Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах
Запропонована конструктивна схема удосконалення газорозподільних решітки, створено лабораторний стенд і проведені експериментальні дослідження в результаті яких отримані умови, які сприяють збільшенню відносної швидкості руху часток і середовища, створенню додаткової турбулентності потоку середовища...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Геотехническая механика |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53923 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах / И.Л. Дякун, В.Д. Рубан // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 99. — С. 228-234. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-53923 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-539232014-01-29T03:15:33Z Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах Дякун, И.Л. Рубан, В.Д. Запропонована конструктивна схема удосконалення газорозподільних решітки, створено лабораторний стенд і проведені експериментальні дослідження в результаті яких отримані умови, які сприяють збільшенню відносної швидкості руху часток і середовища, створенню додаткової турбулентності потоку середовища, збільшенню кратності оновлення і формування міжфазної поверхні, що може привести до значного прискорення тепло- і масо переносу. The propose a design scheme to improve the gas distribution grid, established a laboratory bench and experimental studies have been obtained as a result of conditions that contribute to an increase in the relative velocity of the particles and the environment, creating more turbulence of flow, increasing the multiplicity of updating and the formation of the interphase surface, which can lead to a significant acceleration heat and mass transfer. 2012 Article Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах / И.Л. Дякун, В.Д. Рубан // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 99. — С. 228-234. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53923 66.096.5.002.612:534.1.001.5 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Запропонована конструктивна схема удосконалення газорозподільних решітки, створено лабораторний стенд і проведені експериментальні дослідження в результаті яких отримані умови, які сприяють збільшенню відносної швидкості руху часток і середовища, створенню додаткової турбулентності потоку середовища, збільшенню кратності оновлення і формування міжфазної поверхні, що може привести до значного прискорення тепло- і масо переносу. |
| format |
Article |
| author |
Дякун, И.Л. Рубан, В.Д. |
| spellingShingle |
Дякун, И.Л. Рубан, В.Д. Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах Геотехническая механика |
| author_facet |
Дякун, И.Л. Рубан, В.Д. |
| author_sort |
Дякун, И.Л. |
| title |
Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах |
| title_short |
Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах |
| title_full |
Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах |
| title_fullStr |
Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах |
| title_full_unstemmed |
Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах |
| title_sort |
экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53923 |
| citation_txt |
Экспериментальные исследования интенсификации процессов теплообмена в энергетических котлах / И.Л. Дякун, В.Д. Рубан // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 99. — С. 228-234. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT dâkunil éksperimentalʹnyeissledovaniâintensifikaciiprocessovteploobmenavénergetičeskihkotlah AT rubanvd éksperimentalʹnyeissledovaniâintensifikaciiprocessovteploobmenavénergetičeskihkotlah |
| first_indexed |
2025-07-05T05:19:49Z |
| last_indexed |
2025-07-05T05:19:49Z |
| _version_ |
1836783019168366592 |
| fulltext |
228
УДК 66.096.5.002.612:534.1.001.5
Инженеры И.Л. Дякун, В.Д. Рубан
(ИГТМ НАН Украины)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ
ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛАХ
Запропонована конструктивна схема удосконалення газорозподільних решітки, створено
лабораторний стенд і проведені експериментальні дослідження в результаті яких отримані
умови, які сприяють збільшенню відносної швидкості руху часток і середовища, створенню
додаткової турбулентності потоку середовища, збільшенню кратності оновлення і форму-
вання міжфазної поверхні, що може привести до значного прискорення тепло- і масо перено-
су.
THE EXPERIMENTAL RESEARCHES OF INTENSIFICATION PROC-
ESSES HEAT - AND MASS - TRANSFER IN POWER BOILERS
The propose a design scheme to improve the gas distribution grid, established a laboratory
bench and experimental studies have been obtained as a result of conditions that contribute to an
increase in the relative velocity of the particles and the environment, creating more turbulence of
flow, increasing the multiplicity of updating and the formation of the interphase surface, which can
lead to a significant acceleration heat and mass transfer.
Использование вибрационного воздействия как фактора, позволяющего ин-
тенсифицировать механические, тепловые, диффузионные, химические и дру-
гие процессы, давно привлекает внимание ученых и специалистов.
Вибропсевдоожижение это наиболее эффективный способ создания одно-
родного слоя, который как известно, обладает такими недостатками как газовые
пузыри, каналы, поршни, а также всплесками и выбросом материала из слоя.
Движение частиц относительно друг друга в виброкипящем слое происходит
весьма интенсивно, но имеет совсем другой характер, чем в обычном кипящем
слое: оно носит локальный характер, не распространяется на весь объем слоя и
поэтому отличается большей однородностью, кроме того вибрация уменьшает
образование сквозных газовых каналов и снижает унос мелкой фракции [1].
Все аппараты с виброкипящим слоем можно подразделить на несколько
классов: аппараты с вибрирующей камерой или вибрирующим дном камеры
(газораспределительная решетка); горизонтальные аппараты с вибрирующим
лотком; вертикальные аппараты со спиральным вибрирующим лотком; аппара-
ты с введенными в слой вибропобудителями [2]. Однако, ряд данных аппаратов
обладает такими недостатками как конструктивная сложность соединения виб-
рационной решетки и корпуса аппарата, а также большая мощность вибратора,
обусловленная большой массой воздухораспределительной решетки.
Нами была поставлена задача усовершенствования газораспределительной
решетки путем снабжения подрешеточной полости пластиной с отверстиями и
колпачками, установленными в отверстиях [3]. Оснащение подрешеточной по-
лости топки соединенной с вибратором пластиной, позволяет создать верти-
кальные колебания пластины с заданной амплитудой и частотой. Закрепление в
сквозных отверстиях пластины нижних концов направляющих опор колпачков
позволяет передать через шляпки колпачков эти вибрационные колебания в ки-
229
пящий слой, интенсифицируя процесс выгорания топлива в кипящем слое.
Форма шляпок колпачков в виде усеченного конуса с вершиной обращенной в
сторону кипящего слоя, позволяет более равномерно и полно осуществить пе-
ремешивание слоя, повысить его однородность и интенсифицировать процесс
выгорания топлива. На рисунке 1а показан общий вид газораспределительной
решетки топки кипящего слоя. На рисунке 1б показан разрез колпачка, уста-
новленного в отверстиях подины газораспределительной решетки.
1 - газораспределительная решетка; 2 - топка кипящего слоя; 3 - надрешеточная по-
лость; 4 - подрешеточная полость; 5 – подина; 6 –отверстия; 7 - колпачки; 8 – шляпка кол-
пачка; 9 - направляющая опора; 10 – канал для выхода воздуха; 11 - сквозные отверстия; 12 –
вибратор; 13 – пластина; 14 - воздухоподводящий канал.
Рис. 1 - Общий вид газораспределительной решетки топки
кипящего слоя (а), содержащей подину с отверстиями и колпачками (б)
Газораспределительная решетка топки кипящего слоя работает следующим
образом. В надрешеточную полость 3 топки кипящего слоя 2 подается инерт-
а)
б)
230
ный материал (кварцевый песок) и включаются растопочные устройства, по-
дающие в слой инертного материала горящую смесь газа или мазута с воздухом
для разогрева инертного материала. Уже на этой стадии для интенсификации
разогрева инертного материала включается вибратор 12 и пластина 13, соеди-
ненная с вибратором, начинает совершать вибрационные перемещения в верти-
кальной плоскости. Вибратор 12 размещен в подрешеточной полости топки
(рис.1а). Колпачки 7, закрепленные нижними концами своих направляющих
опор 9 в сквозных отверстиях 11 пластины 13, также совершают вибрационное
перемещение в вертикальной плоскости в отверстиях 6 подины 5. При этом
шляпки 8 колпачков 7, размещенные в надрешеточной полости 3 топки 2 и вы-
полненные в виде усеченного конуса, создают колебания слоя инертного мате-
риала, как в вертикальной плоскости, так и под углом к шляпке колпачка. При
этом наложения колебаний слоя от соседних колпачков в толще инертного ма-
териала друг на друга интенсифицируют его прогрев. После разогрева инертно-
го материала до температуры воспламенения топлива, последнее засыпается в
кипящий слой. Так как частицы угля крупнее и тяжелее частиц инерта, они
опускаются в зону вибрационного воздействия колпачков и интенсивно сгора-
ют. Воздух для горения при этом через воздухоподающий канал 14 подается в
подрешеточную полость 4 топки 2, затем поступает в колпачки 7 через их на-
правляющие опоры 9, нижние концы которых закреплены в пластине 13. Воз-
душные струи, выходя из каналов 10 в надрешеточной полости 3 под углом к
подине 5 газораспределительной решетки 1, обеспечивают подъем частиц с по-
дины 5 в зону вибрационного воздействия шляпок 8 колпачков 7, тем самым
интенсифицируя их горение.
Для реализации теоретических предпосылок был исследован процесс вибро-
кипящего слоя на лабораторном стенде. Схема стенда представлена на рис. 2.
Она состоит из колонны 1 прямоугольного сечения 100 × 100 мм и высотой
135 мм, изготовленной из органического стекла и снабженной колпачком 2 и
металлической трубкой (втулкой) 3 диаметром 11 мм для подвода воздуха, на-
ходящейся внутри колпачка. Воздух, подаваемый компрессором 4, поступает
под колпачок 2 и в слой. Колпачок 2 приводится в колебательное движение
электромагнитным вибратором 5 с заданными частотой и амплитудой. Управ-
ление компрессором 4 и электромагнитным вибратором 5 осуществляется с
пульта 6.
Для наблюдения за результатами воздействия вибрационного режима с до-
полнительной продувкой воздухом кипящего слоя сегмент колпачка 2 и метал-
лической трубки 3 был вырезан и этим разрезом максимально близко размещен
к передней стеклянной стенке колонны 1.
При проведении эксперимента использовались следующие параметры:
- начальная высота слоя (засыпки) - H0 = 55 мм;
- диаметр частиц основного монодисперсного слоя – d = 1 мм;
- диаметр наблюдаемой частицы – d1 = 6 мм;
- материал частиц – стекло;
- частота вибраций - f = 50Гц;
231
- амплитуда вибраций А = 4 мм.
1 – колонна из оргстекла; 2 – колпачок; 3 – металлическая трубка (втулка) для подачи
воздуха; 4 – компрессор; 5 – электромагнитный вибратор; 6 - пульт
Рис. 2– Схема установки экспериментального стенда для
исследования виброкипящего слоя
Для оценки влияния вибрации на свойства кипящего слоя использовалась
цифровая фотокамера. Результаты режима вибрации при взаимодействии слоя с
вибрирующим колпачком и продувкой воздухом слоя показаны на рис. 3 и 4.
Сравнение рис.3 и рис.4, еще раз подтверждает о том, что вибропсевдоожи-
жение – наиболее эффективный способ создания однородного слоя.
В процессе проведения эксперимента наблюдались два случая взаимодейст-
вия частиц с виброкипящим слоем:
1) непосредственно рядом с колпачком (слева и справа): взаимодействие
слоя с днищем газораспределительной решетки и фильтрации газа из-под кол-
пачка;
2) над площадкой колпачка, где фильтрация газа практически не ощутима, а
на слой воздействует только механическая вибрация от колпачка.
Рассмотрим первый случай. При наблюдении за слоем видно, что непосред-
ственно после отрыва слоя от решетки он движется вверх относительно нее,
испытывая сопротивление газа, фильтрующегося в увеличивающийся зазор
между нижней границей слоя и решеткой. Сила гидравлического взаимодейст-
вия частицы внутри слоя с потоком газа зависит от локальных значений пороз-
ности и относительной скорости фильтрации газа.
232
Рис. 3– Неоднородный кипящий слой
Рис. 4– Виброкипящий слой
Гидравлические силы, действующие на частицы, выпадающие по случай-
ным причинам с верхней и нижней поверхностей слоя, отличаются от силы ло-
бового сопротивления и могут быть значительно меньше ее, так что баланс
гравитационной, инерционной и гидравлической сил для таких частиц наруша-
ется: их сумма становится отличной от нуля. При этом видно, что на начальной
стадии фазы полета (когда зазор между слоем и решеткой увеличивается) сум-
марная сила, действующая на частицу у нижней поверхности слоя, стремится
снова вернуть частицу в слой, т.е. эта поверхность устойчива в том же смысле,
что и свободная поверхность псевдоожиженного слоя. Напротив, сила, дейст-
вующая на частицу у верхней поверхности, способствует дальнейшему удале-
нию этой частицы от слоя, навстречу набегающему потоку газа, т.е. верхняя
233
поверхность неустойчива в том смысле, что частицы, покидающие ее, движут-
ся быстрее центра тяжести слоя. Множество таких частиц, непосредственно
граничащих с набегающим потоком, можно отождествить с эффективной верх-
ней границей расширяющегося слоя. При этом относительное движение этой
границы приводит к увеличению порозности верхней части слоя. В результате
генерируется волна повышенной порозности, распространяющаяся вниз по
слою и аналогичная волнам, появляющимся в обычном псевдоожиженном слое
при изменении расхода ожижающей среды.
На конечной стадии полета (когда зазор между слоем и решеткой уменьша-
ется) роль граничных поверхностей меняется: поток газа набегает уже на ниж-
нюю поверхность, которая «падает» на решетку быстрее центра тяжести слоя,
верхняя поверхность становится устойчивой, а волна повышенной порозности
распространяется по слою в направлении снизу вверх. Слой, очевидно, про-
должает расширяться.
Наконец, когда нижняя поверхность приходит в соприкосновение с решет-
кой и расширение слоя прекращается. Упавшая часть слоя переходит в плотно-
упакованное состояние и толщина плотной части слоя возрастает очень быстро.
Если момент полного перехода слоя в плотноупакованное состояние, т.е. фак-
тически момент падения верхней поверхности слоя, меньше момента нового
отрыва слоя от решетки, то описанная ситуация повторяется. В противном слу-
чае отрывающаяся от решетки нижняя плотноупакованная часть слоя сталкива-
ется с продолжающими оседать и находящимися в ожиженном состоянии час-
тицами, захватывая их, что средняя порозность слоя в течение некоторой части
фазы полета может быть даже ниже, чем непосредственно в момент отрыва.
Обнаружено, что под виброкипящим слоем периодически (из-за расхождения
колебаний колпачка и частиц) образуется статическое разрежение, при этом
воздух подсасывается снизу и вытесняется кверху, т. е. виброкипящий слой об-
ладает насосным действием.
Во втором случае при воздействии на слой только механической вибрации
поведение слоя можно рассматривать следующим образом.
В первый период слой при синусоидальном вертикально-колебательном
движении вверх с ускорением, большим ускорения свободного падения, уплот-
няется.
Во второй период, уплотненный слой продолжает двигаться по инерции
вверх, тогда как колпачок движется вниз. В этот момент под слоем образуется
разрежение.
В третий период, потеряв кинетическую энергию, слой материала начинает
опускаться, а давление под слоем снова начинает увеличиваться. Однако мате-
риал падает уже не плотным слоем. Нижние частицы, передав кинетическую
энергию верхним, начинают падать раньше, в то время как верхние еще про-
должают двигаться плотным «поршнем», транспортируя находящийся над ним
воздух вверх. «Поршень» частиц быстро перемещается вверх по аппарату, рас-
падается снизу и уплотняет набегающий на него сверху слой.
В четвертый период поверхность площадки колпачка вновь встречается с
234
потоком слоя, уплотняя его. При этом слой уплотняется сначала в нижних сло-
ях и, постепенно наступая на верхние, вытесняет воздух снизу слоя вверх.
Достигнув максимального амплитудного значения перемещения, колпачок
начинает перемещаться вниз, в то же время материал продолжает двигаться от-
носительно колпачка вверх. При этом между плотным слоем материала и по-
верхностью вновь образуется разрежение. Опускаясь на площадку колпачка
нижние частицы, снова создают плотный слой, который вытесняет новую пор-
цию воздуха.
Рассмотренная конструктивная схема и проведенные исследования на экс-
периментальном стенде показывают, что с помощью заданных параметров час-
тоты и амплитуды вибраций можно создать однородный слой с достаточной ус-
тойчивой неподвижной верхней границей и интенсивным движением частиц
относительно друг друга внутри слоя, т.е. противоток частиц с ожиженной сре-
дой, что просто невозможно получить в установках с обычным кипящем слоем.
Полученные условия способствуют увеличению относительной скорости дви-
жения частиц и среды, созданию дополнительной турбулентности потока сре-
ды, увеличению кратности обновления и формирования межфазной поверхно-
сти, что может привести к значительному ускорению тепло- и массопереноса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Забродский, С.С. Высокотемпературные установки с псевдоожиженным слоем (общие вопросы разра-
ботки и исходные закономерности) / С.С. Забродский. – М.: Энергия, 1971 – 328 с.
2. Членов, В.А. Виброкипящий слой / В.А. Членов, Н.В. Михайлов.- М.: Наука, 1972.- 144 с.
3. Пат. 46159 Україна, МПК(2009) F27B 15/00. Газорозподільна решітка / Булат А.Ф., Чемерис І.Ф., Дякун
І.Л.; власник ІГТМ ім.. М.С. Полякова НАНУ. - № u 2009 06292 ; заявл. 17.06.2009; опубл. 10.12.2009, Бюл.. №
23. - 4 с.
235
УДК 658.589.001.5
Д-р техн. наук В.Н. Беляков
(ИГТМ НАН Украины,
ДРЦИР Госинвестиций Украины),
инж. М.Н. Шаровская, В.Н. Хавер
(ДРЦИР Госинвестиций Украины)
РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО
ФОРМИРОВАНИЮ ИННОВАЦИОННОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ.
Сформульовано визначення інноваційного проекту та інноваційної пропозиції, обґрунто-
вано форми реалізації інноваційних пропозицій, розглянуто зв’язок між формами реалізації
інноваційних пропозицій та категоріями інноваційних проектів, розроблено рекомендації по
формуванню інноваційних пропозицій різних форм реалізації.
DEVELOPMENT OF THE METHODOLOGICAL
RECOMMENDATIONS TO CREATE THE INNOVATIVE PROPOSITION
Definitions of the innovative project and innovative proposition are formulated; forms of im-
plementation of innovative propositions are justified; the link between forms of implementation of
innovative propositions and the categories of innovative projects is examined, the recommendations
to create innovative propositions of various forms of implementation are developed.
В условиях рыночных хозяйственных отношений часто возникает ситуация,
когда полученные учеными замечательные результаты проведенных научных
исследований в области создания технологий, техники, новых материалов для
совершенствования материального производства не находят адекватного спроса
и не используются в практике производства. Причиной существования такого
положения вещей является недостаточное или методически неверное представ-
ление полученных результатов их потенциальным потребителям на рынке ин-
новационных предложений. В этой связи весьма важным является разработка
методических рекомендаций по формированию инновационного предложения.
1. Обоснование методических подходов
Региональными программами инновационного развития Днепропетровской
и Запорожской областей предусмотрено формирование баз данных по состав-
ным частям инновационных проектов, которые представляют собой: инноваци-
онное предложение; исполнитель проекта; источник финансирования проекта.
Указанные составные части инновационных проектов, за редкими исключе-
ниями, существуют в достаточно большом количестве отдельно друг от друга,
то работа по поиску и подбору партнеров для формирования и последующей
реализации инновационных проектов является весьма важной и совершенно
необходимой для инновационного развития региона. Создание таких баз дан-
ных и последующая работа с их материалами, направленная на формирование
инновационных проектов, позволит активизировать имеющийся инновацион-
ный потенциал.
В практике инновационной деятельности часто приходится встречаться с
тем, что «инновационное предложение (инновационную разработку)» называют
«инновационным проектом», что вносит путаницу в понятия, а также уводит
участников обсуждения от правильного понимания состава работ по инноваци-
|