Тепломасообмінні та гідродинамічні процеси в елементах систем біоконверсії

9. Пат. 24616 України, МПК⁷ G01N25/18. Спосіб визначення коефіцієнта тепловіддачі за умов конвективного теплообміну органічної суміші / Ткаченко С.Й., Резидент Н.В.; заявник та патентовласник Вінницький нац. техн. університет. - №200701190; заявл. 05.02.07; опубл. 10.07.07, Бюл. №10.

10. Ткаченко С.Й. Енергоефективні схеми біогазових установок з утилізацією теплоти / С.Й. Ткаченко, Н.В. Резидент, І.В. Буженко // Энергосбережение. - 2009. - №2. - С. 11-13.

11. Резидент Н.В. Застосування експериментально-розрахункового методу при розробці теплообмінного обладнання біоконверсії / Н.В. Резидент // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. - 2009. - №2. - С. 233 - 237.

12. Ткаченко С.Й. Нові аспекти застосування теорії подібності в теплотехнічних розрахунках систем біоконверсії [Електронний ресурс] / С.Й. Ткаченко, Н.В. Резидент // Наукові праці ВНТУ. - 2009. _ №2

13. Ткаченко С.Й. Методичні основи моделювання системи термостабілізації реактора біогазової установки / С.Й. Ткаченко, Д.В. Степанов, Н.В. Резидент // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві: зб. наук. праць за матеріалами IV-ї Всеукр. науково-техн. конф., 22-25 жовтня 2003р. / Вінницький нац. техн. ун-т - Вінниця: Універсум-Вінниця, 2004. - С. 70-78.

14. Ткаченко С.Й. Методи та засоби термостабілізації біогазової установки / С.Й. Ткаченко, Д.В. Степанов, Н.В. Резидент // Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії як альтернативні первинним джерелам енергії в регіоні: зб. наук. статей ІІІ-ї Міжнародної науково-практич. конф., 14-15 квітня, 2005р. / Націон. ун-т “Львівська політехніка”, Львівський ЦНТЕІ [та ін.]. - Львів, 2005. - С. 167 - 171.

Анотації

Резидент Н.В. Тепломасообмінні та гідродинамічні процеси в елементах систем біоконверсії. - Рукопис

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Національний університет харчових технологій, м. Київ - 2009.

Дисертація присвячена дослідженню процесів тепломасообміну і гідродинаміки в елементах систем біоконверсії. Отримані результати вирішують важливу проблему створення енергозбережного теплообмінного обладнання в системах біо конверсії.

В дисертації виконаний аналіз підсистем термостабілізації біогазових установок, у яких теплообмін відбувається за умов вільної та вимушеної конвекції. Проаналізовані теплотехнологічні основи процессу біоконверсії, властивості середовищ, що використовуються як сировина в біогазових установках, визначено фактори, які впливають на процеси теплообміну і гідродинаміки в елементах систем біоконверсії. Проведено аналіз існуючих критеріальних залежностей для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі за умов вільної і вимушеної конвекції та залежностей для визначення теплофізичних властивостей багатокомпонентних органічних сумішей. Запропонований нетрадиційний підхід та доступна експериментально-розрахункова методика визначення коефіцієнтів тепловіддачі від стінки до органічних сумішей з обмеженою інформацією про теплофізичні властивості в умовах вільної і вимушеної конвекції для різного геометричного виконання поверхні теплообміну. Обґрунтовано застосування експериментально-розрахункового методу в конструктивному розрахунку і числовому експерименті утилізатора теплоти відпрацьованої суміші в системі біоконверсії.

Ключові слова: теплообмін, гідродинаміка, система термостабілізації, біоконверсія, біогаз, критеріальні рівняння, експериментально-розрахунковий метод, теплообмінник-утилізатор, теплоутилізація, органічна суміш.

Резидент Н.В. Тепломассообменные и гидродинамические процессы в элементах систем биоконверсии. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. Национальный университет пищевых технологий. Киев, 2009.

В диссертации проведен анализ подсистем термостабилизации биогазовых установок, в которых теплообмен осуществляется в условиях свободной и вынужденной конвекции. Проанализированы теплотехнологические основы процесса биоконверсии, свойства сред используемых как сырьё в БГУ, определены факторы, влияющие на процессы теплообмена и гидродинамики в элементах систем биоконверсии. Выполнен анализ существующих критериальных зависимостей для расчета коэффициентов теплоотдачи в условиях свободной и вынужденной конвекции и зависимостей для определения теплофизических свойств органических многокомпонентных смесей (субстратов).

Проведенные численные эксперименты позволили разработать предложения по определению теплофизических свойств субстратов крупного рогатого скота (КРС) и свиней в диапазоне влагосодержаний и температур характерных для систем биоконверсии. Экспериментально определены коэффициенты теплоотдачи от змеевиковой поверхности, от вертикальной цилиндрической стенки к субстратам КРС, свиней, помету курей, растительной смеси в условиях свободной конвекции, с периодическим перемешиванием, с беспрерывным перемешиванием. Установлено, что интенсивность теплообмена от трубчатой поверхности и от вертикальной цилиндрической поверхности к органическим смесям существенно меньше чем к воде. Результаты экспериментальных исследований показали, что закономерности теплообмена в органических смесях отвечают известным механизмам и закономерностям теплообмена однокомпонентных однофазных жидкостей в условиях свободной конвекции.

Установлена возможность применения известных критериальных зависимостей для оценки интенсивности теплообмена субстрата КРС в круглых трубах и кольцевых каналах, в большом объеме при продольном внешнем омывании змеевиковой теплообменной поверхности смесью.

Впервые, с учетом методов теории подобия, предложен оригинальный экспериментально-расчетный метод (ЭРМ) определения интенсивности теплообмена в многокомпонентных средах с ограниченной информацией об их теплофизических свойствах, в рамках которого обоснована конструкция и размеры базовой экспериментальной установки (БЭУ). При этом экспериментально и численными исследованиями применительно к БЭУ установлено: в вертикальной цилиндрической емкости теплоотдача в условиях свободной конвекции от воды к металлической стенке и от стенки к субстратам разной природы подчиняются закономерностям теплообмена в большом объеме; коэффициенты теплоотдачи, полученные экспериментально в нестационарных условиях теплообмена, имеют допустимое расхождение с рассчитанными по известным критериальным зависимостям в квазистационарных условиях теплообмена значениями коэффициентов; оценочные расчеты толщины теплового пограничного слоя, а также экспериментальные измерения поля температур в емкостях позволили для определения коэффициента теплоотдачи измерять температуру лишь в двух характерных точках, что очень важно в экспериментах с неустановившимися процессами.

Согласование экспериментальных результатов теплообмена в субстратах разной природы (свободная и вынужденная конвекция) с результатами, которые получены с применением ЭРМ, показало: правомерность гипотез, допущений, оценок, которые положены в основу ЭРМ; реструктуризация критериальных уравнений в рамках одного режима теплообмена и операции согласно алгоритму ЭРМ не приводят к потери ценных свойств теории подобия.

Проведено обоснование применения экспериментально-расчетного метода в конструктивном расчете и численном эксперименте утилизатора теплоты отработанной смеси в системе биогазовой установки. Установлено, что расхождение между значениями поверхностей теплообмена, рассчитанных по традиционной и предложенной в работе методике, находится в допустимых пределах для теплотехнических расчетов. Результаты численного эксперимента, полученные с использованием ЭРМ и традиционными методами, практически совпали, что подтверждает целесообразность использования ЭРМ.

Использование разработанных методов определения интенсивности теплообмена в многокомпонентных органических средах позволило синтезировать схему биогазовой установки, в которой существенно увеличивается выход товарного биогаза за счет утилизации теплоты отработавшей смеси.

Ключевые слова: теплообмен, гидродинамика, система термостабилизации, биоконверсия, биогаз, критериальные зависимости, экспериментально-расчетный метод, теплоутилизация, органическая смесь.

N.V. Resydent Heatmassexchange and hydrodynamics processes in bioconversion systems elements. - Manuscript

Thesis for obtaining PhD scientific degree in engineering on the specialty 05.14.06 - Technical thermophysics and industrial heat power engineering. National University of Food Technologies, the city of Kyiv, 2009.

PhD presents the conducted analysis of subsystem for thermostabilization of biogas units, in which heat exchange takes place on conditions of free and forced convection. There had been analyzed the thermo technological basis of bioconversion process, peculiarities of environments, used as a raw materials in biogas units, there had been specified the factors, which influence the processes of heatexchange and hydrodynamics in the elements of bioconversion systems.

There had been carried out the analysis of the existent criterial dependences (relations) for calculation of factors of heat emission on conductions of free and forced convection and relations for thermophysical peculiarities of the multi component organic mixtures. There had been suggested the non-traditional approach and experimental and computation procedure of determination of factors of heat emission ranging from wall to organic mixtures with limited information on thermo-physical peculiarities in natural and forced conditions of convections for different geometrical execution of the heat exchange surface. There had been grounded the application of experimental and computation method in constructional calculation and numerical experiment of heat utilizer exhausted mixtures in the system of bioconversion.

Key words: heatexchange, hydrodynamics, system of thermostabilization, bioconversion, biogas, criterion equations, experimental and computational method, heater, heatexchange-utilizer, heatutilization.

Размещено на Allbest.ru