WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«УДК 632.:658.011.46 МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ТЕПЛА В РОТОРНОМ ИМПУЛЬСНОМ АППАРАТЕ М.А. Промтов, В.В. Акулин Кафедра «Машины и аппараты химических производств», ТГТУ ...»

Процессы и аппараты химических

и других производств. Химия

УДК 632.:658.011.46

МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ТЕПЛА

В РОТОРНОМ ИМПУЛЬСНОМ АППАРАТЕ

М.А. Промтов, В.В. Акулин

Кафедра «Машины и аппараты химических производств», ТГТУ

Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым

Ключевые слова и фразы: диссипация энергии; кавитация; роторный

импульсный аппарат; теплообразование.

Аннотация: Проведен анализ механизмов нагрева жидкости в роторноимпульсном аппарате. Экспериментально исследован процесс нагрева воды в одно- и многоступенчатых роторно-импульсных аппаратах.

Обозначения Qв – количество тепла, потраченного на сс – удельная теплоемкость стали, Дж/(кг°С);

нагрев жидкости, Дж;

св – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг°С);

Ео – энергия образование кавитационного Qп – потери тепла в окружающую среду, пузырька, Дж; Дж;

Ес – энергия сжатия кавитационного пу- r – радиус пузырька, м;

зырька, Дж; rmax – радиус пузырька при максимальном K – коэффициент теплопроизводительности; расширении, м;

Мв – масса воды, кг;

rmin – радиус пузырька при полном сжатии, Мо – масса оборудования, кг;

м;

Mз – массовый расход жидкости, кг/с;

tнач – начальная температура, °С;

N – затраты мощности на вращение ротоtкон – конечная температура, °С;

ра, Вт;



t – изменение температуры жидкости, °С;

Р – давление в жидкости, при котором происходит схлопывание пузырька, Па; – коэффициент полезного действия (КПД);

Pп – давление насыщенного пара при данk – объем кавитационного облака, м3;

ной температуре, Па;

– поверхностное натяжение, Н/м;

P0 – давление в жидкости, Па;

– концентрация кавитационных пузырьQо – количество тепла, потраченного на ков в жидкости.

нагрев оборудования, Дж;

В настоящее время большое внимание уделяется поиску новых, экологически безопасных и эффективных способов получения энергии. Особое внимание при этом обращается на доступность и воспроизводимость энергетического сырья, экологическую безопасность, экономичность, промышленную реализуемость, надежность, простоту изготовления и эксплуатации оборудования.

Роторные импульсные аппараты (РИА), используемые, в основном,для интенсификации гидромеханических и массообменных процессов, применяются также и как генераторы тепловой энергии [1, 2]. В РИА нагреваемая жидкость 364 ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2006. Том 12. № 2А. Transactions TSTU.

подается под давлением в полость ротора, проходит через отверстия ротора, межцилиндровый зазор, отверстия в статоре и выводится из аппарата через рабочую камеру. При вращении ротора его отверстия периодически совмещаются с отверстиями в статоре, что вызывает периодические пульсации потока жидкости. В результате этого в жидкости возникают импульсы давления и разрежения, интенсивная кавитация, развитая турбулентность, большие сдвиговые напряжения.

Механизм получения тепловой энергии за счет кавитации основан на ее вторичных нелинейных эффектах в жидкости. Акустическая кавитация представляет собой эффективное средство концентрации энергии звуковой волны низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков. В момент схлопывания кавитационного пузырька давление и температура газа достигают значительных величин.





В работе [3] сделана оценка эффективности нагрева жидкости за счет кавитационных эффектов. Энергия, затрачиваемая на образование кавитационного пузырька, заполненного паром, определяется как Eo = 4r 2 + r 3 ( P0 + Pп ).

–  –  –

ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2006. Том 12. № 2А. Transactions TSTU.

На основании этих данных можно сделать вывод, что энергия сжатия кавитационного пузырька увеличивается линейно в зависимости от давления в окружающей жидкости. При увеличении температуры воды и, соответственно, давления насыщенных паров, отношение энергии сжатия и энергии образования кавитационных пузырьков уменьшается. При увеличении давления в жидкости, величина отношения энергии сжатия к энергии образования кавитационного пузырька увеличивается.

Для оценки эффективности работы такой системы коэффициент теплопроизводительности можно рассчитать по формуле [3]

–  –  –

Массовую концентрацию кавитационных пузырьков, образующих кавитационное облако, можно определить как отношение объема кавитационного облака к объему кавитационного пузырька при максимальном расширении

–  –  –

Отсюда делается вывод, что если гидравлическая система, в которой работает теплогенератор, открыта по давлению, то сжатие пузырька происходит под давлением окружающей жидкости, то есть происходит приток энергии к жидкости из окружающей среды [3].

Энергия, сообщаемая жидкости за счет схлопывания кавитационных пузырьков, прямо пропорциональна их количеству. Степень развитости кавитации определяет индекс кавитации, показывающий отношение объема кавитационного облака к общему объему жидкости в активной рабочей зоне [1]. При развитой кавитации значение индекса кавитации стремится к единице.

Вторым механизмом генерирования тепла в РИА является нагрев жидкости за счет трения в зазоре между ротором и статором. Величина теплообразования зависит от количества энергии, диссипируемой в зазоре. При вращении ротора РИА жидкость нагревается за счет диссипации энергии. Определить температуру нагрева жидкости за промежуток времени можно исходя из теплового баланса, считая, что тепловые потери отсутствуют

N = M з ct.

Изменение температуры жидкости за счет трения в зазоре можно выразить в N виде: t =.

M зc Количество тепла, переданное жидкости за счет трения в зазоре, равно количеству энергии, диссипируемой в зазоре при вращении ротора. Затраты энергии на вращение ротора можно определить по методикам рассчета, рекомендуемыми авторами работ [4, 5]. При малой величине зазора расход жидкости M з через зазор значительно меньше общего расхода М через РИА. Поэтому в реальных условиях часть жидкости, проходящая через зазор и нагревающаяся в нем, смешивается с основным потоком, и поэтому повышение температуры жидкости, прошедшей через зазор, незначительно и зависит от соотношения M з и М.

366 ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2006. Том 12. № 2А. Transactions TSTU.

Для определения эффективности работы РИА в качестве теплогенератора необходимо рассчитать следующие параметры:

– количество тепловой энергии, затраченной на нагрев жидкости

–  –  –

40 3,0 2,0 1,0

–  –  –

368 ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2006. Том 12. № 2А. Transactions TSTU.

Анализ графических зависимостей по нагреву воды в роторных импульсных теплогенераторах показывает, что основным фактором нагрева является кавитация. На это указывает нелинейность кривых роста температуры воды. При увеличении температуры воды растет давление насыщенных паров внутри кавитационных пузырьков, что уменьшает их энергию при сжатии, и, следовательно, интенсивность нагрева.

Список литературы

1 Промтов, М.А. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика / М.А. Промтов. – М.: Машиностроение-1, 2001. – 260 с.

2 Пат. 2054604. Российская Федерация, С1 6 F 24 J 3/00, G 21 B 1/00. Способ получения энергии / А.Ф. Кладов. – Заявл. 02.07.93; опубл. 20.02.96, Бюл. №5, – 11 стр.: 9 ил.

3 Запорожец, Е.П. Исследование вихревых и кавитационных потоков в гидравлических системах / Е.П. Запорожец, Л.П. Холпанов, Г.К. Зиберт, А.В. Артемов // Теор. основы хим. технол. – 2004. – Т.38. – №3. – С. 243–252.

4 Промтов, М.А. Исследование гидродинамических закономерностей работы роторно-импульсного аппарата // Теор. основы хим. технол. – 2001. – Т.35. – №1. – С. 103–106.

5 Червяков, В.М. Определение энергозатрат в роторных аппаратах / В.М. Червяков, А.А. Коптев // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2005. – №4. – С. 10–12.

–  –  –

Department “Machines and Apparatuses of Chemical Production”, TSTU Key words and phrases: cavitation; energy dissipation; heat formation; rotor impulse apparatus.

Abstract: The analysis of mechanisms of heating liquid in rotor impulse apparatus is carried out. The process of heating water in one- and multi-step rotor impulse apparatuses is studied experimentally.

Mechanismen der Wrmegeneration im Rotorimpulsapparat Zusammenfassung: Es ist die Analyse der Mechanismen der Erwrmung der Flssigkeit im Rotorimpulsapparat durchgefhrt. Es ist der Prozess der Wassererwrmung in den ein- und mehrstufigen Rotorimpulsapparaten experimental untersucht.

–  –  –

Rsum: Est expose l’analyse des mcanismes du chauffage du liquide dans un appareil impulseur de rotor. Est tudi exprimentalement le processus du chauffage de l’eau dans les appareils impulseurs de rotor monotags et ceux tages multiples.

Похожие работы:

«Гетьман Александр Игоревич ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФОРМАТОВ СЕТЕВЫХ СООБЩЕНИЙ И ФАЙЛОВ ПО БИНАРНЫМ ТРАССАМ ПРОГРАММ Специальность 05.13.11 – математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва Работа выпол...»

«MVCM37M1 Благодарим за приобретение Пылесоса компании Midea. Перед началом эксплуатации пылесоса внимательно прочитайте данное Руководство! Сохраняйте это Руководство для дальне...»

«Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта Институт проблем информатики РАН Калининградский государственный технический университет Российская ассоциация искусственного интеллекта...»

«Благодарим за то, что вы выбрали нашу цифровую фоторамку. Прежде чем начать эксплуатацию устройства, внимательно прочтите данное руководство, чтобы воспользоваться всеми возможностями и продлить срок его службы. Сохраните это ру...»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ УКРАИНЫ Защита от пожара ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА ДБН В.1.1-7-2002 Издание официальное Госстрой Украины Киев 2003 РАЗРАБОТАНЫ Украинским научно-исследовательским институтом пожарной безопасности (УкрНИИПБ) МВД Ук...»

«К-1Б Конвертер для стыка С1–ФЛ–БИ (С1-И) 1200 – 64000 бит/с Руководство пользователя Редакция 02 K-1Б от 23.01.2006 © 1998-2006 Зелакс. Все права защищены. Россия, 124365 Москва, г. Зеленоград, ул. Заводская, дом 1Б, строение 2...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет" ОТЧЕТ О РЕАЛИЗА...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Томский государственный архитектурно-строительный университет ЛИЗИНГ НЕДВИЖИМОСТИ Методические указания для самостоятельной работы и выполнения курсовой работы магистранто...»

«1 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана И.Н. Фетисов ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТОВЫХ ВОЛН С РАЗЛИЧНОЙ ДЛИНОЙ КОГЕРЕНТНОСТИ Методические указания к выполнению лабораторной работы О-67 по курсу общей физики Москва 2010 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 1. Гармонические коле...»

«ОТЧЕТ ОПИСАНИЕ И ОЦЕНКА МЕДИЦИНСКИХ И ПСИХОСОЦИАЛЬНЫХ УСЛУГ ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ИНЪЕКЦИОННЫХ НАРКОТИКОВ В ПМР Оценка услуг, предоставляемых ПИН, проживающих в ПМР, проводилась в период с 15 сентября по 5...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.