Теплообмін в парорідинних течіях теплообмінних апаратів харчових виробництв

(32)

Значення * визначили з аналізу результатів експериментального дослідження. Для цього в рівняння локального числа Стентона

, (33)

підставляли експериментальні значення числа St та розраховували для кожного з них відповідне значення . Підставляючи останнє в рівняння (30), визначали відповідне значення *.

Множину значень *, отриманих з аналізу результатів експериментального дослідження, апроксимували кореляційним рівнянням (рис. 14)

. (34)

Порівняння значень локального числа Стентона, розрахованих за розробленою моделлю чергованості турбулентності та визначених з результатів експериментального дослідження, наведене на рис. 15, свідчить про їх задовільну відповідність.

Для одновимірного інженерного моделювання результати експериментального дослідження були апроксимовані емпіричною залежністю для визначення локального значення числа St

. (35)

Коефіцієнт кореляції - 94,2%.

З використанням розроблених напівемпіричної моделі та емпіричної формули (35) були розроблена методика розрахунку тепломасообмінних апаратів з безпосереднім контактом фаз, що мають розподільні пристрох конічного, горизонтального та щілинного типів, що базується на методі інтервально-ітераційного моделювання. Розроблена методика оцінки ефективності тепломасообмінних апаратів цукрового виробництва, в основу якої покладено принцип мінімізації витрат пари на нагрівання живильної води для дифузійних установок та витрат оборотної води на вакуум-конденсаторну установку.

ВИСНОВКИ

- Вперше запропонований принцип чергованості механізмів перенесення імпульсу та енергії в плівках та вільних струменях рідини дозволив на основі результатів виконаних комплексних теоретичних та експериментальних досліджень розробити нові методики розрахунку теплогідродинамічних характеристик низхідного кільцевого парорідинного потоку з випаровуванням та вільних струменевих течій, характерних для витікання рідини з розподільних пристроїв щілинного типу за поперечного потоку пари. Розроблені нові конструкції тепломасообмінних апаратів, що впроваджені у виробництво, та методики їх розрахунку.

- Проведене експериментальне дослідження теплогідродинамічних характеристик низхідного кільцевого потоку плівки яблучного соку, що випарюється, та пари в діапазоні зміни параметрів, характерному для плівкових випарних апаратів харчових виробництв.

- Проведене експериментальне дослідження теплогідродинамічних характеристик вільних струменів води, що утворюються при витіканні рідини зі щілинних розподільних пристроїв за поперечного потоку пари та парогазової суміші, в діапазоні зміни параметрів, характерному для тепломасообмінних апаратів з безпосереднім контактом фаз в харчовій промисловості.

- Встановлено, що в плівках рідин з випаровуванням за супутного потоку пари реалізується режим течії, перехідний від ламінарного до турбулентного, відповідно, існуючі методики розрахунку теплообміну, розроблені як для ламінарного, так і для розвиненого турбулентного режимів руху течії рідини в плівці, є не адекватними фізичній картині процесу.

- Запропоновано враховувати перехідний режим течії в плівках рідини введенням поняття чергованості мехінізмів молекулярного та турбулентного перенесення імпульсу та енергії. В результаті проведеного комплексного теоретичного аналізу та аналізу експериментальних даних розроблено напівемпіричну модель перенесення кількості руху та енергії в плівці, що базується на цьому принципі чергованості механізмів перенесення. Для замикання моделі отримано розрахункову залежність коефіцієнта чергованості від характеристик парорідинного потоку.

- Встановлено, що одновимірне моделювання теплообміну в низхідних кільцевих парорідинних потоках доцільно проводити на основі одержаних емпіричних залежностей, які враховують вплив інтенсивності міжфазової взаємодії на поверхні поділу рідина-пара.

- Міжфазова взаємодія у всьому діапазоні зміни витратних характеристик фаз адекватно описується розробленою моделлю міжфазової взаємодії, яка враховує складний взаємозалежний вплив еквівалентної пісочної шорсткості та дотичного напруження на поверхні поділу рідина-пара. Замикання моделі здійснюється за допомогою емпіричної залежності для розрахунку еквівалентної пісочної шорсткості плівки, одержаної шляхом апроксимації результатів експериментального дослідження.

- Аналіз результатів дослідження суцільності поодинокого вільного струменя рідини, що витікає зі щілинного розподільника за поперечного потоку пари дозволив одержати фізично обгрунтовану класифікацію режимів його течії та залежність для визначення межі початку руйнування струменя.

- Рух поодинокого вільного струменя рідини за поперечного потоку пари адекватно описується напівемпіричною моделлю, для замикання якої одержана залежність, що враховує вплив динамічної дії парового потоку на рух струменя. Визначення початкової умови задачі руху плоского струменя рідини доцільно проводити за розробленою моделлю руху рідини по поверхням кільцевого та конічного розподільних пристроїв.

- Інтенсивність теплообміну в пооодиноких вільних струменях рідини під час конденсації на їх поверхні чистої пари, а також пари із суміші з газами, що не конденсуються, слід розраховувати за одержаними в роботі емпіричними залежностями, достовірність яких підтверджена методами статистичного аналізу.

- Теплоперенесення в плоских вільних струменях рідини пропонується описувати розробленою фізично адекватною напівемпіричною моделлю, яка грунтується на запропонованому в роботі принципі чергованості механізмів турбулентного перенесення в гомогенному ядрі струменя та в області пригнічення турбулентності біля міжфазової поверхні. Розрахунок інтенсивності турбулентного перенесення в гомогенному ядрі рекомендується здійснювати за розробленою в роботі напівемпіричною залежністю, необхідною для замикання моделі. При одновимірному моделюванні інтенсивність теплоперенесення слід розраховувати за одержаними емпіричними залежностями.

- Розроблені науково обгрунтовані методики теплогідравлічного розрахунку плівкових випарних апаратів та елементів тепломасообмінних апаратів з безпосереднім контактом фаз, в основі яких лежать результати виконаних досліджень, внаслідок адекватності запропонованих моделей робочих процесів їх фізичному сенсу забезпечують максимальне наближення розрахованих та фактичних теплотехнологічних характеристик цих типів обладнання. Ці методики лягли в основу розроблення Смілянським філіалом УкрНДІпродмашу випарної установки для концентрування яблучних соків, теплообмінного апарата з кільцевою поверхнею теплообміну (патент України № 24111, 1998 р.), апарату для видалення аміаку з конденсатів (патент України № 30661, 2002 р.), пароконтактного теплообмінника безінерційної дії (деклараційний патент України № 30662 А, 2000 р.), апарата для видалення аміаку з соків бурякоцукрового виробництва, що входить до нового способу очищення дифізійного соку (деклараційний патент України № 31513 А, 2000 р.). Пароконтактні теплообмінники безінерційної дії (ПКП), щілинні розподільники рідини при реконструкції вакуум-конденсаторних установок та апарати для видалення аміаку з конденсатів впроваджені на ряді цукрових заводів України. Економічний ефект лише від переведення ПКП на обігрівання вторинною парою 5-го корпусу випарної установки замість вторинної пари 4-го корпусу складає 0,577 тон умовного палива на 1000 тон перероблених буряків. Методики теплогідродинамічного розрахунку плівкових випарних апаратів та елементів тепломасообмінних апаратів з безпосереднім контактом фаз передані УкрНДІЦП для використання при розробці та впровадженні сучасного тепломасообмінного обладнання в цукровій промисловості.

ПЕРЕЛІК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті в фахових наукових журналах і збірниках наукових праць:

1. Василенко С. М., Довгопол В. И., Щуцкий И. В. Турбулентный теплоперенос в плоских струях жидкости пароконтактных теплообменников пищевой промышленности // Сб. Тепло- и масообменные процессы в пищевой промышленности. - Киев: УМК ВО, 1990. - С. 18 - 24.

Особистий внесок: розроблення математичної моделі, обгрунтування теоретичних концепцій.

2. Рогоза О. Б., Василенко С. М. Експериментальна установка для дослідження конденсації водяної пари на струменях води // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. - 1998. - № 1-2. - С. 31- 32.

Особистий внесок: постановка задачі, розроблення концепції установки та програми досліджень.

3. Рогоза О. Б., Мельник В. А., Василенко С. М. Реконструкція вакуум-конденсаторної установки Узинського цукрового заводу // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. - 1998. - № 1-2. - С. 32 - 33.

Особистий внесок: постановка задачі, розроблення схеми реконструкції.

4. Василенко С. М., Рогоза О. Б., Форсюк А. В. Рух рідини на конічних тарілках пароконтактних теплообмінних апаратів // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. - 1998. - № 1-2. - С. 35 - 36.

Особистий внесок: розроблення та реалізація математичної моделі, обгрунтування результатів.

5. Василенко С. М. Межфазное взаимодействие в двухфазных кольцевых потоках в теплообменных аппаратах пищевой промышленности // Известия вузов. Пищевая технология, 1998. - № 4. - С. 74 - 76.

Особистий внесок: постановка та проведення експериментальних досліджень, обробка, апроксимація результатів, підготовка до друку.

6. Василенко С. М. Теплоперенос в турбулентных пленках жидкости теплообменных аппаратов пищевой промышленности // Теор. журнал “Хранение и переработка сельхозсырья”, 1998. - № 5. - С. 9 - 11.

Особистий внесок: постановка та проведення експериментальних досліджень, обробка, апроксимація результатів, підготовка до друку.

7. Василенко С. М. Моделювання турбулентного перенесення в плівках рідини в тепломасообмінних апаратах харчової промисловості // Наукові праці УДУХТ, 1998. - № 4. - Ч. 1. - С. 87 - 89.

Особистий внесок: розроблення та реалізація математичних моделей, обгрунтування теоретичних концепцій, підготовка до друку.

8. Рогоза О. Б., Василенко С. М. Гідродинаміка вільного струменя рідини при обтіканні його водяною парою // Вестник ХГПУ, 1999. - № 49. - С. 52 - 57.

Особистий внесок: планування та проведення експериментальних досліджень, узагальнення результатів.

9. Рогоза О. Б., Василенко С. М. Теплообмін при конденсації водяної пари на одиночному вільному струмені рідини // Вестник ХГПУ, 1999. - № 62. - С. 44 - 49.

Особистий внесок: планування та проведення експериментальних досліджень, узагальнення результатів.

10. Василенко С. М., Рогоза О. Б., Прядко М. О. Гідродинамічні режими одиночного струменя в теплообмінниках змішування із щілинними розподільними простроями // Наукові праці УДУХТ, 1999. - № 5. - С. 107 - 108.

Особистий внесок: планування та проведення експериментальних досліджень, узагальнення результатів.

11. Василенко С. М., Рогоза О. Б., Котляров В. А., Колосок М. І. Розрахунок теплообміну в елементах тепломасообмінних апаратів з безпосереднім контактом фаз // Наукові праці УДУХТ, 2000. - № 6. - С. 132 - 133.

Особистий внесок: розроблення та реалізація методики розрахунку.

12. Василенко С. М., Форсюк А. В., Колосок М. І. Локальне теплоперенесення в кільцевих парорідинних течіях теплообмінних апаратів харчових виробництв // Наукові праці УДУХТ, 2000. - № 7. - С. 99 - 101.

Особистий внесок: планування та проведення експериментальних досліджень, узагальнення результатів, статистичний аналіз.

13. Василенко С. М., Форсюк А. В., Петренко В. П., Прядко М. О. Турбулентне перенесення в плівках рідини двофазних кільцевих течій // Наукові праці УДУХТ, 2000. - № 8. - С. 56 - 59.

Особистий внесок: обгрунтування теоретичних концепцій, розроблення та реалізація математичних моделей.

14. Рогоза О. Б., Василенко С. М., Прядко М. О. Конденсація водяної пари з парогазової суміші на струмені рідини // Харчова пром-ть, 2000. - № 45. - С. 223 - 226.

Особистий внесок: планування та проведення експериментальних досліджень, узагальнення результатів.

15. Василенко С. М., Рогоза О. Б., Котляров В. А. Коефіцієнти турбулентного переносу в плоских струменях води // Вестник ХГПУ, 2000. - № 104. - С. 54 - 58.

Особистий внесок: обгрунтування теоретичних концепцій, розроблення та реалізація математичної моделі.

16. Василенко С. М., Рогоза О. Б., Котляров В. А. Гідравлічний розрахунок тепломасообмінних апаратів з конічними розподілювачами рідини // Вестник ХГПУ, 2000. - № 105. - С. 128 - 131.

Особистий внесок: розроблення та реалізація методики розрахунку.

17. Василенко С. М., Рогоза О. Б. Теплообмін при конденсації водяної пари на плоских струменях рідини // Харчова пром-ть, 2001. - № 1 (46). - С. 106 -108.

Особистий внесок: планування та проведення експерименту, узагальнення результатів.

18. Василенко С. М., Шутюк В. В. Моделювання течії руху рідини по поверхні конічних розподільних пристроїв // Наукові праці УДУХТ, 2001. - № 9. - С. 134 - 135.

Особистий внесок: обгрунтування теоретичних положень, розроблення та реалізація математичної моделі, підготовка до друку.

19. Василенко С. М., Котляров В. А., Колосок М. І. Ефективність тепломасообмінних апаратів з безпосереднім контактом фаз // Наукові праці УДУХТ, 2001. - № 10. - ч. 3. - С. 39 - 40.

Особистий внесок: обгрунтування концепції ефективності, розроблення методики оцінки ефективності, підготовка до друку.

20. Василенко С. М., Форсюк А. В., Шутюк В. В., Чепель Н. В. Теплогідродинамічний розрахунок плівкових випарних апаратів // Наукові праці НУХТ, 2002. - № 11. - С. 124 - 126.

Особистий внесок: розроблення методики розрахунку та її алгоритму.

21. Василенко С. М., Форсюк А. В., Бондар В. І., Зав,ялов В. Л. Моделювання турбулентного теплоперенесення в плівках рідини, що стікає, методом аналогії // Наукові праці НУХТ, 2002. - № 12. - С. 89 - 93.

Особистий внесок: обгрунтування теоретичних положень, розроблення та реалізація математичної моделі.

22. Василенко С. М., Бондар В. І., Форсюк А. В. Гідродинаміка парорідинних течій у плівкових випарних апаратах // Харчова пром-ть, 2003. - № 2. - С. 107 - 110.

Особистий внесок: постановка задачі, проведення експериментальних досліджень, розробка теоретичних положень та узагальнення результатів.

Патенти:

23. Патент України № 24111 МПК 4 F28B1/00. Теплообмінний апарат / Столяр Д. О., Прядко М. О., Масліков М. О., Тобілевич Н. Ю., Макаренко М. О., Білик В. Г., Василенко С. М. - Опубл. 31.08.98. Бюл. № 4.

Особистий внесок: участь в розробленні конструкції апарата.

24. Деклараційний патент України № 30662 А МПК 6 F28С3/06, F28В3/06. Теплообмінник пароконтактний / Петренко В. П., Василенко С. М., Прядко М. О., Бурлака В. І., Мельник В. А., Рогоза О. Б. - Опубл. 15.12. 2000. Бюл. № 7 - ІІ.

Особистий внесок: ідея та участь в розробленні конструкції.

25. Деклараційний патент України № 31513 А МПК 6 С13D3/02. Спосіб очищення діфузійного соку / Прядко М. О., Хомічак Л. М., Петренко В. П., Василенко С. М., Бобрівник Л. Д., Козіцька М. Є., Лагода В. А. - Опубл. 15.12. 2000. Бюл. № 7 - ІІ.

Особистий внесок: розроблення конструкції апарата для деамонізації соків.

26. Патент України № 30661 МПК 7 В01D53/18, 19/00, С02F1/00, 1/58. Апарат для видалення аміаку з конденсату / Василенко С. М., Петренко В. П., Прядко М. О., Бурлака В. І., Мельник В. А., Рогоза О. Б. - Опубл. 15.11. 2002. Бюл. № 11.

Особистий внесок: ідея та розроблення конструкції апарату для видалення аміаку з конденсатів.

Тези доповідей на наукових конференціях:

27. Василенко С. М., Прядко М. О., Сторожук О. Т. Математичне моделювання процесів переносу в змішувальних тепломасообмінних апаратах струменного типу // Розробка та впровадження прогресивних технологій та обладнання у харчову та переробну промисловість: Тези доп. всеукр. наук.-техн. конф. - К.: УДУХТ, 1995. - С. 433.

Особистий внесок: розроблення математичної моделі.

28. Форсюк А. В., Прядко М. О., Василенко С. М., Сторожук О. Т. Математичне моделювання процесів випарювання з вільної поверхні гравітаційно стікаючих плівок при наявності супутного газового потоку // Розробка та впровадження прогресивних технологій та обладнання у харчову та переробну промисловість: Тези доп. всеукр. наук.-техн. конф. - К.: УДУХТ, 1995. - C. 434.

Особистий внесок: обгрунтування теоретичних положень, розроблення математичної моделі.

29. Рогоза О. Б., Василенко С. М., Прядко М. О. Моделювання теплоперенесення під час конденсації водяної пари на струменях різних профілів // Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість: Тези доп. міжнар. наук.-техн. конф. - К.: УДУХТ, 1997. - C. 155.

Особистий внесок: обгрунтування теоретичних положень, розроблення математичної моделі.

30. Василенко С. М., Прядко М. О., Форсюк А. В., Рогоза О. Б. Математичне моделювання процесів перенесення імпульсу, енергії та маси за безпосереднього контакту фаз в тепломасообмінних апаратах харчової промисловості // Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість: Тези доп. міжнар. наук.-техн. конф. - К.: УДУХТ, 1997. - C. 155.

Особистий внесок: обгрунтування теоретичних положень, розроблення математичної моделі.

31. Петренко В. П., Рогоза О. Б., Василенко С. М., Масліков М. О. Модернізація теплообмінників змішування у цукровій промисловості // Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість: Тези доп. міжнар. наук.-техн. конф. - К.: УДУХТ, 1997. - C. 157.

Особистий внесок: розроблення концепції модернізації.

32. Рогоза О. Б., Василенко С. М., Прядко М. О. Теплообмін під час конденсації водяної пари на поверхні вільного струменя рідини // Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості: Тези доп. 6-ї міжн. наук.-техн. конф. - К.: УДУХТ, 1999. - С. 53 - 54.

Особистий внесок: аналіз та узагальнення результатів дослідження.

33. Рогоза О. Б., Василенко С. М. Автоматизація експериментальної установки для дослідження процесу теплообміну під час конденсації водяної пари на поверхні вільного струменя // Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промислововсті: Тези доп. 6-ї міжн. наук.-техн. конф. - К.: УДУХТ, 1999. - С. 60 - 61.

Особистий внесок: розроблення концепції та схеми автоматизації.

34. Рогоза О. Б., Василенко С. М., Форсюк А. В. Диспергування вільного струменя рідини під час обтікання його водяною парою // Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промислововсті: Тези доп. 6-ї міжн. наук.-техн. конф. - К.: УДУХТ, 1999. - С. 61 - 62.

Особистий внесок: аналіз та узагальнення результатів дослідження.

35. Бондар В. І., Василенко С. М., Форсюк А. В. Показники ефективності елементів теплотехнологічного комплексу промислового підприємства // Сучасні методи створення нових технологій та обладнання в харчовій промисловості: Тези доп. міжн. конф. молодих вчених, аспірантів і студентів. - Ч. 1. - К.: НУХТ, 2002. - С. 93.

Особистий внесок: обгрунтування концепції ефективності, розроблення методики оцінки ефективності.

36. Котляров В. А., Василенко С. М., Форсюк А. В. Дослідна установка для дослідження теплообміну при конденсації пари із суміші з неконденсованим компонентом у теплообмінних апаратах з безпосереднім контактом фаз // Сучасні методи створення нових технологій та обладнання в харчовій промисловості: Тези доп. міжн. конф. молодих вчених, аспірантів і студентів. - Ч. 1. - К.: НУХТ, 2002. - С. 94.

Особистий внесок: розроблення ідеї та схеми експериментальної установки.

37. Василенко С. М., Бондар В. І., Штангеєв К. О. Аналіз ефективності підігрівників та тепломасообмінних апаратів цукрового виробництва // Матер. засідання техн. ради НАЦУ „Укрцукор” 29 січня 2003 р. - Київ, 2003. - С. 25 - 32.

Особистий внесок: обгрунтування концепції ефективності, розроблення методики оцінки ефективності.

38. Василенко С. М. Оптимізація тепломасообмінних апаратів цукрового виробництва // Шляхи підвищення ефективності бурякоцукрового виробництва: Матер. наук.-техн. конф. цукровиків України. - К., 2003. - С. 286 - 288.

Особистий внесок: розроблення методики оптимізації.

Размещено на Allbest.ru