CC BY
39
Москва-Ленинград: Госэнергоиздат, 1951. - 168 с.
10. Поцелуев, А.А. Обоснование параметров линии циркуляции воды в груп-
повой поилке / А.А. Поцелуев, Е.А. Таран // Совершенствование процессов и технических средств в АПК. - Зерноград, 2005. -Вып. 6. - С. 90-95.
Сведения об авторах
Таран Елена Александровна - канд. техн. наук, доцент кафедры безопасности технологических процессов и производств Азово-Черноморской государственной агроинже-нерной академии (г. Зерноград).
Орищенко Ирина Викторовна - аспирантка кафедры безопасности технологических процессов и производств Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)36-0-23. E-mail: Irinaoris@mail.ru.
Information about the authors
Taran Elena Alexandrovna - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the safety of technological processes and production department Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd).
Orishenko Irina Viktorovna - post-graduate student of the safety of technological processes and production department Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)36-0-23. E-mail: Irinaoris@mail.ru.
УДК 551.551.6:532.526
ТУРБУЛЕНТНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕН НА ПОРИСТОЙ ПОВЕРХНОСТИ
© 2011 г. П.В. Никитин, А.А. Хащенко
Анализ тепло- и массопереноса проведен для пористой поверхности и неизотермических условий при наличии поперечного потока газов.
Опыты проводились в цилиндрических графитовых каналах. Стенки каналов нагревались токами высокой частоты до температуры 2000 К. Инертные газы аргон, азот или гелий подавались через пористую поверхность. Обтекаемая поверхность подвергалась химической эрозии в потоке воздуха.
Расчеты по формулам, выраженным в виде критериев подобия, удовлетворительно согласуются с результатами экспериментов.
Ключевые слова: тепломассообмен, пористая поверхность, поток, газ, графитовые каналы, высокая частота, инертные газы, химическая эрозия.
Analysis heat and mass transfer moved for a porous surface and unisothermal terms at presence of transversal stream of gases. Carried out tests in the cylindrical graphite ducts. The walls of ducts were heated the currents of high-frequency to the temperatures of 2000 K. Inert gases: argon, nitrogen or helium was given through a porous surface. The streamlined surface was exposed to chemical erosion in a blast. Calculations in formulas, to expressed as criteria of similarity, satisfactorily comport, with results of experiments.
Key words: heat and mass transfer, porous surface, graphite channels, streams, porous surface, chemical reaction, inert gases, erosion of elements.
Одним из эффективных способов защиты поверхностей от внешнего воздействия агрессивных потоков различных сред является пористый вдув. На обтекаемой поверхности возможно протекание химических реакций, приводящих к эрозии элементов технологических устройств. Поэтому возникает необходимость в разработке методов расчёта, учитывающих
йRe** Re** йАК
влияние различных факторов на процессы тепломассообмена между потоками газов и стенками конструкций в турбулентном пограничном слое.
Интегральное соотношение диффузии I -го химического элемента, которое характеризует газовые потоки, для эффективной бинарной смеси в критериальной форме имеет вид [1, 2]:
]у
йХ АК йХ
I
Здесь St - диффузионное число Стантона; ^ = уг + ус - суммарный поперечный поток подводимого через стенку газа и продуктов химической реакции;
Яе и Яе , - числа Рейнольдса, записанные соответственно по толщине потери массы 8 и характерному размеру Ь ; X = х/ Ь; АК1 = К (г X, - К (г )0, где К (г) - обоб-
St = St0 = А Яе*
Для турбулентного пограничного слоя в диапазоне изменения Яе <104 можно принять А = 0,0128; т = 0,25; п = 0,75.
Ро Wo
-Rer = St ■ Re,
(1)
щённая концентрация l -го химического элемента, определяемая содержанием этого элемента в свободном состоянии и его долей в химическом соединении.
Решение дифференциального уравнения (1) в аналитическом виде может быть получено, если закон массообмена по аналогии с законом теплообмена принять в форме
mSc -" (и J ио у Ч. (2)
Согласно [1], для дозвуковых скоростей течения газа относительную функцию
тепломасообмена Ч при Re = Idem можно представить в виде
Т в
2
1
\2 / \2 л b ^
1--
b
(3)
кр у
Здесь и ^ - относительные ности через энтальпийный фактор и па-
функции, учитывающие влияние неизотер- раметры проницаемости поверхности Ь2 , мичности потока и проницаемости поверх- ^ .
h
£ h(i\K (i I
h0
h
b? =
J w
= b + b;
bг =
j (г )
.0 Р0 у0St 1 ^ Ро ^0
Значение критического параметра проницаемости Ь с учётом числа Яе** для
1 находится по формуле
/ Л2
1
b =
кр л
V -1
2 -Vx
arccos
V V у
' 0,83 Л 1 +
V
Re
**0,14
(4)
у
Решение уравнения (1) с учётом (2) и (3) приводит к выражению диффузионного числа Стантона при постоянном вдуве инертного газа через пористую стенку
St = 0,0306Яе-02 Sc 068(1 + ЬТ2(ц,/М0Г. (5)
Следовательно, интенсивность химической эрозии поверхности может быть рассчитана из соотношения
Ас X=а =
о,озобРо у0,8 Мо)
Экспериментальное исследование проводилось на стенде с индукционным нагревом графитовых каналов. Осесимметричные каналы изготавливались из пористого графита (рс «1030 кг/м , с пористостью ~50%) внутренним диаметром 36 мм, длиной пористой части 90 ^165 мм, толщиной стенки 8 мм (рис. 1), торцевая часть которых
Яе^2 &0'6 (1 + Ь2)0,2
выполнялась
из
3
плотного
(б)
графита (рс «1950 кг/м3).
Стенка канала разогревалась до температур Т = 1900 ^ 2000 К с помощью индуктора высокочастотной установки мощностью 100 кВт и рабочей частотой 75 кГц.
1111
Рис. 1
В качестве основного потока использовался воздух с Т01« 290К с расходом
—110 Г с . Вдуваемый инертный газ (аргон, азот или гелий) подавался в герметичную камеру (р < 5 ати), внутри которой помещался пористый образец. Расход газа измерялся с помощью ротаметров. Проходя через разогретый пористый графит, он нагревался до температуры стенки. Диапазон изменения относительного вдува составлял: для аргона 9,1 • 10 4 ^ 9,8 • 103, для азота 6,1 •104 ^ 6,3 -10"3, для гелия 1,54 • 104 2,23 • 103. Длительность эксперимента в зависимости от скорости выгорания графита изменялась в пределах т = 40 ^ 320 с. Локальная интенсивность выгорания определялась по изменению внутреннего диаметра до и после опыта. Измерения проводились на компараторе с ценой деления 1 мкм. Экспериментальное значение интенсивности выгорания поверхности определялось по формуле
Ас X=ас=я^рс/т.
При обработке опытных данных использовались местные значения скорости w(j на внешней границе пограничного слоя. Измерения скорости течения газа в ядре потока проводились с помощью охлаждаемого комбинированного насадка Прандля. Насадок перемещался координатным устройством по оси опытного участка.
На рисунке 2 приводится интенсивность выгорания по длине канала. Опытные данные сопоставляются с расчётами по формуле (6). Сплошные линии построены по местным значениям скорости на внешней границе пограничного слоя, а штриховые - без учёта ускорения потока, по параметрам на входе в опытный участок
(А ^0 =АЛ =107 кг1мс).
Здесь опытные точки 1 получены для условий тепломассообмена на непроницаемой поверхности ( А = 0, \ух = 7,5 );
точки 2 -
(¡(Ие)к = 0,04кг/ м2 • с, щ = 17,3}); точки 3 - (¿(ЛгХ = 0,545кг/м2 • с, Щ = 3,6).
На рисунке 3 экспериментальные результаты, полученные в сечении х = 50 мм (х/ ё = 1,4), построены в виде
ч ■-в в__® 1
V NN N •г ^ 2 в 3
ч—^ —"У----- --5
ч ""
\ в о-- f-b—5- в
О 25 50 75 х,мм
Рис. 2
Таким образом, из анализа работы следует, что поперечный поток инертного газа приводит к значительному уменьшению химической эрозии поверхности конструкций в агрессивной воздушной среде. При этом наиболее эффективным является вдув лёгкого газа, гелия, обладающего значениями энтальпийного фактора Щ ~ 18. Диффузия кислорода из воздушного потока снижается вследствие увеличения толщины турбулентного пограничного слоя на обтекаемой поверхности. Для определения изменения профиля конструкции и оценки надёжности можно воспользоваться приведёнными расчётными зависимостями по
зависимости интенсивности выгорания графита от интенсивности вдува инертного газа. Как видно, вдув существенно снижает скорость химической эрозии поверхности, причём более эффективным является вдув газа с меньшим молекулярным весом (для гелия - Не, точки 1) по сравнению с вдувом аргона ( Аг точки 3). Расчёт проведён по формуле (6).
в 1 л 2 в J • 4 -5
I Vs г
в\
Г \ А в \ . в
\ U \ 4 в
Рис. 3
уносу материала стенки в зависимости от параметров вдува и неизотермичности.
Литература
1. Кутателадзе, С.С. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое / С.С. Кутателадзе, А.И. Леонтьев. -Москва: Энергия, 1972. - 344 с.
2. Volchkov, E.P. Turbulent heat and mass transfer on burning porous surface, influence of downstream injection / E.P. Volchkov, P.V. Nikitin, Je.I. Sinaiko // 5th Int. Heat Trans. Conf., FC3.6. - Tokyo, 1974. -Р.119-123.
Сведения об авторах Никитин Петр Владимирович - канд. техн. наук, доцент кафедры физики Ставропольского государственного аграрного университета (г. Ставрополь). Тел. 8-865-2-71-21-98.
Хащенко Андрей Александрович - канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики Ставропольского государственного аграрного университета (г. Ставрополь). Тел. 8-928-317-87-43. E-mail: haa-08@mail.ru.
Information about the authors Nikitin Peter Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the physics department, Stavropol State Agrarian University (Stavropol). Phone: 8-865-2-71-21-98.
Khashenko Andrei Alexandrovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the physics department, Stavropol State Agrarian University (Stavropol). Phone: 8-928-317-87-43. E-mail: haa-08@mail.ru.
УДК 631.173.004
МЕХАНИЗМ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ СЛУЖБЫ
© 2011 г. С.Л. Никитченко
Рассмотрен метод синтеза инженерных служб в сельском хозяйстве. Предложена математическая модель механизма структурообразования в системе управления инженерно-технической службой (ИТС) предприятия.
Ключевые слова: инженерно-техническая служба, уровень компетентности, сигналы, связь, узел.
The method of synthesis of engineering services in agriculture is considered. The mathematical model of the formation mechanism in a control system of technical service of the enterprise is offered.
Key words: technical service, competence level, signals, communication, unit.
Имеющиеся математические модели и методы проектирования инженерно-технических служб (ИТС) для предприятий АПК [1, 2] не позволяют учесть полный перечень современных инженерных задач и не объясняют процессы структурообразования в системах управления инженерной сферой села. Сегодня требуется более обобщённое решение организационных проблем, заключающееся в математическом синтезе необходимых структурно-функциональных составляющих ИТС, осуществляющих управление полным перечнем ресурсов предприятия и решение всех инженерных вопросов. Для моделирования перспективных вариантов инженерной службы мы вводим понятие её структурно-функционального базиса В^ и
предлагаем механизм структурообразова-ния.
Структурно-функциональный базис производственной системы ВП - это конечное множество организационных эле-
ментов, связанных организационными отношениями и обуславливающих пространственно-временное взаимодействие вещественных, энергетических, информационных и интеллектуальных ресурсов производственной системы [3]. Задача моделирования ИТС как управляющей системы сводится к синтезу её структурно-функционального базиса ВИТС. Этот процесс поэтапный и осуществляется в соответствии с целевыми направлениями системы управления: качество работ, экологич-ность, безопасность, прогнозируемость производства, высокие показатели работы машин, социальные условия и др.
В современной науке понятие структуры обычно соотносится с понятиями системы и организации. Структура выражает лишь то, что остаётся устойчивым, относительно неизменным при различных преобразованиях системы, организация же включает в себя как структурные, так и динамические характеристики системы,
