CC BY
22
угольного шлама с учетом фазовых переходов и ее апробация средствами кафедры ЭП и ЭТ / H.H. Синицын, А.К. Кудрявцева, А.Н. Нохрин и др. // Вестник ЧГУ. - 2008. -№4.-С. 120- 122.
4. Титов, С.П. Исследование образования NO.t из азота топлива при горении пыли каменных углей / С.П. Титов, В.И. Бабий, В.Н. Барабаш // Теплоэнергетика. - 1980. -№ 3. - С. 64-67.
Синицын Николай Николаевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой промышленной теплоэнергетики Инженерно-технического института Череповецкого государственного университета.
Тел.: 8 (8202) 24-32-29.
Кудрявцева Анна Константиновна - доцент кафедры электропривода и электротехники Инженерно-технического института Череповецкого государственного университета.
Кушков Владимир Александрович - Инженерно-технический институт Череповецкого государственного университета.
Нохрин Александр Никифорович - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой электропривода и электротехники Инженерно-технического института Череповецкого государственного университета.
Synitsyn, Nickolay Nickolayevich - Doctor of Science (Technology), Professor, Head of the Department of Industrial Thermal Engineering, Institute of Engineering and Technology, Cherepovets State University.
Tel.: 8 (8202) 24-32-29.
Kudryavtseva, Anna Konstantinovna - Associate Professor, Department of Industrial Thermal Engineering, Institute of Engineering and Technology, Cherepovets State University.
Kushkov, Vladimir Alexandrovich - Institute of Engineering and Technology, Cherepovets State University.
Nohrin, Alexander Nikiforovich - Candidate of Science (Technology), Associate Professor, Head of Department of Electric Drive and Electrical Engineering, Institute of Engineering and Technology, Cherepovets State University.
УДК 621.1.016.4(075.8)
Д. В. Гусев, Н.Н. Синицын
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРЕВА ТЕЛА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ЛЁД И ЖЕЛЕЗНУЮ РУДУ
D. V. Gusev, N.N. Sinitsyn
EXPERIMENTAL RESEARCH OF WARMING UP A CYLINDRICAL BODY CONTAINING ICE AND IRON ORE
Статья содержит описание экспериментальной установки, условий проведения экспериментов, а также анализ проведенных экспериментов прогрева тела цилиндрической формы, содержащей лёд и железную руду.
Экспериментальная установка, лёд, железная руда.
The paper describes an experimental installation, conditions of carrying out experiments, as well as the analysis of the experiments carried out in warming up of a cylindrical form body containing ice and iron ore.
Experimental installation, ice, iron ore.
В зимний период времени железная руда, поставляемая на металлургические заводы в железнодорожных вагонах, находится в замороженном состоянии. Чтобы выгрузить руду, вагоны размораживают в гаражах размораживания. Время разогрева материала зависит от влажности руды, времени размораживания, температуры, при которой происходит замораживание, температуры греюще-
го теплоносителя в гараже, от схемы подачи теплоносителя. Для решения поставленной задачи размораживания необходимо разработать математическую модель прогрева материала с учётом таяния льда и прогрева влажного материала в железнодорожном вагоне.
Математическая модель размораживания [4] содержит теплофизические параметры, которые
можно определить экспериментальным путём. Математическая модель прогрева тела цилиндрической формы позволяет получить необходимые константы для процессов прогрева тел различной формы, например параллелепипеда.
Для бесконечного цилиндра задача математически формулируется так [1], [3], [4]:
Здесь Я.
и к
наружный и внутренним ра-
сгРг
э*, _ а
" а-,
дх дг
х. > О, г0 > г > 0;
+ --Х,
А
дг
ди д
ох дг
К
д(2 ~дг
г дг
т. >0, г, < г < к ;
сз" Рз "
дх дг
дЦ дг
г дг
х. > 0, г2<г <к;
С4 ' Р4'
дх дг
К
с дг
+ --А-4 •—-
г дг
х. > 0, г0<г <Я0.
В начальный момент времени прогрева при 5 = 0 дифференциальное уравнение имеет вид
/1(г,0) = г2(г,0) = /3(г,0) = /4(г,0), /0 <t3.
Граничные условия:
1) при х > 0 г = =
дг дг
2) при т>0 г = Д}-Х4-% + аГ/с-?4(^),х)]-0
дг ^ л
и /(г|, т) = /3 = «н^ ;
дц(г,х) &2(г|,х) ¿ц
, -= А,---р • I —1;
дг " дг <з?т
К-
д(2(г,х) 5/3(8,т) йг
кг —д— = ^з • —^--Р ■ А» •—;
дг ог ¿х
V
■К
ох
дг
и (г0,т) = *4(г0,т);
ди (г,х)
3) при х > 0 и г = 0 —-—- = 0 .
дг
диусы трубки; /-,, гг, г3 - радиусы замерзшего, влажного и сухого слоя материала; /3 - температура замерзания воды; /0 - начальная температура материала; т| - расстояние от оси цилиндра до слоя таяния льда; е - координата для испарения влаги; с,, р,, А,, с2, р2, А2, с3, р3, Х3, с4, р4, А4 - теплоемкость, плотность, коэффициенты теплопроводности соответствующих слоев материала; Ь и I,- теплота плавления льда и испарения воды; р - плотность воды; т - время; г -текущая координата.
Для определения закономерностей процесса размораживания железной руды в гаражах размораживания проведено экспериментальное исследование процесса прогрева тела цилиндрической формы на экспериментальной установке [5].
Цель данной работы - опытно изучить распределение температур по сечению цилиндра, заполненного влагой в твёрдом агрегатном состоянии и кусочками железной руды, с учётом фазовых переходов воды.
Опытная установка представляет собой аэродинамическую трубу квадратного сечения размером 120 х 120 мм. Воздух через аэродинамическую трубу продувается с помощью вентилятора. Регулирование расхода воздуха через трубу производится с помощью заслонки. На некотором расстоянии от входа в аэродинамическую трубу установлена рабочая трубка, заполненная испытуемым материалом. Рабочая трубка имеет диаметр сечения 18,1/15,2 мм. Длина рабочей трубки 120 мм. На внешней и внутренней поверхностях трубки установлены термопары для измерения температуры трубки. Холодный спай термопар находится в потоке воздуха. Таким образом, каждая термопара служит для измерения температурного напора между стенкой трубы и набегающим потоком воздуха и для измерения температуры стенки трубы.
По сечению трубки в смеси льда и железной руды уложены три термопары: в центре, на поверхности и в середине.
Электрическая мощность, потребляемая ни-хромовой проволокой нагревателя воздуха, регулируется с помощью трансформатора типа РНО-250-2. Для измерения мощности служат амперметр и вольтметр.
Измерение скорости воздуха производится в свободном сечении канала. Для измерения скорости воздуха используется трубка Пито. Зная скорость воздуха и размеры сечения канала и рабочей трубки, можно рассчитать скорость воздуха в узком сечении.
В опыте исследуется температурное поле образца в зависимости от условий обтекания воздушным потоком во времени.
В результате получаем температурные поля в образце в зависимости от скорости и температуры потока воздуха и время существования льда в опытном образце.
Расчёт теплоотдачи при поперечном обтекании одиночного цилиндра воздухом можно производить по формулам [2]:
1)при Ю<11еж <1-103 N11 = 0,44 ■ Ле^5;
2) при 1 • 103 < К.еж < 2 • 105 N11 = 0,22 • К.е°'6, где за определяющий размер принимается диаметр цилиндра, а за определяющую температуру - температура набегающего потока воздуха, за определяющую скорость - скорость набегающего потока воздуха.
При прогреве образца записывались показания температур и скоростей потока воздуха, показания температур по сечению образца и время прогрева. На каждом режиме было проведено 10 опытов.
Полученные экспериментальные значения по изменению температур в образце, в центре и на поверхности исследуемого материала представлены на рис. 1.
Рис. 1. График изменения температуры по сечению образца:
1П - температура поверхности образца; - температура в центре образца
На рис. 1 представлены данные, полученные при скорости воздушного потока 13,6 м/с и температуре набегающего потока 49 °С. Образец прогревается за 900 с, при этом температура по сечению не имеет градиента. Из рис. 1 видно, что при времени прогрева приблизительно 100 с лёд полностью исчезает.
В опытах на стенде исследовалось нагревание цилиндра, содержащего лёд и куски железной ру-
ды при различной начальной температуре. Начальная температура изменялась от -5 °С до -1 °С. Время прогрева образца в зависимости от начальной температуры до полного таяния льда представлено на рис. 2.
0 -1 -2 -3 -4 -5 /,°С
Рис. 2. Время прогрева образца до полного таяния льда в зависимости от начальной температуры
Анализ экспериментального материала образцов показал, что на время таяния льда в образцах влияет также фракционный состав железной руды. Однако полученные данные можно применять для оценки времени таяния льда в смеси «лёд - железная руда».
В результате проведённых экспериментальных исследований изучен характер физических процессов при прогреве тела, выполненного в виде цилиндра, заполненного льдом и кусочками железной руды.
Список литературы
1. Гусев, Д.В. Методика расчёта прогрева бесконечного двухслойного цилиндра, содержащего лёд и кусковые материалы / Д.В. Гусев, H.H. Синицын // Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надёжность машин, приборов и оборудования: материалы IV Межд. научно-техн. конференции. Т. 1. - Вологда: ВоГТУ, 2008. - С. 126 - 127.
2. Краснощёкое, Е.А. Задачник по теплопередаче: учеб. пособие для вузов / Е.А. Краснощёкое, A.C. Сукомел. - М.: Энергия, 1980.
3. Синицын, H.H. Математическая модель прогрева бесконечного двухслойного цилиндра, содержащего лёд и кусковые материалы / H.H. Синицын, Д.В. Гусев, Ю.В. Андреев, Н.В. Андреев // Вестник ЧГУ. - 2008. - № 4. -С. 119-120.
4. Синицын, H.H. Нагрев неограниченного двухслойного цилиндра при изменении агрегатного состояния тела / H.H. Синицын, Н.И. Шестаков // Повышение эффективности теплообменных процессов и систем: материалы III Межд. научно-техн. конференции. - Вологда: ВоГТУ, 2002.-С. 55-59.
5. Синицын, H.H. Экспериментальная установка для исследования теплообмена цилиндра в газовом потоке с учётом фазовых переходов / H.H. Синицын // Сборник
трудов участников IV Межвуз. конференции молодых учёных. - Череповец: ГОУ ВПО ЧГУ, 2003. - С. 188 - 190.
Гусев Дмитрий Владимирович - аспирант кафедры промышленной теплоэнергетики Инженерно-технического института Череповецкого государственного университета.
Тел.: 8-921-252-16-50; e-mail: [email protected]
Синицын Николай Николаевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой промышленной теплоэнергетики Инженерно-технического института Череповецкого государственного университета.
Gusev, Dmitriy Vladimirovich - Postgraduate student, Department of Industrial Thermal Engineering, Institute of Engineering and Technology, Cherepovets State University.
Tel.: 8-921-252-16-50; e-mail: [email protected]
Synitsyn, Nickolay Nickolayevich - Doctor of Science (Technology), Professor, Head of the Department of Industrial Thermal Engineering, Institute of Engineering and Technology, Cherepovets State University.
УДК 66.047: 66.021.4
С.Ю. Осипов, А.Ю. Скоробогатова, С.П. Рожин, Ю.Р. Осипов, А.Ю. Белянина
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА И АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПРИ СУШКЕ КЛЕЕВОГО ПОКРЫТИЯ НА РЕЗИНОВОМ ПОЛОТНЕ
S.Y. Osipov, A.Y. Scorobogatova, S.P. Rozhin, Y.R. Osipov, A.Y. Belyanina
MATHEMATICAL MODELLING OF HEAT AND MASS TRANSFER PROCESSES AND AERODYNAMIC PARAMETERS OF THE HEAT-TRANSFER MEDIUM WHILE DRYING GLUE COVER ON RUBBER SHEET
В статье рассматривается процесс тепломассопереноса в турбулентном пограничном слое теплоносителя, образующегося при перпендикулярном натекании струи теплоносителя на сушимое клеевое покрытие. Рассчитывается тепловое поле теплоносителя в пристенном слое с сопутствующим определением его аэродинамических характеристик.
Математическое моделирование, тепломассоперенос, аэродинамика, сушка, теплоноситель, клеевое покрытие.
The paper considers the process of heat and mass transfer in a turbulent boundary layer of the heat-transfer medium formed at a perpendicular leaking of the heat-transfer medium stream to the glue cover. The heat-transfer medium thermal field in the wall boundary layer and its aerodynamic characteristics are calculated.
Mathematical modeling, heat and mass transfer, aerodynamics, drying, heat-transfer medium, glue cover.
Анализ современного сушильного оборудования показывает, что наиболее эффективным способом сушки клеепромазанного резинового полотна является конвективный способ с использованием камер с сопловым обдувом [1], [3], [4]. Схема соплового подвода теплоносителя к клее-промазанному резиновому полотну представлена на рис. 1.
Резина является воздухонепроницаемым материалом. При перпендикулярном натекании струи
на полотно у его поверхности образуется пристенный пограничный слой, в котором происходит теплоперенос, определяющий характеристики конвективного теплообмена клеепромазанного резинового полотна и влияющий на теплосодержание струи теплоносителя.
В основе решения задачи определения теплового поля в пристенном пограничном слое теплоносителя лежит уравнение энергии, выражающее закон сохранения энергии в элементе объема [2], [6]:
