале. ИФЖ, 1977, т.32, №2, с.209-216.

127. Пермяков Б.А., Бабий В.И., Серебрякова А.Г. Исследование теплоотдачи от стенки трубы к пылевоздушному потоку. Теплоэнергетика, 1968, №1, с.33-36.

128. Михайлишин Е.В., Семенов Э.П. Исследование интенсификации теплообмена в прямотрубных теплообменниках. // Проблемы теплоснабжения и вентиляции в условиях климата Восточной Сибири. -Иркутск, 1979, с.58-66.

129. Шарафутдинов Ф.Н., Миронов А.И., Филин В.А., Ковальногов H.H. Теплопередача закрученного потока газовзвеси в цилиндрической части модельной камеры. // Тепло- и массообмен в двигателях летательных аппаратов. 1979, №12, с.96-100.

130. Magnusson Karl/ Cyclonen som gas Kylore// WS, 1957, v.28, №8, p.223-224.

131. Szekely I., Carr R. Heat transfer in a cyclone // Chem. Engng. Aci., 1966, v.21,126 p.1119-1132.

132. Козулин H.A., Ершов А.И., Исаков B.H. Охлаждение газов с трехокисью сурьмы в циклонном теплообменнике.// Цветные металлы, 1964, №11, с.54-58.

133. Заславский Г.Ш., Федоров Ю.Н., Сидельковский J1.H. и др. Исследование теплопередачи в циклонных теплообменниках.// IX Всесоюзн. научно-техн.227совещание по энергетическим циклонным комбинированным и комплексным процессам: Тез. докл. М.: 1976, с.59.

134. Григорьев A.M. Винтовые конвейеры. М.: «Машиностроение», 1972.

135. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978, 702 с.

136. Правила 28-64. Измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами. М.: Изд-во ГК Стандартов, мер и измерительных приборов СССР. 1964.

137. Долгов В.Н., Баскаков А.П., Голдобин Ю.М. и др. Экспериментальная установка для исследования теплообмена между стенкой циклона и запыленным потоком. Депонирована в ВИНИТИ, №3233-79. Деп. 7 сентября 1979 г. 8 с.

138. Долгов В.Н., Баскаков А.П., Голдобин Ю.М. Исследование влияния концентрации твердой фазы на гидравлическое сопротивление охлаждаемого циклона. Промышленная теплоэнергетика, 1987, №10, с.49-51.

139. Baskakov А.Р., Dolgov V.N., Goldobin Yu.M. Aevodynamics and Heat transfer in cyclones with particle-laden gas flow.// Experimental thermal and fluid science, 1990, v.3, №6,p.597-602.

140. Долгов B.H., Баскаков А.П., Голдобин Ю.М. Исследование конвективного теплообмена к стенкам пылеулавливающего циклона. // ИФЖ, 1981, т.41, №4, с.690-694.

141. Baskakov А.Р., Dolgov V.N., Goldobin Yu.M. Aerodynamics and heat transfer of cyclone mith particle-laden gas flow. Circulating Fluidized Bed Technology II Ed. Prabir Basu and Jean Francois Large Pergamon Press, 1988, p.233-244.

142. Кейс B.M., Лондон А.Л. Компактные теплообменники./ Тр. С англ. М.: Энергия, 1967, 157с.

143. Киракосян В.А., Баскаков А.П., Лавровская Е.Ю., Попов Ю.А. Приближенный метод расчета интенсивности теплоотдачи от закрученного дисперсного потока к стенке циклонной камеры. // ИФЖ. 1990, т.59, №14„ с.614-621.2281. К ГЛАВЕ 3

144. Кремнев O.A., Сатановский А.Л. Воздушно-водоиспарительное охлаждение оборудования. М.: Машиностроение, 1967. 240 с.

145. Михайловский М.А. Термодинамические расчеты процессов парогазовых смесей. Л.: Машгиз, 1962. 484 с.

146. Аксельруд Г.А., Молчанов А.Д. Растворение твердых веществ. М.: Химия, 1977. 268 с.

147. Вигдоргин Е.М., Шейкин А.Б. Математическое моделирование непрерывных процессов растворения. М.: Химия, 1971. 248 с.

148. Скорость растворения твердых частиц в аппаратах с мешалками / Николаишвили Е.К., Барабаш В.М., Брагинский Л.Н., Кунов H.H., Мамосов В.А./ ТОХТ, 1980, Т.14, №3. С. 349-353.

149. Аксельруд Г.А., Альтшулер М.А. Введение в капиллярно-химическую технологию. М.: Химия, 1983. 263 с.

150. Виленский Т.В., Хзмалян Д.М. Динамика горения пылевидного топлива. М.: Энергия, 1978. 246 с.

151. Основы практической теории горения. Под ред. Померанцева В.В. Л.: Энергия, 1973. 263 с.

152. Теория топочных процессов /Кнорре Г.Ф. и др./ М.-Л.: Энергия, 1966. 491с.

153. Горение натурального твердого топлива. Под ред. Резникова А.Б. Алма-Ата: Наука, 1968.211 с.

154. Лысов М.В. Сушка распылением. М.: Пищепромиздат, 1955. 200 с.

155. Блох А.Г. Теплообмен в топках паровых котлов. JI.: Энергоатомиздат, 1984. 240 с.

156. Буйнов М.В. Испарение полидисперсного тумана. Коллоидный журнал, 1962, Т.24, №4. С. 390-395.

157. Буевич Ю.А. О кинетике массообмена полидисперсной системы частиц с окружающей средой. ПМТФ, 1966, №1. С. 50-57.

158. Буевич Ю.А., Голдобин Ю.М., Ясников Г.П. Кинетика тепло- и массообмена полидисперсной системы частиц с окружающей средой. Тепло- и массообмен в химически реагирующих системах. Материалы международной школы-семинара. Минск: 1983. С. 160-172.

159. Ясников Г.П. О кинетике автомодельного режима испарения полидисперсной системы капель. ИФЖ. 1982, Т.42, №2. С.243-250.

160. Буевич Ю.А., Ясников Г.П. Кинетика растворения полидисперсной системы частиц. ТОХТ, 1982, Т.16, №5. С. 597-603.

161. Буевич Ю.А., Ясников Г.П. Кинетика сушки системы частиц, различающихся по свойствам. Тепло- и массообмен в процессах сушки: Тез. докл. Минск: ИТМО АН БССР, 1981. С. 96-98.

162. Ясникова Л.Г. Восстановление мелких полидисперсных частиц в прямоточном реакторе в условиях газовзвеси. ИФЖ, 1990, Т.58, №3. С. 512517.

163. Голдобин Ю.М. Кинетика автомодельного режима диффузионного горения полидисперсного жидкого топлива. ИФЖ, 1983, Т.45, №3. С.452-457.230

164. Померанцев B.B. и др. Основы практической теории горения. JL: Энергия, 1973. 263 с.

165. Хайкин Б.И. Гетерогенное горение. В сб. "Тепломассообмен в процессах горения". Черноголовка: ОИХР, 1980. С. 58-79.

166. Кумагаи С. Горение. М.: Химия, 1979. 255 с.

167. Тюльпанов P.C., Соболев О.П. О горении полидисперсного факела жидкого топлива. ФГиВ, 1967, №1. С. 94-97.

168. Тюльпанов P.C. Расчет выгорания распыленного углеводородного топлива в форсированных топочных устройствах. ФГиВ, 1966, №1. С. 88-99.

169. Хитрин JI.H. Физика горениия и взрыва. М.: Из-во МГУ, 1957. 442 с.

170. Голдобин Ю.М. О кинетике горения полидисперсных угольных частиц. ИФЖ, 1986, Т.50, №1. С. 114-120.

171. Шагалова С.Д., Тимошинин Ю.А. и др. Экспериментальное исследование процесса горения пыли АШ в топках мощных паровых котлов. Теплоэнергетика, 1963, №2. С. 2-9.

172. Шагалова С.Л., Гусев Л.Н., Шницер И.Н. Исследование процесса горения АШ в топочной камере котла ТП-90 с прямоточными длиннощелевыми горелками. Теплоэнергетика, 1964, №8,. С. 36-41.

173. Голдобин Ю.М., Павлюк Е.Ю., Дюкин C.B. О кинетике горения полидисперсных коксовых частиц в псевдоожиженном слое. Межвуз. сборник научных трудов "Теоретические основы теплотехники". Магнитогорск: 2000. С. 84-89.

174. Бородуля В.А., Виноградов Л.М. Сжигание твердого топлива в псевдоожиженном слое. Минск: Наука и техника, 1980. 191 с.231

175. Бородуля В.А., Дикаленко В.И. Двухфазная модель сжигания твердого топлива в кипящем слое инертной насадки. ФГиВ. Новосибирск: 1983, №4. С. 84-87.

176. Гидродинамика и теория горения потока топлива /Под ред. Б.В.Конторович. М.: Металлургия, 1971. 485 с.

177. Канторович Б.В. Основы горения и газификации твердого топлива. Изд. АН СССР, 1958.

178. Моделирование процессов тепломассопереноса в полидисперсном потоке . Части 1 и 2 / Бабошин В.М., Голдобин Ю.М., Лисин Ф.Н., Маликов Г.К., Ясников Г.П./ Депонир. ВИНИТИ. Per. № 786-892 10.03.92. 35 с.

179. Сполдинг Д.Б. Горение и массообмен. М.: Машиностроение, 1985. 235 с.

180. Бабошин В.М. Экспериментальные и теоретические исследования процессов горения и теплообмена при факельном сжигании мазута в металлургических печах. Автреферат дисс. докт. техн. наук. Свердловск: 1972.

181. Абрамзон М.И., Лисин Ф.Н. Об одном численном методе решения уравнения переноса излучения в излучающих и изотропнорассеивающих средах. // ТВТ, 1985, Т.23, №6. С. 1169-1177.

182. Делягин Г.Н. Условия воспламенения и горения водоугольной суспензии. В кн.: Горение твердого топлива. Новосибирск: Наука, 1969. С. 297-305.1. К ГЛАВЕ 4

183. Стефани Е.П Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. М.: Энергия, 1972. 376 с.

184. Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М.: Энергия, 1973. 440 с.

185. Сметана А.З. Методика определения передаточной функции линейного динамического объекта по его переходной характеристике// Изв. АН. Энергетика, 1998. №2. С. 142-155232

186. Типовые линейные модели объектов управления./ Под ред. Н.С. Райбмана. М.: Энергоатомиздат, 1983. 246с.

187. Мунц В.А; Филипповский Н.Ф; Баскаков А.П. Топка с кипящим слоем как объект регулирования.// Теплоэнергетика, 1998, №6 С. 15-19.

188. Munts V.A, Filippouskij N.F., Baskakov А.Р., Pavliok E.Yu., Leckner Во. Control of Fhermal processes in a fluidized bed combustor (FBC).// Proceedings of 14-thh International Conference on FBC, Vankuver, May 1997,v.2, p.p 857 -862 .

189. Голдобин Ю.М., Мунц B.A., Павлюк Е.Ю., Ауэрбах A.J1. Автоматическое определение параметров модели инерционного обекта регулирования //Теоретические основы теплотехники. Межвузовский сборник научн. трудов. Магнитогорск, 2000. С.30 35.

190. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования/ Под ред. Г.М. Глинкова. М.: Металлургия, 1987. 296с.

191. Голдобин Ю.М., Клышников С.Т., Кирнос И.В., Даниличев В.В., Павлюк Е.Ю., Ясников Г.П. Алгоритм автоматического определения параметров модели инерционного объекта. Ур. гос. техн. ун т. Екатеринбург, 1999. Деп. в ВИНИТИ, 1999, №1429. 20с.

192. Голдобин Ю.М., Яхонтов A.B., Клышников С.Е., Крысов С.И., Шульмейстер А.Е. Алгоритм тестирования и регулирования в микропроцессорной системе "Карбоокс". Материалы 75-й юбилейной конференции УГТУ, серия "Теплоэнергетика", октябрь, 1995. С.

193. Бесекерский В. А, Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.:, "Наука", 1972. 768с.

194. Иващенко H.H. Автоматическое регулирование. М.: "Машиностроение", 1978. 763 с.

195. Изерман Р. Цифровые системы управления. М.: Мир, 1984. 541 с.

196. Takahashi Y., Chan C.S., Auslander D.M. Parametereinstellung bei linearen DDC Algoritmen. Regelungstechnik und Prozessdatenverarbeitung, 1971, №19, C.237 - 244.233

197. Мунц В.А. Закономерности горения топлив и образование оксидов азота в топках кипящего и циркуляционного кипящего слоя. Дисс. докт. техн. наук. УГТУ Екатеринбург, 1999 .

198. Кирнос И.В., Голдобин Ю.М., Клышников С.Т. Усовер-шенствованный датчик измерения состава газа // Подготовка кадров и экологические проблемы энергетики". Тез. докладов росс, научн.-технич. конференции. 13 15 ноября 1997г. Екатеринбург: с. 59 - 60.

199. Соколов A.B. Исследование и разработка способов управления внешним теплообменом в псевдоожиженном слое. Дисс. кад. техн. наук. Свердловск, 1981.

200. Sokolov А.V., Goldobin Yu.M. and Filippovskii N.E. Control of surface heat exchange in fludized bed installing shutter-type turbolator / Lecture and poster summaries. T.V. Flued flow. CHISA-84. September 1984, Prage, Czechoslovakis.

201. A.C. № 638358 «Аппарат кипящего слоя» / А.П.Баскаков. А.В.Соколов, М.Г.Журавлева, Н.Ф.Филипповский, Ю.М.Голдобин, С.А.Требухин, Д.И.Шестаков. М.Кл.2 В01У8/18. Опубликовано 25.12.78. Бюллетень № 47.

202. Соколов A.B., Голдобин Ю.М., Нечитайлов В.Ю., Михайлов М.Н. Применение метода псевдоожижения для разработки высокоэффективных термических печей / Проблемы энергетики теплотехнологии. Тез. докл. Всесоюзн. научн. конференции. Том 1. М.: 1983. С. 135.

203. Баскаков А.П., Зубов В.Я., Грачев C.B., Вершинина B.C. Патентирование проволоки в кипящем слое. Сталь, 1964. № 7.

204. В этих работах использованы результаты теоретических исследований Голдобина Ю.М. по горению полидисперсных топлив.

205. Об исполыоваиии результатов диссертационной работы Голдобина Ю.М «Внешний теплообмен в высокотемпературных дисперсных средах и кинетика горения полидисперсных топлив»

206. На основании данного алгоритма в 1990 году выдано техническое задание на разработку и создана микропроцессорная система « КАРБООКС» для автоматического контроля и управления температурой и составом атмосферы в термических агрегатах.

207. Система «КАРБООКС» выпускается мелкой серией с начала 90-х годов, а с 19998 I ода налажен выпуск новых систем контроля и автоматики на основе импортных комплектующих электроники, использующих алгоритмы тестирования.

208. Режимы разогрева датчика, поддержания его постоянной температуры )хлаждения выполняется системой на основе алгоритмов автоматического угирования датчика и управления, разработанных Голдобиным Ю.М.

209. Длительные испытания информационной системы в эксплуатационном >киме показали, что все датчики в контролируемых точках работают цежно и позволяют оперативно следить за составом газовой среды в чах. .