Троценко Л. Н.

Сортировать по умолчанию названию
  • МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛООБМІНУ ПРИ РАДІАЦІЙНОМУ НАГРІВУ ЗМЕРЗЛИХ ВАНТАЖІВ

    Робота присвячена створенню математичного забезпечення для розрахунку процесу розморожування (з одночасним прогріванням) на певну глибину сипучих матеріалів (шихти), які знаходяться в залізничних товарних вагонах відкритого типу, і містять в своєму складі замерзлу воду. Температура такого конгломерату може досягати мінус 20 °С і нижче. Процес розігріву, як запропоновано [1], здійснюється шляхом підводу тепла до матеріалів, що нагріваються у вигляді радіаційного потоку від випромінюючих труб та екранів до стінок вагонів і теплопровідністю через стінки вагона. В процесі побудови математичного опису були запропоновані певні допущення [2], зумовлені повільним характером процесу плавлення замерзлої води і прогріву суміші шихта – крига, шихта – вода, які розглядаються як єдиний субстрат з усередненими теплофізичними показаннями. Наявність деякої кількості тепла в порах шихти не враховувалась. Випромінююча поверхня приймалась у вигляді плоского безрозмірного випромінювача. Теплообмін між випромінювачем і поверхнею вагонів за рахунок природної конвекції враховувався, на відміну від [2]. Авторами раніше пропонувалося встановити як змінюється температура не лише вглиб вагону ( по товщині конгломерату), а й по висоті стінки вагону, в залежності від ступеню промерзання, теплофізичних властивостей матеріалу і т.ін.. Адже поверхні прогріваються не рівномірно і в деяких місцях максимальна температура досягається раніше. Таким чином потрібно визначити час, що потрібний для повного розмерзання вантажу. На рисунку 1 зображена схема вагону із вантажем в координатах x, y, z, виразимо поставлену задачу за допомогою рівняння в x, z координатах, розміри по у координаті набагато більші ніж по x та z, тому теплопровідністю по у нехтуємо. Розв’язок представлених вище рівнянь дає можливість визначити розподіл температур вздовж стінки вагону та вглиб вагону, в залежності від теплофізичних властивостей шихти, температури її змерзання і визначити час для повного розморожування.

    Переглянути
  • ОБПАЛЮВАЛЬНА ПІЧ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ВАПНА

    Використання природного газу в Україні у 2010 році по даним Мінпромполітики складає 57722 млн. куб. м., хімічна промисловість використовує 6301,3 млн. куб. м., на досягнення кінцевого продукту, що складає близько 11 % від загального використання газу в Україні. Виробництво вапна здійснюється на вапняно-випалювальних ділянках металургійних та хімічних підприємств, у будівельній промисловості та ін. із застосуванням різних агрегатів. Деякі печі (наприклад, шахтні) працюють із використанням твердого палива. Обпалювальні печі бувають шахтними, обертовими, камерними, тунельними та ін. Обпалювальна піч призначена для випалу різних матеріалів (вапно, вогнетривка глина, руда також вогнетривка цегла, фарба на посуді і т. ін.). Розглянемо обертову трубчасту піч для випалу вапняку (CaCO3) з метою отримання вапна (CaО). Піч працює наступним чином [1]. Вапняк подається до печі із бункера, що розташований в верхній частині печі, далі транспортується через піч за рахунок обертання барабану, який нахилений до горизонту на 2-5 градуси, при цьому нагрівається до 900-1000°С. Отримання готового вапна відбувається на протилежному кінці барабану. За енергетичною ознакою трубчасті обертові печі відносяться до печей- теплообмінників зі змінним по довжині режимом теплової роботи. На ділянці, де відбувається горіння палива і температура продуктів згоряння досягає 1250-1300 °С, здійснюється теплообмін за рахунок радіаційного режима. У міру просування продуктів згоряння палива по довжині печі вони охолоджуються до декількох сотень градусів (700–900 °С). Печі для випалу вапняку споживають багато енергії. Витрати палива досягають 250 кг.у.т./т готового вапна. Найбільші втрати тепла втрачаються через футерівку апарату, що становлять 20-50 % від загальної теплової потужності печі. Існує декілька способів зниження теплових втрат. Традиційними є збільшення товщини кладки, використання теплоізоляції між кожухом і футеровкою. Проте стійкість внутрішнього футерування в круглому барабані, який постійно обертається, невелика, тому такий спосіб зниження теплових втрат малоефективний. На сьогоднішній день існують розробки та технічні розрахунки застосування спеціальних покриттів та екранів [2], завдяки чому відбувається зменшення тепловіддачі випромінюванням і конвекцією від зовнішньої поверхні печей. Серед теплових агрегатів обертова піч відрізняється високими температурами корпуса та рівнем втрат в навколишнє середовище. Аналіз відомих способів зменшення цих втрат дозволяє очікувати значний ефект від використання екранів і покриттів за рахунок зниження втрат теплоти в навколишнє середовище. Зниження втрат теплоти в навколишнє середовище може забезпечити: зниження потужності холостого ходу печі, і як наслідок, зниження витрати палива [3]; покращення умов праці обслуговуючого персоналу, тобто вирішує задачу охорони праці та збільшення терміну робочої кампанії печі.

    Переглянути
  • МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛООБМІНУ ПРИ РАДІАЦІЙНОМУ НАГРІВУ ЗМЕРЗЛИХ ВАНТАЖІВ

    Робота присвячена створенню математичного забезпечення для розрахунку процесу розморожування (з одночасним прогріванням) на певну глибину сипучих матеріалів (шихти), які знаходяться в залізничних товарних вагонах відкритого типу, і містять в своєму складі замерзлу воду. Температура такого конгломерату може досягати мінус 20 °С і нижче. Процес розігріву, як запропоновано [1], здійснюється шляхом підводу тепла до матеріалів, що нагріваються у вигляді радіаційного потоку від випромінюючих труб до стінок вагонів і теплопровідністю через стінки вагона. В процесі побудови математичного опису були запропоновані певні допущення [2], зумовлені повільним характером процесу плавлення замерзлої води і прогріву суміші шихта – крига, шихта – вода, які розглядаються як єдиний субстрат з усередненими теплофізичними показаннями. Наявність деякої кількості тепла в порах шихти не враховувалась. Випромінююча поверхня приймалась у вигляді плоского безрозмірного випромінювача. Теплообмін між випромінювачем і поверхнею вагонів за рахунок природної конвекції не враховувався. Процес прогріву замерзлого конгломерату шихта – крига описується рівнянням параболічного типу [2]. Низькотемпературні випромінюючі труби можуть бути максимально наближеними до поверхонь, що нагріваються, для забезпечення компактності приміщення. Авторами пропонується зробити труби та екрани рухомими, що дозволить налаштовувати дані елементи на оптимальній відстані від нагріваного об’єкту в залежності від ступеню промерзання, теплофізичних властивостей матеріалу і т.ін. Крім того потрібно визначити як змінюється температура не лише вглиб вагону ( по товщині конгломерату), а й по висоті стінки вагону. Адже поверхні прогріваються не рівномірно і в деяких місцях максимальна температура досягається раніше. Таким чином авторами пропонується встановити пропоновані залежності, шляхом математичного моделювання, користуючись вище запропонованим математичним описом. Та визначити методи для вирішення запропонованої моделі.

    Переглянути
  • ПЕРСПЕКТИВИ ПОЛІПШЕННЯ УТИЛІЗАЦІЇ ТЕПЛА В ОБЕРТОВІЙ ПЕЧІ ДЛЯ ОБПАЛУ ВАПНА

    Вапняк - одна з найпоширеніших осадових гірських порід, що складається головним чином з кальциту з домішками глинистого матеріалу, кремнезему, оксидів заліза та інших. Вапняк має універсальне застосування в промисловості, сільському господарстві та будівництві. Будівельне вапно широко використовують в будівельній промисловості, наприклад, для розчинів бетонів низьких марок підземних і підводних частинах споруд; силікатної цегли, найбільш дешевої і найпоширенішої в країні; вапняково-шлакової та вапняково-зольної цегли, що характеризується високими теплоізоляційними показниками; також вапно використовується у виробництві силікатного цементу, яким має в'яжучі властивості і невисоку вартість. Будівельне вапно отримують шляхом випалу кальцево-магнієвих гірських порід: крейди, вапняку, доломітизованих порід. Про якість вапна свідчить високий вміст в ній СаО і MgO. Зміст чистих оксидів у загальній кількості вапна називають її активністю. Недопал і перепал вапна в печі знижують його якість. Виробництво вапна здійснюється на вапняно-випалювальних ділянках металургійних та хімічних підприємств, у будівельній промисловості та ін. із застосуванням різних агрегатів. Деякі печі (наприклад, шахтні) працюють із використанням твердого палива. Обпалювальні печі бувають шахтними, обертовими , камерними, тунельними ін. Обпалювальна піч призначена для випалення різних матеріалів (вапно, вогнетривка глина, руда також вогнетривка цегла, фарба на посуді і т. ін.). Процес випалу складається з двох стадій: нагрівання вапняку до температури 900° С та витримка при температурі 900-1000° С для розкладу вапняку. Широкого поширення в хімічній, харчовій, будівельній, гірничорудній та інших галузях промисловості набули високопродуктивні барабанні апарати різного призначення, основними елементами кожного з яких є обертовий барабан з бандажами, урухомлю вальна станція, а також споряджені роликами опорно-упорна та опорна станція. Піч працює за принципом протитечії, наступним чином: вапняк потрапляє в піч із спеціального бункера, далі транспортується через піч за рахунок обертання барабану, нахиленого до горизонту на 2-3 градуси, нагріваючись при цьому до 900-1000° С. Готове вапно поступає із вивантажувального бункера. Гарячі димові гази, що утворюються внаслідок згорання палива, віддають своє тепло вапну, температура диму приблизно на 200-300° С вище температури нагрітого вапна по всій довжині печі. Печі для випалу вапняку споживають багато енергії. Витрати палива досягають 250 кг.у.т./т готового вапна. Найбільші втрати тепла втрачаються через футерівку апарату, що становлять 20-50% від загальної теплової потужності печі. Оскільки останнім часом гостро постає питання зменшення ресурсо- і енергоємності виробництва метою даного проекту є дослідження пристрою утилізації тепла продуктів згорання, що відходять з печі, для попереднього нагріву вапняку. За рахунок втілення системи утилізації тепла суттєво знижуються затрати на теплоносій, а отже це робить систему більш економічною. Перспективним шляхом підвищення ефективності утилізації тепла в технологічній схемі обпалу вапняку є удосконалення конструкції лопаток, що розміщені у високотемпературному шахтному підігрівачі. Модифікуючи конструкції лопаток можна досягти суттєвого підвищення коефіцієнта теплообміну. Проаналізувавши літературні джерела виявлено, що розробка засобів підвищення утилізації не змінить традиційного процесу обпалювання вапняку, а витрати на реалізацію будуть значно менші у порівнянні з одержаним економічним ефектом від його використання.

    Переглянути
  • ОБПАЛЮВАЛЬНА ПІЧ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ВАПНА

    Вапно здавна використовувалось людьми в різних сферах. Воно використовується в гірничодобувній, металургійній та сталеливарній промисловості. Багато вапняку та вапна використовується в будівництві, починаючи від вапнякового щебеню і закінчуючи різними будівельними сумішами, фарбами та клеями на основі вапна. Розглянемо технологічну схему виробництва вапняку. Вологий вапняк зі складу за допомогою системи завантажування 1 через завантажувальний бункер 2 поступає у високотемпературний шахтний підігрівач 3, де розміщуючись на лопатках попередньо підігрівається за допомогою димових газів що відходять з робочого простору. Попередньо підігріта сировина за допомогою завантажувальної головки 5 подається у барабан обертової печі для обпікання. Вапно, яке утворилося у процесі обпалу вапняку, надходить у шахтний охолоджувач 10. Отриманий кінцевий продукт за допомогою системи вивантаження 12 транспортується на склад. Природний газ надходить у центральний пальник 8 в кількості, необхідній для забезпечення заданої потужності печі. Повітря для горіння в наведеній печі подається із шахтного охолоджувача вапна і направляється в відкидну головку печі за рахунок напору вентилятора. Кількість повітря залежить не тільки від потужності пальника але й від продуктивності проходження готового вапна. За енергетичним ознакою трубчасті обертові печі відносяться до печей- теплообмінників зі змінним по довжині режимом теплової роботи. На ділянці, де відбувається горіння палива і температура продуктів згоряння досягає 1250-1300 °С, здійснюється теплообмін за рахунок радіаційного режима. У міру просування продуктів згоряння палива по довжині печі вони охолоджуються до декількох сотень градусів (700–900 °С). Печі для випалу вапняку споживають багато енергії. Витрати палива досягають 250 кг.у.т./т готового вапна. Найбільші втрати тепла втрачаються через футерівку апарату, що становлять 20- 50% від загальної теплової потужності печі. Існує декілька способів зниження теплових втрат. Традиційними є збільшення товщини кладки, використання теплоізоляції між кожухом і футеровкою. Проте стійкість внутрішнього футерування в круглому барабані, який постійно обертається, знижується. Такий спосіб зниження теплових втрат малоефективний. На сьогоднішній день існують розробки та технічні розрахунки застосування спеціальних покриттів та екранів [2], завдяки чому відбувається зменшення тепловіддачі випромінюванням і конвекцією від зовнішньої поверхні печей. Серед теплових агрегатів обертова піч відрізняється високими температурами корпуса та рівнем втрат в навколишнє середовище. Аналіз відомих способів зменшення цих втрат дозволяє очікувати значний ефект від використання екранів і покриттів за рахунок зниження втрат теплоти в навколишнє середовище. Зниження втрат теплоти в навколишнє середовище може забезпечити: зниження потужності холостого ходу печі, і як наслідок, зниження витрати палива [3]; покращення умов праці обслуговуючого персоналу, тобто вирішує задачу охорони праці та збільшення терміну робочої кампанії печі.

    Переглянути
  • МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛООБМІНУ ПРИ РАДІАЦІЙНОМУ НАГРІВУ ЗМЕРЗЛИХ ВАНТАЖІВ

    Робота присвячена створенню математичного забезпечення для розрахунку процесу розморожування (з одночасним прогріванням) на певну глибину сипучих матеріалів (шихти), які знаходяться в залізничних товарних вагонах відкритого типу, і містять в своєму складі замерзлу воду. Температура такого конгломерату може досягати мінус 20°С і нижче. Процес розігріву, як запропоновано [1], здійснюється шляхом підводу тепла до матеріалів, що нагріваються у вигляді радіаційного потоку від випромінюючих труб та екранів до стінок вагонів і теплопровідністю через стінки вагона. Для проведення розрахунків процесу розморожування сипучого вантажу у пристінних шарах залізничних вагонів розроблений алгоритм, реалізований на мові програмування QBasic. Вирішення представленої математичної моделі здійснювалось методом простих ітерацій при обраних кроках по часу та просторових (x, z) координатах. В результаті розрахунку процесу розморожування сипучого вантажу у пристінних шарах залізничних вагонів визначаються температурні розподіли вздовж стінки вагону та днища вагону при відповідних значеннях часу. Розрахунок проводиться до досягнення 0°С у всіх точках вздовж осі z та осі х на відстані від стінок100 мм. Вирішення математичної моделі дає можливість побачити розподіл температур вздовж стінки вагону та вздовж стінки днища вагону показаний на графіках (рисунки 2, 3), в залежності від теплофізичних властивостей шихти, температури її змерзання і визначити час при якому починається відтаювання змерзлого вантажу в пристінному шарі. Крім того, за даними розрахунку видно, що шар промерзлого вантажу товщиною 100 мм швидше відтаює вздовж бокової стінки вагону (по координаті z) для залізної руди час відтаювання становить 46 хвилин, зі сторони днища цей процес протікає повільніше з тієї причини, що екраном під днищем вагону виступає бетонна підлога, в даному випадку час відтаювання становить 1 годину 14 хвилин. Таким чином при різних теплофізичних характеристиках вантажу, що розморожується час відтаювання пристінного шару конгломерату буде різним. При чому навіть через 5 годин прогріву бокові стінки вагонів та днища вагонів не досягають максимальних температур нагріву, які відповідно становлять 90°С та 65°С, що видно з представлених графіків (рисунки 2, 3). Промислові випробування низькотемпературної системи показали, що для повного вивільнення залізничних вагонів від вантажу достатньо відтаювання їх пристінної частини 100-200 мм. Розморожування проводилось для замерзлого конгломерату феронікелевої руди, який мав температуру мінус 20 °С при температурі теплоносія 320 °С. Виміри проводились через кожних 30 хвилин в одній точці на поверхні стінки вагону, за допомогою пірометру. При проводились три цикли вимірювань кожен цикл становив 5 годин. При цьому температура бокових стін вагонів не досягала гранично допустимих значень 90 °С. Для спрощення роботи із математичною моделлю було проведено апроксимацію залежності температури нагріву вагона віт часу Т=(0,1033τ+6)°С,середньоквадратичне відхилення становить R 2 =0,96. Виконані розрахунки та отримані розподіли температур, можуть стати основою для подальшого розрахунку оптимальних відстаней від джерела обігріву до об’єкту нагріву, знаходження оптимальних форм випромінюючих екранів.

    Переглянути
  • Моделювання радіаційного розморожування сипких вантажів біля стінок залізничного вагона

    Наведено результати математичного моделювання радіаційоного розморожування сипких вантажів у пристінних шарах залізничних вагонів. Подано розрахункові залежності, що є розв’язками математичної моделі.

    Переглянути