CC BY
11
Експериментальнi дослщження проводились з форсунками дiаметра-ми 6 i 8 мм на водi та пульпi pi3H0i консистенци. Аналiз результатiв дослiдiв вказав на те, що розхiд пульпи на форсунках пропорцшний ix nepepi3y i не залежить вiд ii консистенци, тобто Q = ki F, де ki - коефщент питомих втрат.
При F = (25... 105) мм залежшсть Q=f (F) лiнiйна, а при F > 105 мм во-на переходить в область квадратично! залежност [2].
Пiдставивши вирази для розрахунюв V i ¡и у формулу (8), остаточно отриманий вираз для визначення ефективно! продуктивност пдроабразивно! обробки зовнiшньоi цилiндричноi поверхнi залiзничних цистерн:
G = 82,213■-- . V" - c - ka- kz -уа. (9)
в +1 (dc2 -1) a
Експериментально встановлено числове значення коефщента c, який за
3
даних умов роботи для обробки стально! поверхш дорiвнюе с=
0,846 • 10-3 г/Н м.
Л1тература
1. Проволоцкий А.Е. Струйно-абразивная обработка деталей машин. - К.: Техтка, 1989. - 177 с.
2. Билик Ш.М. Абразивно-жидкостная обработка металлов. - М.: Машиностроение, 1960. - 198 с.
УДК 66.045 Acnip. Д.ПКтдзера; проф. Я.М. Ханик, д-р техн. наук;
доц. В.М. Атаманюк, канд. техн. наук - НУ "Львiвcька nолiтехнiка"
Г1ДРОДИНАМ1ЧН1 ОСОБЛИВОСТ1 ПРИ СУШ1НН1 ДИСПЕРСНИХ МАТЕР1АЛ1В У Щ1ЛЬНОМУ ШАР1
Представлено експериментальш i теоретичш дослщження пдродинамши фшьтрування теплоносiя крiзь вологий шар торфу при фшьтрацшному сушшш.
Doctorate D. Kidzera, prof. Ya. Khanyk, doc. V. Atamanuk-NU "Lvivs'skaPolitekhnika"
The hydrodynamic peculiarities of drying disperse materials
in the dense layer
In this work are represented experimental and theoretical investigations of the hydrodynamics of hot air filtration through the wet layer of the peat during filtration drying.
У захщних регюнах Украши сконцентроваш значш запаси торфу, теплота згорання якого е достатньо високою i становить 18900-27300 кДж/кг. У зв'язку з цим е актуальною проблема застосування торфу, як палива, у народному господарсга. Це дозволить частково розв'язати енергетичну проблему Украши та зменшити ii залежшсть вщ краш експортерiв енергоносив.
Постановка проблеми. Для використання торфу я паливо його необ-хщно попередньо висушити до вологостi 10-12 % i спресувати у так зваш торфобрикети. З усiх вщомих методiв сушiння найбiльш екологiчно чистим i
найбшьш ефективним е фiльтрацiйне сушiння, кшетика якого великою мiрою визначатиметься пдродинамжою фшьтраци теплоносiя крiзь шар вологого матерiалу. Тому е дуже важливим встановити характер змiни фшьтраци теп-лоносiя протягом процесу сушiння, як i його вплив на кiнетику з метою прог-нозування енергетичних затрат та визначення оптимальних технолопчних параметрiв процесу.
Аналiз останнiх дослвджень i публiкацiй. Дослiдження впливу пдро-динамiки фiльтрування теплоносiя на гiдравлiчний опiр шару зернистого ма-терiалу представлений у наступних роботах [1-4], у яких автори дослщжують гiдродинамiчний опiр сухого шару дисперсного матерiалу. Однак у вище вка-заних роботах вщсутш дослiдження вологого матерiалу, зокрема торфу, а та-кож вщсутш розрахунковi залежностi, якi б дозволили прогнозувати змшу гiдравлiчного опору вологого матерiалу у процесi сушшня.
Мета дослiджень. Мета дано! роботи - на основi експериментальних дослщжень встановити розрахунковi залежностi, якi б дозволили прогнозувати змшу гiдравлiчного опору шару вологого торфу у процес фшьтрацшного сушiння.
Нами дослщжувалась динамiка змiни втрат тиску i швидкостi фiльтру-
_3 _3 _3 _3
вання теплоноЫя у шарi торфу висотою 20-10 ; 30-10 ; 40-10 ; 50-10 м.
АРВ, Па
15000
Ю
0В'
м/
12000
9000
6000
3000
2.40
2.36
2.32
2.28
2.24
0 ^ 2.20
120
240
360
480
т, с
Рис. 1. Залежшсть втрат тиску (крива 2) та фштивноь швидкостi фтьтруван-ня теплоноЫя (крива 1) вiд часу в процеЫ фшьтрацшного сушшня шару торфу
висотою 20-10Т3 м. Т=323 К
Як видно з рис. 1, протягом перших 60 с втрати тиску у шарi вологого торфу залишаються практично без змш i становлять близько 13650 Па. В цей перюд видаляеться поверхнева волога iз нас^зних капiлярiв, через як фшьтруеться теплоносш, вшьний об'ем шару при цьому, змшюеться незнач-но. Починаючи з 60-1 с процесу, за рахунок зменшення вологостi матерiалу, починае зростати кшьюсть наскрiзних проникних для теплоноЫя каналiв, по-являеться i весь час зростае шар сухого матерiалу ^з сторони контакту мате-рiалу з теплоносiем з найвищим сушильним потенцiалом), що приводить до збшьшення вiльного об'ему шару, внаслiдок чого, i до рiзкого зменшення втрат тиску та збшьшення швидкост фшьтрування теплоносiя. Цей перiод
0
тривае до закшчення видалення вологи iз капiлярiв, якi можуть бути газопро-никними для теплоноЫя, i до досягнення матерiалом критично! вологостi. Втрати тиску при цьому зменшуються вiд 13650 Па до 2400 Па (приблизно у 5,7 рази), а фжтивна швидюсть фшьтраци теплоносiя за цей час зростае вщ 2,23 с до 2,39 с (всього в 1,07 раз). Починаючи з 360-1 с волога видаляеться конвективно за рахунок молекулярно! дифузi! води iз ядра частинок до газоп-роникних капiлярiв. Кiлькiсть газопроникних капiлярiв при цьому зали-шаеться постiйною, тому втрати тиску i швидкiсть фшьтрування теплоносiя також залишаються незмiнними. Цей перюд тривае приблизно 90 с до досягнення матерiалом кшцево! вологостi.
Збiльшення висоти шару торфу приведе до збшьшення втрат тиску (при постшному перепаду тискiв на сухому матерiалi) i зменшення швидкос-тi фiльтрування теплоносiя на початку i в кiнцi процесу сушшня, що зви-чайно призведе до зростання часу досягнення критично! i кшцево! вологость Це пояснюеться зменшенням штенсивност пiдведення тепла до вологого ма-терiалу за рахунок зменшення швидкост фiльтрування теплоносiя.
На рис. 2 представлеш результати експериментальних дослщжень гiд-родинамiки фiльтрацi! теплоноЫя крiзь шар торфу висотою 30-10" м.
т, с
Рис. 2. Залежшсть втрат тиску (крива 2) та фжтивноХ швидкостi фшьтрування теплоноЫя (крива 1) вiд часу в процеЫ фтьтрацшного сушшня шару торфу
висотою 3010-3 м. Т=323 К
Як видно з рис. 2 характер змши втрат тиску i швидкост фшьтрування е подiбними з попередшм графiчним зображенням i збшьшення висоти вологого торфу у 1,5 рази призвело до зменшення швидкост фшьтрування теплоноЫя на початку процесу сушшня з юов = 2,23 м / с до юов = 1,9 м / с (приблизно у 1,17 раз) i кшщ процесу сушшня з юов = 2,39 м / с до юов = 2,32 м / с (приблизно у 1,03 рази) це призвело до зростання часу сушшня з 450 с до 750 с приблизно в 1,7 рази.
Для порiвняння наведемо результати експериментальних дослщжень
3 3
шару вологого торфу висотою 40-10" м (рис. 3) i 50-10" м (рис. 4).
т, с
Рис. 3. Залежшсть втрат тиску (крива 2) та фiктивноi швидкостг фтьтрування теплоносш (крива 1) вiд часу в процеа суштня шару торфу висотою 40-Ш3 м. Т=323 К
т, с
Рис. 4. Залежшсть втрат тиску (крива 2) та фктивно1' швидкост1 фтьтрування теплоноЫя (крива 1) вiд часу в процеы фтьтрацшного сушшня шару торфу
висотою 50-10Г3 м. Т=323 К
Як видно з рис. 3-4 графiчнi залежност е подiбними, швидюсть фшьтрування продовжуе зменшуватися, а втрати тиску i час досягнення кш-цево1 вологост зростають. Результати порiвнянь представимо у табл. 1.
Табл. 1. Результаты порiвнянь
к АР в.поч.5 Па Зростае пор1вняно з Н=0,02 м АР Пя в.К1ИЦ,5 хха &ов поч., м/с Зменшуеться по-р1вняно з Н=0,02 м (&ов Юнц., м/с Зменшуеться по-р1вняно з Н=0,02 м т, с Зростае пор1вняно з Н=0,02 м
0,02 13650 1 2400 2,23 1 2,39 1 450 1
0,03 19500 1,43 2400 1,99 1,12 2,32 1,03 750 1,7
0,04 22000 1,61 2400 1,83 1,22 2,10 1,14 900 2,0
0,05 22500 1,65 2400 1,60 1,39 1,77 1,35 1300 2,89
Як видно iз даних табл. 1 зростання висоти шару торфу приводить до зростання втрат тиску на початку процесу сушшня i зменшення швидкост фiльтрування теплоносiя, як на початку, так i в кiнцi процесу, ^ як наслiдок, зростання часу досягнення кшцево! вологостi. Втрати тиску i швидкiсть руху теплоносiя ^зь шар торфу у процесi фшьтрацшного сушiння змiнюються (втрати тиску зменшуються а швидкiсть фiльтрування зростае), тому важливо е встановити закономiрнiсть цих змш з метою прогнозування процесу сушшня. Для цього представимо залежшсть втрат тиску вщ змши швидкостi фiльтрування теплоносiя у процес фiльтрацiйного сушiння на рис. 5.
А Рв , Па 25000
20000
15000
10000
5000
0
1.5 1.8 2.0 2.3 2.5
ю 0, м/с
Рис. 5. Залежшсть втрат тиску у шарi вологого торфу вiд фжтивноХ швидкост1
фльтрування теплоноая. Т=323 К.
Товщина шару: 1 - 5010-3м; 2 - 4010-3м;3 - 3010-3м; 4 - 2010-3м.
Як видно iз рис. 5 змша втрати тиску вщ фжтивно! швидкост руху теплоноЫя ^зь шар вологого торфу може бути представлена у виглядi ль ншно! залежность Величина втрат тиску (при рiвнiй початковш вологост^ на початку сушшня залежить вщ висоти вологого шару i втрат тиску встановле-ного на сухому матерiалi. Кут нахилу прямих до ос ординат буде визначати-ся кшетикою процесу фiльтрацiйного сушiння, тобто штенсившстю шдве-дення теплоти до шару матерiалу. Як видно iз таблицi 1 та рис. 5, штенсив-нiсть сушiння буде найбшьшою у шарi вологого торфу висотою 20-10 м, тому кут нахилу прямо! 4 до ос ординат е найменшим. Тобто, при однакових початкових умовах (вологост i температурi теплоносiя) кут нахилу прямих до ос ординат буде залежати вiд висоти шару i швидкостi фiльтрування теп-лоносiя встановленого по сухому матерiаловi. Тому, для узагальнення експе-риментальних залежностей приведених на рис. 5 !х необхщно доповнити за-лежностями перепаду тисюв у шарi сухого торфу при штучному зменшенш швидкостi фiльтрування теплоноЫя вiд ю0 до 0.
На рис. 6 представлена пдродинамжа фшьтрування теплоносiя крiзь сухий та вологий шар матерiалу.
-V -д- V
ь \
1* 2 V 3^ V . V А \ ЧЛ
А Р, Па 25000
20000
15000
10000
5000
0
0.0
2.5
- о, м/с
Рис. 6. Залежшсть втрат тиску у сухому та вологому шарi торфу вiд фiктивноi швыдкостi фшьтрування теплоноыя. Т=323 К. Товщина шару: 1 - 5010-3м; 2 - 4010-3 м; 3 - 3010-3 м; 4 - 2010-3 м.
Як видно iз рис. 6 пдродинамжа вологого i сухого шару торфу суттево вiдрiзняються мiж собою. Пдродинамша сухого зернистого матерiалу опи-суеться рiвнянням ДарсьВейсбаха. Зростання швидкост фшьтрування тепло-ноЫя в цьому випадку приводить до вщповщного зростання втрат тиску, що i тдтверджуеться експериментальними даними [3]. У процес фiльтрацiйного сушiння (волога пдродинамжа) спостерiгаемо iншу зялежнiсть (рис. 4 i рис. 5). Втрати тиску у процес сушiння зменшуються, а швидюсть фшьтру-вання теплоносiя при цьому зростае. Це пояснюеться мехашзмом фшьтра-цiйного сушiння. На початку процесу теплоносш фiльтруеться через окремi газопроникнi капiляри не заповненi водою, тому ошр шару е великим а швидюсть руху теплоносiя е мшмальною. У мiру висихання матерiалу, доля води у шарi, буде зменшуватися, а юльюсть газопроникних капiлярiв i вшь-ний об'ем будуть зростати, що приведе до зменшення втрат тиску та одночас-ному збшьшенню швидкост руху теплоносiя, так буде продовжуватися до до-сягнення втрат тиску встановлених на сухому матерiялi. Тобто, на основi ска-заного вище можна записати, що втрати тиску у шарi матерiалу залежать вiд:
АР = /(АРС,И, соос, соов)
або
АР = АРс + У(И,аос,аов), (1)
причому втрати тиску у шарi торфу будуть описуватися двома рiвняннями для сухого шару рiвнянням отриманим на основi рiвняння Дарсi-Вейсбаха [1], для вологого - рiвнянням прямо!, яку можна представити у виглядг
АРв = С - В, (2)
де: С - максимальний гiдравлiчний опiр вологого матерiалу у початковий момент часу, коли швидюсть фшьтрування е найменшою; В - коефщент, який залежить вiд висоти шару та штенсивност процесу сушiння.
Представимо коефщенти С i D рiвняння (2) для Bcix висот шару вологого торфу у виглядi табл. 2.
Табл. 2. Коефпцкнти С i D рiвняння (2) для ecix висот шару вологого торфу
H, м С D
0,02 142258 60273
0,03 142966 61033
0,04 156446 73094
0,05 222386 125787
AP = APC + K • Hn -(шос -шов),
Значення коефщенпв С i D зростае i3 зростанням висоти шару матерь алу i легко переконатися у тому, що ця залежшсть носить степеневий характер. Тодi рiвняння (1) можна представити у виглядг
(3)
де: К i n - коефiцiенти, якi визначаються експериментально; (Ooc, сов - вщпо-вiдно фiктивна швидкiсть теплоносiя встановлена по сухому матерiаловi i 6i-жуча фiктивна швидкiсть у вологому матерiалi, м/с; APc - втрати тиску у ша-
рi сухого торфу, як визначаються згiдно [3] за формулою:
APC = 345• H -с +17330 • H•с2ос. (4)
1з врахуванням значень табл. 2 рiвняння (3) можна представити у вигляда:
AP = APc + 6,76 • H13 -(coc -Сов) (5)
або з урахуванням рiвняння (4)
AP = 345 • Н • сос +17330 • Н • с2ос + 6,76 • H1,36 • (coc - сов). (6)
АРеКСП, Па 25000 -з
20000 -=
15000 -=
10000 -=
5000
0 5000 10000 15000 20000 25000
АРТеор.,. Па
Рис. 7. КореляцШна залежшсть мiж значеннями втрат тиску розрахованими теоретично АРтеор та експериментальними значеннями АРексп , Па
Отримане pîbmhm (6) дае можливють розрахувати втрати тиску у ша-pi вологого торфу пiд час його сушшня при вщомих значеннях вихщних па-
0
раметрiв АРс, со ос i працюе в iнтервялi змiни швидкостi с0в ± соос. На рис. 7 представлена кореляцшна зялежнiсть мiж експериментальними та роз-рахованими за рiвнянням (6) значеннями.
Висновок. На основi експериментальних даних отримана розрахунко-ва зялежнiсть (6), яка дозволяе розрахувати гiдравлiчний опiр як вологого так i сухого шару торфу. Як видно iз рис. 7 максимальна вщносна похибка мiж експериментальними та теоретично розрахованими значеннями за рiвнянням (6) не перевищуе 12 вщсотюв, що е прийнятним для практичного викорис-тання цього рiвняння при розрахунку сушильного обладнання.
Лггература
1. Дулеба В.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Пдродинамша тд час руху пов1тря через шар сухого зернистого пол1акриламщу. Ж. Х1м1чна промисловють Украши. №2, 1997. -С. 16-19.
2. Гузьова 1.О., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Пдродинамша фшьтрацшного сушш-ня кавово! сировини для екстрагування жиру. Ж. Х1м1чна промисловють Украши. №5, 2001. -С. 44-46.
3. Юндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Пдродинамка фшьтрацшного су-шшня торфу. Вюник НУ "Льв1вська полiтехиiкам, Х1м1я, технология речовин та 1х застосуван-ня. №426, 2001. - С. 204-208.
4. Юндзера Д.П., Ханик Я.М., Атаманюк В.М. Зернистий матерiал. Гiдродииамiка полщисперсного шару. Ж. Хiмiчиа промисловiсть Украши. №6, 2002. - С. 38-42.
УДК 647.047 Acnip. А.1. Мацьтв* - УкрДЛТУ
АНАЛ1З ОСНОВНИХ КОЕФЩ1СНТ1В ПРИ МОДЕЛЮВАНН1 ПРОЦЕС1В СУШ1ННЯ ДЕРЕВИНИ
Наводяться результати аналiзу залежностей коефщента внутрiшнього волого-перенесення та основних пгроскотчних характеристик деревини дуба, розглянуто можливiсть ïx використання в математичних моделях процеав сушiння.
Doctorate A.I. Matskiv - USUFWT Analysis of main coefficients in wood drying modelling
In article presented equations for assessment of diffusion coefficients and main hygroscopic properties of oak specimens, the possibilities of use its in wood drying modeling are highlighted.
Сонячне сушшня деревини як складний тепломасообмшний процес характеризуется мшливютю режимних параметр1в, як залежать вщ кшма-тичних i погодних умов. Така складшсть процесу зумовлюе потребу у дослщ-женш процесiв сонячного сушiння на математичних моделях. Вивчення про-цеЫв сушiння шляхом моделювання зводиться до розв'язку диференцiальниx рiвнянь в часткових похщних, якi з певним рiвнем адекватностi розкривають меxанiзм внутрiшнього вологоперенесення. Зростаюча потужнiсть комп,ютерноï теxнiки дозволяе отримати числовi розв'язки, однак достовiр-нiсть результатiв моделювання, в основному, залежить вiд адекватностi мате-
Наук. кер1вник: доц. 1.М. Озарк1в, канд. техн. наук - УкрДЛТУ
