CC BY
4
Л1тература
1. Aloy Kaze Клод. On the Comparison of some Selected Artificial Roughness Geometries used in Solar Air Collectors / Kaze Aloy Клод // Energy and Exergy Analysis. European Journal of Scientific Research. - 2010. - Vol. 45, No. 2. - P. 136-139.
2. Brij Bhushan. A review on methodology of artificial roughness used in duct of solar air heaters / Bhushan Brij, Singh Ranjit // Energy. - 2010. - Vol. 35. - P. 202-212.
3. Mridul Sharma. Varun Performance estimation of artificially roughened solar air heater duct provided with continuous ribs / Sharma Mridul // Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Hamirpur, India. - 2010. - Vol. 38. - P. 172-178.
4. Irfan Kurtbas. Firat University, Mechanical Education Department, Elazig, TURKEY / Kurtbas Irfan and Turgut Emre // International Journal of Science & Technology. - 2006. - Vol. 1, No. 1. - P. 75-82.
5. Gupta M.K. Performance evaluation of solar air heater having expanded metal mesh as artificial roughness on absorber plate / M.K. Gupta, S.C. Kaushik // Int. J. of Thermal Sciences. - 2009. - Vol. 48. - P. 1007-1016.
6. Михеев М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеев. - Изд. 4-ое, [пере-раб. и доп.]. - М. : Изд-во "Энергия", 1977. - 344 с.
7. Возняк О.Т. Основи наукових дослщжень у будiвництвi / О.Т. Возняк, В.М. Желих. -Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полггехнжа", 2003. - 173 с.
Лесик Х.Р., Желих В.М. Экспериментальное исследование тепловой мощности термосифонного солнечного коллектора
Представлены результаты натурных экспериментальных исследований по определению тепловой эффективности гелиоколектора, в зависимости от значения числа Re. Установлен коэффициент полезного действия предложенного термосифонного солнечного коллектора. Получены зависимости для определения количества полученного тепла.
Ключевые слова: термосифонный солнечный коллектор, воздушная система отопления, естественная конвекция, теплопоглощающая поверхность, число Рейнольдса.
Lesik Ch.R., Zhelykh V.M. Experimental research of thermal power of thermo-siphon solar collector
In this article presents the results of natural experiments to determine the thermal power of solar collector depending on the value of the number Re. It was determined the efficiency of the proposed thermo-siphon solar collector. Obtained dependences for determining the amount of generated heat.
Keywords: thermo-siphon solar collector, air heating system, natural convection, absorbent surface, Relnolds number.
УДК 66.047 Здобувач Б.М. Микичак1; проф. П.В. Бтей1, д-р техн. наук;
доц. Д.П. ШндзерО2 , канд. техн. наук
Г1ДРОДИНАМ1КА Ф1ЛЬТРАЦ1ЙНОГО СУШ1ННЯ ПАКЕТА ШПОНУ
Представлено результати експериментальних дослщжень гщродинамжи пакетного сушшня шпону фшьтрацшним методом. Отримано критерiальнi залежносп, яга дають змогу використовувати результати для проектування нового сушильного об-ладнання.
Ключов1 слова: шпон, фшьтрацшне сушшня, пакет лис™ шпону, гщродинамжа, тепловий агент, крш^альш рiвняння, втрати тиску, геометричш параметри пакета.
1 НЛТУ Украши, м. Льв1в;
2 НУ "Льв1вська поттехшка"
Постановка проблеми. Струганий та лущений шпон широко застосо-вують у меблевш промисловосп як личкувальнi матерiали та е натвфабрика-тами для виготовлення фанери та деревинношаруватих матерiалiв. Техноло-пя виготовлення шпону е багатостадiйною та енергоемною. Найвищими затратами енергл характеризуеться стадiя сушiння шпону вщ вологостi 40...120 % до 6-12 % [1-4]. Для зневоднення шпону в промислових умовах використовують роликовi сушарки з поздовжньою, поперечною циркулящ-ями теплового агента та сопловим дуттям. Сушарки iз сопловим дуттям е найпродуктившшим обладнанням для висушування шпону, однак 1х вадою е велик витрати електроенергп на створення штенсивно! циркуляцп агента сушшня. Отже, впровадження у виробництво високоштенсивних сушарок, якi забезпечували б високу якiсть шпону за мiнiмальних енергетичних затрат, е актуальним завданням.
Вщомо, що фшьтрацшне сушiння е високоiнтенсивним методом су-шiння дисперсних та листових матерiалiв i мае переваги, порiвняно з тради-цiйними методами 1х зневоднення, а саме: наявнють перiоду мехашчного ви-тiснення вшьно! вологи для деяких матерiалiв; можливiсть використання теплового агента з низьким температурним потенщалом; зниження затрат тепло-во! енергп на процес, збiльшення швидкосп сушшня; пiдвищення якостi ви-сушуваних матерiалiв, вилучення стадп очищення теплового агента [5-9].
Шпон е одним iз матерiалiв, для зневоднення якого можна застосувати фшьтрацшне сушшня. Для реатзацп процесу запропоновано пакетне сушш-ня шпону фiльтрацiйним методом. Формування пакетiв iз листiв шпону за-безпечуе вiльне всихання останнiх тд час профiльтровування теплового агента ^зь канали мiж листами, а також фжсування 1х форми для запобшан-ня жолоблення та розривiв.
Анал1з останн1х досл1джень 1 публ1кац1й. Першим етапом досль дження фiльтрацiйного сушшня, як способу зневоднення шпону, е вивчення пдродинам^, що дае змогу прогнозувати затрати на процес, таким чином вказуючи на доцшьшсть його реатзацп. Фiльтрацiйний процес сушiння листових газопроникних матерiалiв вивчали на об'ектах рiзноl структурно! моди-фжацп [4-8] i одним iз важливих завдань, яке виникало перед авторами робгг тд час вивчення пдродинамжи, було узагальнення результатiв дослiджень з отриманням розрахункових залежностей, якi давали б змогу розрахувати пд-равлiчний опiр матерiалiв залежно вiд швидкост руху теплового агента, його фiзичних параметрiв, а також структурних особливостей об'екпв дослiджень.
У роботах [7-9] для прогнозування втрат тиску в листових матерiалах використовують залежнiсть ДарсьВейсбаха, яку приводять до модифжовано-го двочленного рiвняння Ергана i ця залежшсть е достатньо зручною для використання. У щ рiвняння входять коефiцiенти А i В, значення яких змшю-ються залежно вщ структурно! модифжацп газопроникного матерiалу. Автор роботи [8] для розрахунку втрати тиску в шарi сухого матерiалу (азбестовий листовий матерiал нерiвномiрноl структури) застосовуе модифiковане рiв-няння Ергана:
АР
Н = 6,8-104-оо + 3,1 -104-ю02, (1)
а в робот [7] для листового матерiалу "шторм" це рiвняння мае вигляд: АР
-= 2,9-105-о + 8,03-104-ю02. (2)
Н
Отже, розрахунковi залежностi для визначення втрат тиску в листових матерiалах, якi наведет у зазначених вище роботах, стосуються конкретних матерiалiв i не е ушверсальними, тому застосувати 1х для шших листових ма-терiалiв, або за шших режимiв руху теплового агента, не можна. Узагальнен-ня результат дослiджень гiдродинамiки можна було б представити у виглядi критерiальних рiвнянь, щоб дало змогу прогнозувати втрати тиску з бшьшою точшстю та використовувати отриманi результати для проектування промис-лових установок.
Мета досл1джень. На основi узагальнення експериментальних досль джень встановити розрахунковi залежностi та представити 1х у безрозмiрнiй формi, зручнш для використання в iнженернiй практищ, якi дали б змогу прогнозувати втрати тиску в пакет листв шпону залежно вiд фжтивно! швидкост фiльтрування теплового агента.
Експериментальна частина роботи. Дослщження гiдродинамiки пакетного сушшня шпону фiльтрацiйним методом проводили на лабораторнш експериментальнiй установцi за розробленою методикою [10]. Пакети фор-мували з листiв шпону однаково! товщини (1,5; 2; 3; 3,5; 4; 4,5 мм), а тепло-вий агент профшьтровувався крiзь канали, утворенi мiж листами шпону.
Залежност втрат тиску в пакетах залежно вщ фжтивно! швидкостi фiльтрування теплового агента ^зь канали зображено на рис. 1.
Рис. 1. Залежшсть втрат тиску в пакетах шпону для рiзних товщин листiв залежно вiд фштивно1 швидкостi фтьтрування теплового агента
Вщомо, що для узагальнення пдродинамжи руху пов^я ^зь порис-ту структуру матерiалу використовують теорда подiбностi та критерiальнi рiвняння [11]:
Ей = f (Яе, ¥т, Но) (3)
Це piBMHM можна спростити, якщо потж пов^я вважати встановле-ним, а вплив сил земного тяжшня на рух повггря незначним, тобто критерь ями гомохромност Ho i Фруда Fr можна знехтувати. Отже, рiвняння (3) можна представити у виглядг
Eu = f (Re), (4)
або залежшсть (4) можна апроксимувати степеневою залежнiстю:
Eu = A * • Ree n, (5)
де: Ree - критерiй Рейнольдса, який враховуе значення еквiвалентнoгo дь аметра канашв мiж листами шпону, крiзь як профшьтровуеться тепловий агент; коефщент "A *" та показник степеня "n" визначаються експеримен-тально.
Безрoзмiрна форма представлених результат дoслiджень дае змогу поширювати знайденi залежнoстi на групу пoдiбних мiж собою прoцесiв. Якщо визначальш критери будуть пoдiбними, то oтриманi на експерименталь-ному обладнанш результати можна буде використати для проектування нового сушильного обладнання. На рис. 2 представлено експериментальш досль дження пдродинамжи руху повггря крiзь пакети листiв шпону для рiзних товщин у виглядi Eu = f (Ree).
Рис. 2. Залежшсть числа Ейлера eid числа Рейнольдса для nanemie шпону
(позначення в\дпов\даютъ рис. 1)
Експериментальш дат (рис. 1) апроксимували степеневою залежшс-тю Eu = f (Ree) (рис. 2) та визначили ^B^OMi коефщент "A *" i показник степеня "n" залежностi (5), з урахуванням яких (" A * "=1106; "n"= - 0,9) И можна представити так:
Eu = 1-106 • Ree -0'9. (6)
Коефщент " A *" у розрахунковiй залежностi (6) враховуе вплив пдро-динамiчних параметрiв процесу, якi ми не врахували пiд час представлення експериментальних даних, зокрема геометричних характеристик установки, товщин лис^в шпону тощо. Внаслiдок того, що висоти всiх пакетiв шпону е однаковими, а е^валентний дiаметр каналiв, крiзь якi фiльтруеться тепло-
вий агент, визначаеться вщстанями мiж листами, яю е приблизно однаковими для вшх товщин, ми отримали залежнiсть (6), яка дае змогу визначити втрати тиску в пакетах листiв шпону для рiзних товщин. Однак, для використання ще! залежностi з метою проектування промислового обладнання, необхвдно врахувати вплив геометричних параметрiв пакета, а саме: товщини лиспв шпону i зазору мiж ними, еквiвалентного дiаметра i висоти пакета, що дасть змогу, користуючись теорiею подiбностi, поширити отриману залежнiсть для будь-яких товщин i розмiрiв пакетiв шпону, якщо гiдродинамiчна картина процесу сушiння буде подiбною.
Для врахування впливу змшних геометричних параметрiв пакета, а саме: товщини лиспв шпону, висоти пакета, зазору мiж листами, залежнють (5) необхiдно доповнити геометричними симплексами i представити 11 у виглядг
Ей = А- Яее"- Гг Г2, (7)
або Ей = А-Яееп-Н- —. (8)
de 3
Коефiцiент "А" у розрахунковш залежностi (8) враховуе вплив пдро-динамiчних параметрiв процесу, яю ми не врахували пiд час представлення експериментальних даних. Розрахункова залежнють (8) справедлива, якщо виконуеться умова 10 < Яе < 180. Поставивши у залежнiсть (8) значення геометричних параметрiв установки та пакепв шпону, визначимо iстинне значення коефщента "А". Результати розрахунюв наведено у табл.
Табл. Значення нев1домого коефщ1ента "А" та показника степени "п"
залежностг (8) залежно в'гд параметры! установки та пакетгв шпону
3-104, м de - 103, м Е , м3/м3 Н -103,м —-103,м А п
1,5 1,625 0,347 8666
2,0 1,630 0,288 6520
3,0 1,636 0,245 5230
3,5 1,641 0,213 100 8,0 4380 - 0,9
3,5 1,647 0,187 3770
4,0 1,652 0,171 3300
4,5 1,657 0,155 2950
чт/-- ■ ■ ^ о - de - р
У таблицi введено таю умовш позначення: Яее =--— еквiвален-
М
тний критерiй Рейнольдса; о - дшсна швидкiсть руху повiтря крiзь канали, м/с; de - еквiвалентний дiаметр каналiв мiж листами шпону, м; р - густина
з Н повггря, кг/м ; м - коефщент юнематично! в'язкостi повiтря, Па-с; Г1 =--
dг
симплекс геометрично! подiбностi, що враховуе сшввщношення висоти листа
шпону в пакет Н [м] до е^валентного дiаметра каналiв мiж листами шпону
—
de [м], крiзь якi профшьтровуеться тепловий агент; Г2 =--симплекс ге-
3
ометрично! подiбностi, що враховуе спiввiдношення товщини скоби — [м] до
товщини лис^в шпону 8 [м]; Ей =-2 - критерш Ейлера; АР - втрати
р-а>
тиску в пакет шпону, Па. Як видно з таблищ, зростання товщини лис^в шпону приводить до зниження значень коефщента "А", що пояснюють змен-шенням вiльного об'ему пакета, внаслiдок зменшення кiлькостi пластин мiж листами шпону.
На рис. 3. зображено кореляцшну залежнiсть мiж розрахованими за залежнiстю (8) значеннями втрат тиску АРтеор. i експериментальними даними втрат тиску АРекс..
0 10 20 30
АРекс Л0~\ Па
Рис. 3. Кореляцшна залежшсть мiжрозрахованими згiдно з залежшстю (8) значеннями втрат тиску АРтеор. i експериментальними даними АРекс. (позначення в\дпов\даютъ рис. 1)
Як видно з рис. 3, значення розраховано зпдно з залежшстю (8) зб^а-ються з експериментальними, а максимальне значення вщносно! похибки не перевищуе 10,4 %.
Висновки. На основi проведених експериментальних дослiджень та узагальнення результат встановлено, що втрати тиску в пакет шпону зале-жать вщ товщини листiв та вiдстанi мiж ними i не перевищують 30 кПа за фштивно! швидкостi фшьтрування теплового агента с = 0,1 + 0,45 м/с (дiйсна швидюсть с = 0,1 + 1,5 м/с). Незначний гiдравлiчний опiр руховi теплового агента шдтверджуе доцiльнiсть застосування пакетного сушшня шпону фiльтрацiйним методом, а отримана в критерiальнiй формi залежшсть (8) дае змогу прогнозувати пдродинамжу фiльтрацiйного сушiння та енергетичнi затрати на створення перепаду тисюв i використовувати експериментальнi дослiдження для проектних розрахунюв сушильного обладнання шпону в дь апазонi значень чисел Рейнольдса 10 < Яе < 180 з достатньою для таких розрахунюв точшстю.
Л1тература
1. Бехта П. А. Виробництво 1 оброблення лущеного та струганого шпону / П. А. Бехта. -К. : Вид-во 1ЗМН, 1995. - 296 с.
2. Бехта П.А. Виробництво шпону : шдручник / П.А. Бехта. - К. : Вид-во "Основа", 2003. - 256 с.
3. Бшей П.В. Ефектившсть використання теплово! енергп шд час виготовлення шпону i фанери / П.В. Бшей, 1.В. Петришак, 1.А. Соколовський // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2008. - Вип. 18.9. - С. 118-121.
4. Бшей П.В. Ефектившсть використання теплово! енергп шд час виготовлення шпону i фанери / П.В. Бшей, 1.В. Петришак, 1.А. Соколовський // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2008. - Вип. 18.9. - С. 118-121.
5. Ханик Я.М. Сушшня листових газопроникних матерiалiв / Я.М. Ханик, Б.М. Мики-чак, В.М. Кузьма // Поступ в нафтогазопереробнш промисловосп : тези доп. III наук.-техн. конф. - Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полггехнжа", 2006. - С. 260-264.
6. Ханик Я.М. 1нтенсифжащя процесу сушшня листових деревних матерiалiв / Я.М. Ханик, Б.М. Микичак, В.М. Гербей // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : Вид-во УкрДЛТУ. - 2001. - Вип. 11.2. - С. 82-84.
7. Ханык Я.Н. Фильтрационная сушка плоских газопроницаемых материалов : автореф. дисс. на соискание учен. степени д-ра техн. наук. - Львов, 1992. - 36 с.
8. Бшецька Л.З. Комбшоване фшьтрацшне сушшня листових кашлярно-пористих коло-!дних матерiалiв / Л.З. Бшецька. - Львiв - 1996. - 234 с.
9. Топчий В.И. Фильтрационная сушка и охлаждение плоских капилярно-пористых материалов : дис. ... канд. техн. наук / В.И. Топчий. - К., 1987. - 20 с.
10. Бшей П.В. Методика дослщження фшьтрацшного сушшня пакету шпону / П.В. лей, Б.М. Микичак, Д.П. Юндзера // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. -Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2012. - Вип. 22.5. - С. 182-184.
11. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии / Н.И. Гель-перин. - В 2-ух кн. - М. : Изд-во "Химия", 1981. - 812 с.
Микичак Б.М., Билей П.В., Киндзера Д.П. Гидродинамика фильтрационной сушки пакета шпона
Представлены результаты экспериментальных исследований гидродинамики пакетной сушки шпона фильтрационным методом. Получены критериальные зависимости, которые дадут возможность использовать результаты для проектирования нового сушильного оборудования.
Ключевые слова: шпон, фильтрационная сушка, пакет листов шпона, гидродинамика, тепловой агент, критериальные уравнения, потери давления, геометрические параметры пакета.
Mikichak B.M., Biley P. V., Kindzera D.P. Hydrodynamics of filtration drying veneer package
The results of experimental investigations of hydrodynamics of filtration drying veneer package are presented in the article. Obtained criterion depends, according to which the results will be used for designing newdrying equipment.
Keywords: veneer, filtration drying, veneer sheets package, hydrodynamics, heat agent, criterial equation, pressure loss, geometric parameters of the package.
