CC BY
5
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 66.047 Проф. В.М. Атаманюк, д-р техн. наук; доц. Д.П. Ктдзера,
канд. техн. наук; магктр Р.Р. Госовський - НУ "Львiвська nолiтехнiка "
РОЗРАХУНОК КОЕФЩ1ЕНТА Г1ДРАВЛ1ЧНОГО ОПОРУ П1Д ЧАС РУХУ ТЕПЛОВОГО АГЕНТА КР1ЗЬ СТАЦ1ОНАРНИЙ ШАР ПОДР1БНЕНИХ СТЕБЕЛ СОНЯШНИКА
Наведено результати розрахунку коефщента гiдравлiчного опору, на 0CH0Bi р1внянь Дарсi-Вейсбаха, пiд час руху теплового агента кр1зь шар подрiбнених стебел соняшника. Також проведено аналiз максимального значення вщносно! похибки мiж розрахованими теоретично значеннями втрат тиску АРт та експериментальними АРе, що не перевищуе 20 %. ОбГрунтовано доцiльнiсть використання вiдходiв сiльського господарства, зокрема стебел соняшника, для виготовлення паливних брике™.
Ключовг слова: подрiбненi стебла соняшника, альтернативш джерела енерги, бюмаса, полiдисперсна сумiш, гiдродинамiка, коефщент гiдравлiчного опору.
Свггова тенденщя до зростання цш на традицшш носп енергп привела до активного пошуку альтернативних джерел енергп та формування бюенер-гетичних ринюв, продуктами яких е рщю, тверд1 та газопод1бш палива, отри-маш з вщход1в сшьського господарства [1-4]. Потенщал бюмаси Укра1ни, сформований 1з залишюв соняшника (стебла, листя, кошики, лушпиння), е значним. Лушпиння, загальний об'ем якого в Укра1ш сягае 675 тис. т/рж [5], вже активно використовують для виробництва твердого бюпалива. Зважаючи на високу середню теплотворну здатнють стебел соняшника 12,5 МДж/кг [6], одним 1з перспективних метод1в 1х використання е виробництво твердого палива з такого виду сировини, що сприятиме переходу сшьськогосподарських господарств i завод1в-ол1евиробниюв на власш енергоресурси.
Постановка проблеми. Технолопя виготовлення твердого палива з рослинно! сировини передбачае висушування сировини до вологостi 6-12 %>, тому технологiчнi лшп оснащують рiзними сушарками: барабанними, с^ч-ковими та киплячого шару. Тому частка затрат на тдготування сировини -подрiбнення та сушшня - в собiвартостi брикетiв е значною. О^м цього, су-шарки е громiздкими, енергоемними, потребують встановлення обладнання для очищення теплового агента вщ твердих частин. З огляду на це, досль дження можливостей зменшення енергетичних витрат на стадп сушiння бь омаси соняшника, яка е сировиною для виготовлення твердого бiопалива, е актуальними. Одним iз варiантiв зменшення енергетичних затрат на процес сушшня е замша юнуючого сушильного обладнання на сушарки фшьтра-цшного типу.
Важливим етапом вивчення процесу сушшня подрiбнених стебел соняшника за вибраним методом е дослщження закономiрностей змши пдрав-
АР = (1)
лiчного опору шару сухого матерiалу вiд ф^ивно1 швидкостi руху теплового агента, оскiльки дають змогу прогнозуваги пигомi енергозаграги на ство-рення перепаду тискiв для забезпечення необхщно! швидкостi руху теплового агента ^зь пористу структуру стацюнарного шару матерiалу.
Анал1з останшх досл1джень та публ1кац1й. Для опису пдродинамжи руху газового потоку ^зь стацiонарний пористий шар матерiалу на практищ використовують залежнiсть Дарсi-Вайсбаха [7-11]:
. н .ри
^ е 2 * Еш.
де: X - коефщент опору шару; Н - висота шару, м; - е^валентний дь аметр, м; р - густина газового потоку, кг/м3; и0 - фiкгивна швидюсть руху середовища, м/с, еш - пористють шару матерiалу.
Для визначення коефщента опору в технiчнiй лiтературi пропонують велику кiлькiсть розрахункових залежностей, якi отримано шляхом узагаль-нення експериментальних результатiв для рiзних за розмiрами i формою дис-персних матерiалiв та режимiв фiльтрування газового потоку. Загалом коефь цieнт тертя X можна представити як функщю числа Рейнольдса [12]:
! = — + В, (2)
Яе
де "А" та "В" - невiдомi коефщенти, якi визначають експериментальним шляхом.
Одним iз способiв розрахунку гiдравлiчного опору в шарi дисперсного матерiалу пiд час руху теплового агента ^зь нього е приведення залежностi
(1) до модифжованого рiвняння Ергана А = А * ^ а 3 + В * Р а *и0 i пред-
Н *и0 32* е3 8* Е3
ставлення результатiв дослiджень у вигл_вд залежностi АР/(Н *и0) = / (и0). За вiдрiзком, який вщтинае пряма на осi ординат, визначають невщомий коефь цiент "А", що враховуе вплив в'язких сил, та коефщент "В" - за тангенсом кута нахилу криво1 до ос абсцис i який враховуе вплив шерцшних сил. Отри-маш таким чином розрахунковi залежностi наведено в роботах [7-11]. Ц за-лежностi е справедливими для конкретних матерiалiв, у разi дотримання ана-логiчних геометричних характеристик апаратiв, у межах зазначених швид-костей руху теплового агента, однак коефщент гiдравлiчного опору в них ви-ражений в неявнш формi, тому 1х використання е обмеженим.
У техшчнш лiтературi [12] залежнiсть (2) з врахуванням коефщенпв "А" та "В" представляють у виглядi:
133
X = 133 + 2,34. (3)
Яе
Залежнiсть (3) е справедливою для визначення коефщента гiдравлiч-ного опору тд час руху теплового агента (в межах трьох режимiв) ^зь шари дисперсних матерiалiв, як складаються з частинок правильно1 форми. Однак вона не дае достатньо! точносп для визначення коефiцiента гiдравлiчного
опору руховi теплового агента крiзь шари полщисперсних матерiалiв, якi складаються з частинок неправильно! форми, мають складну структуру шару, характеризуеться рiзним ступенем перекриття поверхш частинок, якi омива-ються тепловим агентом.
Оскшьки едино! методики щодо визначення чинника форми частинок i ступеня перекриття поверхш у полщисперсних матерiалах не юнуе, то вико-ристання залежносп (3) для зазначених випадкiв е неможливим через велику похибку мiж теоретично розрахованими й експериментальними значеннями.
Для визначення коефщента гiдравлiчного опору в шарах, сформова-них iз частинок цилшдрично! форми, автори [13] пропонують використовува-ти залежнiсть
Х= —. (4)
Однак, виходячи з форми запису залежностi, можна зробити висновок, що вона е справедливою в межах руху теплового агента в ламшарному режи-мi та не дае достатньо! точносп в автомодельнiй областi та тд час турбулентного руху останнього.
Як стверджують автори робгт [7-11], унiверсальних розрахункових за-лежностей, якi можна було б використовувати для будь-яких полщисперсних матерiалiв, не iснуе, тому для кожного дисперсного матерiалу необхiдно ек-спериментально визначати невiдомi коефiцiенти рiвнянь (2) або (4).
1снують залежносп для визначення коефiцiентiв опору, отримаш шляхом застосування критерiальних рiвнянь, для шарiв "енергетично!" верби [14], шлаку, глини та сирцевих гранул [15, 16], гранульованого крупнопористого силжагелю [17], як характеризуються високою точнютю для зазначених матерiалiв. Однак для подрiбнених стебел соняшника щ залежностi викорис-тати неможливо через велику вщмшнють форми i розмiрiв частинок.
Коефiцiент гiдравлiчного опору X можна визначити шакшим чином,
АР* е2
беручи за основу залежнють (1) i виразивши складову -ш як критерiй
• I2
Ейлера:
Р* Щ
АР*Е}'ае = Ей* — = - = / (Яе), (5)
р*и2* Н Н 2 '
звiдки Х = 2* — * Ей = / (Яе) (6)
Н
На основi проведеного аналiзу джерел лiтератури можна зробити висновок, що залежностей для визначення коефщента гiдравлiчного опору руховi теплового агента ^зь шар дисперсного матерiалу, який був би аналогiчним шаров^ сформованого з подрiбнених стебел соняшника за гранулометричним складом, формою та структурою частин, не юнуе, тому дослщження пдроди-намiки стацiонарного шару подрiбнених стебел соняшника е актуальним.
Метою роботи е визначення коефщента гiдравлiчного опору X, що дасть змогу використовувати вiдому залежнiсть ДарсьВейсбаха для прогно-
зування енергетичних затрат на процес фшьтрацшного сушшня подрiбнених стебел соняшника в широких межах режимiв руху теплового агента.
Результати досл1джень. Подрiбненi стебла соняшника - це полщис-персна сумш частинок капшярно-пористо! структури, гранулометричний склад яко! представлений "малими" фракцiями вщ 0 _ 0,16 до 0,63 _ 1,25, як становлять 58,3 %, та "великими" фракщями вiд 1,25...2,5 до >5,0, яю станов-лять 41,7 %о. Розмiри частинок визначали за допомогою мiкроскопу МБЧ-11. "Кулястими" вважали частинки, у яких L / d < 2, "подовгастими" - L / d > 2. Встановлено, що у "великих" фракщях частинки мають лише кулясту форму, в "малих" фракцiях - 20 % частинок мають кулясту форму та 80 % - подовгасту.
Результати експериментальних дослщжень втрат тиску як функци фж-тивно! швидкост для подрiбнених стебел соняшника наведено на рис. 1. Пд-равлiчний опiр подрiбненого матерiалу залежить вщ структурно! будови шару (тд час дослiджень за вiдповiдних перепадiв тиску структура шару змшю-валась незначно), будови частинок (наявнiсть газопроникних пор i каналiв), !х форми, висоти шару, а також вщ швидкост фiльтрування теплового агента та його параметрiв (густини, в,язкостi).
На рис. 2 експериментальш данi представлено в безрозмiрнiй формi у виглядi графiчноl залежностi числа Ейлера вщ числа Рейнольдса для подрiб-нених стебел соняшника. Графiчна залежнiсть (рис. 2) дае змогу прогнозува-ти втрати тиску за вiдомих режимiв руху теплового агента крiзь стащонарний шар подрiбнених стебел соняшника рiзноl висоти, що е зручним для шженер-них розрахункiв промислового обладнання, за вщомих параметрiв лабораторного устатковання, використовуючи масштабнi коефiцiенти.
Л/Ч О"3 Па j7it
Для визначення коефiцiента гiдравлiчного опору Л експериментальнi данi, наведет на рис. 1, представимо у виглядi функщонально! залежностi Л = f (Re) (рис. 3). Апроксимащя результатiв експериментальних дослiджень
степеневою функщею (рис. 3) дала змогу представити коефщент гiдравлiч-ного опору у виглядг
О 40 80 120 160 0 4 8 12 16 20 Рис. 3. Залежшсть коеф'щкпта zidpae- Рис. 4. Кореляцшна залежшсть лиж
л'тпого опору eid числа Рейнольдса для теоретичнорозрахоеаними значениями
nodpiñiieiiux стебел соняшника втрат тиску АРт та експерименталь-
(позначення вгдповгдаютъ рис. 1) ними значениями втрат тиску АРе
-25 -20 -15 -10 - 5 0 5 10 15 20 25 % Рис. 5. Пстограма вiдхилення експериментальних даних вiд теоретично розрахованих
На рис. 4 наведено кореляцшну залежшсть мiж теоретично розрахова-ними значеннями втрат тиску АРт зпдно зi залежшстю (1) з урахуванням за-лежност (7). Однак з аналiзу рис. 4 видно зб^ мiж експериментальними i те-оретичними значеннями втрат тиску, що дае змогу зробити висновок про мож-ливiсть використання отриманих залежностей для проектних розрахунюв су-
шильного обладнання, щоб nopiBHara вiдхилення мiж експериментальними да-ними i теоретично розрахованими значениями на основГ залежностi (1) та (2).
На рис. 5 наведено пстограму вщхилень мiж експериментальними да-ними й теоретично розрахованими значеннями i3 залежностi (1) i (2). З аналь зу пстограми видно, що основна частина розрахованих значень не перевищуе 10-15 %, що е цiлком прийнятним для практичних розрахунюв обладнання з метою фшьтрацшного сушiння. Значення похибки понад 20 %> пояснюють складнiстю форми частинок i стихiйнiстю формування шару.
Висновки. Визначений коефщент гiдравлiчного тертя X дае змогу прогнозувати енергетичш затрати на процес фiльтрацiйного сушшня у широких межах режимiв фiльтрування теплового агента (20 < Re < 140) з достатньою для проектних розрахункiв точнютю. Максимальне значення вщносно! похибки мiж теоретично розрахованими значеннями втрат тиску АРт (згiдно iз за-лежнiстю (1)) та експериментальними АРе не перевищуе 20 що пояснюють складною формою окремих частинок i стихшнютю формування шару.
Л1тература
1. Зшчук Т.О. Еколого-економ1чн1 аспекти розвитку бюенергетики в GC: Hcrni тенденци та перспективи для Украши / Т.О. Зшчук // Вюник ДАУ : зб. наук. праць. - 2007. - № 1. - С. 233-245.
2. Макарчук О.Г. Ефективнють використання бicенергетичнcгc потенщалу сшьськогос-подарських тдприемств : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. екон. наук: спец. 08.00.04 - "Економжа та управлшня шдприемствами (за видами економiчноl д1яльност1)" /
0.Г. Макарчук. - К., 2010. - 20 с.
3. Гелетуха Г.Г. Государственное регулирование развития биоэнергетики в странах Европы и США / Г.Г. Гелетуха, Т. А. Железная // Промышленная теплотехника. - 2002. - № 4. -С. 81-88.
4. Самилш О.О. Перспективи використання бюмаси як палива / О.О. Самилш, Н.М. Ци-венкова, А.А. Голубенко // Вюник ДАУ : зб. наук. праць. - 2007. - № 1. - С. 171-177.
5. Железна Т. Лушпиння соняшнику для теплових потреб / Т. Железна, О. Морозова // Зелена енергетика. - 2007. - № 4. - С. 24-25.
6. Новин технологй бюенергоконверси : монограф1я / Я.Б. Блюм, Г.Г. Плетуха,
1.П. Григорюк, В.О. Дубровш, А.1. Gмець, Г.М. Забарний та шш. - К. : Вид-во "Аграр Мед1а Груп", 2010. - 326 с.
7. Юндзера Д.П. Пдродинамжа фшьтрацшного сушшня торфу / Д.П. Юндзера, Я.М. Ха-ник, В.М Атаманюк // Вюник Державного ушверситету "Льв1вська полггехшка". - Сер.: Х1м1я, технолопя речовин i !х застосування. - Льв1в : Вид-во ДУ "Льв1вська полггехшка". - 2001. -№ 426. - С. 204-208.
8. Гузьова 1.О. Пдродинамжа фшьтрацшного сушшня дисперсних матер1ал1в / 1.О. Гузьова, Я.М. Ханик // Вюник Державного ушверситету "Льв1вська полггехшка". - Сер.: Х1м1я, технолопя речовин i !х застосування. - Льв1в : Вид-во ДУ "Льв1вська полггехшка". -2000. - № 414. - С. 168-172.
9. Аль-Ашкар Ясер. Фшьтрацшне сушшня дисперсних матерiалiв в щшьному шар1 при И-на^вант : дис. ... канд. техн. наук / Ясер Аль-Ашкар. - Льв1в, 1997. - 146 с.
10. Юндзера Д.П. Сушшня паливних матерiалiв рiзнодисперсного складу у щшьному шар1 : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук. - ЛьвГв, 2003. - 20 с.
11. Гузьова 1.О. Пдродинамжа i тепломасообмш шд час фiльтрацiйного сушшня матер> алiв кристалiчноl та аморфно! структури : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук. - ЛьвГв, 2002. - 20 с.
12. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. - В 2-ух книгах / Н.И Гельперин. - М. : Изд-во "Химия", 1981. - 812 с.
13. Аэров М.Э. Аппараты со стационарным зернистым флоем / М.Э. Аэров, О.М. Тодес, Д.А. Наринский. - Л. : Изд-во "Химия", 1979. - 176 с.
14. Мосюк М.1. Гiдродинамiка стацiонарного шару m^pi6HeH0i "енергетично!" верби пiд час фшьтрацшного сушiння / М.1. Мосюк, В.М. Атаманюк, Д.П. Кiндзера // HayKOBi працi Одесько! нацюнально! академп харчових технологш. - Одеса : Одеська нацюнальна aкaдемiя харчових технологiй. - 2011. - Вип. 40, т. 1. - 274. - С. 197-202 с.
15. Атаманюк В.М. Пдродинамжа стацюнарного шару техшчного вуглецю // В.М. Атаманюк, Я.М. Гумницький // Восточно-Европейский журнал передовых технологий/ - Хар-гав. - 2009. - Вип. 5/5 (41). - С. 29-34.
16. Атаманюк В.М. Пдродинамжа стацюнарного шару полщисперсного мaтерiaлy тд час фiльтрaцiйного сушшня. / В.М. Атаманюк, 1.Р. Барна, Р.В. Ходорiвський, М.П. Пелех // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2011. - Вип. 21.9. - С. 104-110.
17. Атаманюк В.М. Пдродинамжа стацюнарного шару гранульованого крупно пористого силжагелю / В.М. Атаманюк, Р.В. Ходорiвський, М.М. Басютий // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2012. - Вип. 22.5. - С. 116-121.
Атаманюк В.М., Киндзера Д.П., Госовский Р.Р. Расчет коэффициента гидравлического сопротивления при движении теплового агента сквозь стационарный слой измельченных стеблей подсолнечника
Приведены результаты расчета коэффициента гидравлического сопротивления, на основе уравнений Дарси-Вейсбаха, при движении теплового агента сквозь слой измельченных стеблей подсолнечника. Также проведен анализ максимального значения относительной погрешности между рассчитанными теоретически значениями потерь давления АРт и экспериментальными АРе, не превышающей 20 %. Обоснована целесообразность использования отходов сельского хозяйства, в частности стеблей подсолнечника, для изготовления топливных брикетов.
Ключевые слова: измельченные стебли подсолнечника, альтернативные источники энергии, биомасса, полидисперсная смесь, гидродинамика, коэффициент гидравлического сопротивления.
Atamanyuk V.M., Kindzera D.P., Gosovsky R.R. The calculation of the coefficient of hydraulic resistance in the thermal motion of the agent through the stationary layer of crushed sunflower stems
The results of calculation of the coefficient of hydraulic resistance, based on the equations of Darcy-Veysbaha during the movement of heat the agent through layer of crushed sunflower stems. Also the analysis of maximum relative error between the calculated theoretical values of pressure loss АРт and experimental АРе not exceeding 20 %. Feasibility of using agricultural waste, including sunflower stalks for the manufacture of fuel briquettes.
Keywords: crushed sunflower stems, alternative energy, biomass, polydisperse mixture, hydrodynamics, the coefficient of hydraulic resistance.
УДК 614.843 (075.32) Проф. Е.М. Гул1да, д-р техн. наук; доц. 1.О. Мовчан, канд. техн. наук - Львгвський ДУ безпеки життедгяльностг
ОЦ1НЮВАННЯ ПОЖЕЖНОГО РИЗИКУ ДЛЯ СПОРУД ВИРОБНИЧОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
На пiдставi анатзу основних положень теори надшност отримано залежносп для визначення кшьгасно! величини потенщального, шдивщуального та сощального пожежних ризигав для споруд виробничого призначення. Отримаш залежносп дають змогу прогнозувати значення пожежних ризигав для реалiзацii пожежно! безпеки об'екта захисту та !! наслщгав для людей i матерiальних щнностей, що е дуже важли-вим для попередження можливосп виникнення пожеж^
Ключот слова: пожежний ризик, пожежа, частота появи пожеж^ ^енсившсть вщмов.
