Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I

В настоящей работе предложена модель, которая позволяет производить простые и достаточно достоверные расчеты по нагреву газа в проточных системах с целью конструирования установок для изготовления композиционных материалов с современными требованиями. The model, which allows conducting simple and...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Физическая инженерия поверхности
Дата:2006
Автори: Широков, Б.М., Корж, А.Ф.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2006
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98779
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I / Б.М. Широков, А.Ф. Корж // Физическая инженерия поверхности. — 2006. — Т. 4, № 1-2. — С. 18–22. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859911625347170304
author Широков, Б.М.
Корж, А.Ф.
author_facet Широков, Б.М.
Корж, А.Ф.
citation_txt Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I / Б.М. Широков, А.Ф. Корж // Физическая инженерия поверхности. — 2006. — Т. 4, № 1-2. — С. 18–22. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Физическая инженерия поверхности
description В настоящей работе предложена модель, которая позволяет производить простые и достаточно достоверные расчеты по нагреву газа в проточных системах с целью конструирования установок для изготовления композиционных материалов с современными требованиями. The model, which allows conducting simple and sufficiently reliable calculations for gas heating in well-stirred systems in order to design installations for manufacturing composite materials according to modern requirements was offered in the present work. В даній роботі запропонована модель, що дозволяє виконувати нескладні та достатньо достовірні розрахунки нагріву газу в проточних системах з метою конструювання установок для виготовлення композиційних матеріалів, які відповідають сучасним вимогам.
first_indexed 2025-12-07T16:02:28Z
format Article
fulltext Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2006, ò. 4, ¹ 1-2, vol. 4, No. 1-218 ÂÂÅÄÅÍÈÅ Âàæíîå çíà÷åíèå â ñîâðåìåííûõ òåõíîëîãèÿõ èìåþò îñîáûå æåñòêèå òðåáîâàíèÿ ê ñîñòîÿ- íèþ ïîâåðõíîñòè òâåðäîòåëüíûõ êîíñòðóê- öèé, ó÷àñòâóþùèõ â ðàçëè÷íûõ íàó÷íî-èñ- ñëåäîâàòåëüñêèõ è ïðîèçâîäñòâåííûõ ïðî- öåññàõ. Îðãàíèçîâàòü çàäàííûå ñâîéñòâà ïî- âåðõíîñòè – êàðäèíàëüíàÿ çàäà÷à. Ïîýòîìó áîëüøîå çíà÷åíèå èìåþò êîíñòðóêöèîííûå îñîáåííîñòè óñòðîéñòâ íîâîãî òèïà, â êîòî- ðûõ ìîãóò îñóùåñòâëÿòüñÿ òàêèå òåõíîëîãè- ÷åñêèå ïðîöåññû. Ïðè èõ ðåàëèçàöèè ÷àñòî òðåáóåòñÿ ïðîâåñòè òåðìè÷åñêèé íàãðåâ ïî- òîêà ãàçà. Òàêèå çàäà÷è, êàê â ýêñïåðèìåí- òàëüíîì, êîíñòðóêòîðñêîì, ïðîèçâîäñòâåí- íîì, òàê è â ðàñ÷åòíîì òåîðåòè÷åñêîì ïëàíàõ äëÿ ðàçëè÷íûõ ïðèêëàäíûõ öåëåé ðåøàþòñÿ ìíîãèå äåñÿòèëåòèÿ, äàæå ñòîëåòèÿ. Íàä îïè- ñàíèåì ïðîöåññîâ òåïëîîáìåíà è ïðàêòè÷åñ- êîé èõ ðåàëèçàöèåé äëÿ ðàçëè÷íûõ êîíñòðóê- öèîííûõ ñèñòåì òðóäèëîñü è òðóäèòñÿ öåëûé ðÿä ñïåöèàëèçèðîâàííûõ íàó÷íûõ è ïðîèç- âîäñòâåííî-òåõíè÷åñêèõ òåïëîôèçè÷åñêèõ èññëåäîâàòåëüñêèõ èíñòèòóòîâ. Ïðè ïîñòà- íîâêå òàêèõ çàäà÷ ïðèìåíÿëèñü ðàçëè÷íûå ïîäõîäû, îïèðàþùèåñÿ êàê íà ìîäåëüíûå, ïîäãîíÿåìûå ïîä ýêñïåðèìåíò ñõåìû, òàê è íà ÷èñëåííûå ìåòîäû ðåøåíèÿ ñèñòåìû ìíî- ãîìåðíûõ èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâ- íåíèé ãàçîäèíàìèêè è òåïëîïðîâîäíîñòè ( [1, 2] è áèáëèîãðàôè÷åñêèå ññûëêè ê íèì). Òàêèå ìîäåëè ñîäåðæàò ìàññó ôåíîìåíîëîãè÷åñêèõ âåëè÷èí, íàçâàííûõ èìåíàìè èõ ñîçäàòåëåé (÷èñëà Àðõèìåäà – Ar, Ïåêëå – Pe, Ñòàíòîíà – St, Ôåäîðîâà – Fe, Ðýëåÿ – Ra, Ãðàñãîôà – Gr, Ïðàíäòëÿ – Pr è äð.) è áåçûìÿííûõ êîýôôèöèåíòîâ, ïðèìåíèìûõ ê êîíêðåòíûì êîíñòðóêöèÿì òåïëîôèçè÷åñêèõ ñèñòåì. Ïðè- ìåðîì ìîãóò ñëóæèòü, íàïðèìåð, âûðàæåíèÿ (1.57), (4.27) – (4.49) äëÿ áåçðàçìåðíîãî êîýô- ôèöèåíòà òåïëîîòäà÷è – ÷èñëà Íóññåëüòà èç ìîíîãðàôèè [1]. Òàêèå ðàñ÷åòû ïðîâîäÿòñÿ äëÿ ñòàöèîíàð- íûõ äëèòåëüíî ýêñïëóàòèðóåìûõ òåïëîîá- ìåííûõ óñòðîéñòâ (íàïð., îáîãðåâàòåëüíûõ), â êîòîðûõ ïîòîê ãàçà èëè æèäêîñòè, êàê ïðà- âèëî, ÿâëÿåòñÿ òåïëîíîñèòåëåì. Ïðè ýòîì èí- æåíåðîâ-òåõíîëîãîâ îáû÷íî ìàëî èíòåðåñóåò èíôîðìàöèÿ î äåòàëÿõ ïðîöåññà: åãî ñòàäèè, ðàñïðåäåëåíèå õàðàêòåðèñòèê âíóòðè ñèñ- òåìû è äð. Îñíîâíîå âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ ðàñ÷åòàì èíòåãðàëüíûõ ïàðàìåòðîâ òàêèõ, êàê òåïëîâûå ïîòîêè, îáùåå êîëè÷åñòâî ïåðå- äàâàåìîãî òåïëà è äð. Ïðèìåíåíèå òàêèõ ìî- äåëåé è ðàñ÷åòîâ ê òåïëîôèçè÷åñêèì ñèñòå- ìàì íåñëîæíûõ êîíñòðóêöèé, ãäå òåïëîîáìåí ÿâëÿåòñÿ ëèøü ïðîìåæóòî÷íîé ñòàäèåé òåõ- íîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà, íå îïðàâäàíî èç-çà èõ ãðîìîçäêîñòè.  íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäëîæåí íåñòàí- äàðòíûé ïî îòíîøåíèþ ê îòìå÷åííûì âûøå ôèçè÷åñêèé ïîäõîä è àíàëèòè÷åñêàÿ ìàòåìà- òè÷åñêàÿ ìîäåëü, îïèñûâàþùèå íàãðåâ ïîòî- êà ãàçà. Ìîäåëü ïðîñòà è ôèçè÷åñêè ïðîçðà÷- íà, ñîäåðæèò ëèøü íåñêîëüêî èñõîäíûõ ïàðà- ìåòðîâ, óíèâåðñàëüíà ïî îòíîøåíèþ ê êîíñò- ðóêöèîííûì îñîáåííîñòÿì òåïëîîáìåííûõ ñèñòåì è îñíîâàíà íà ýëåìåíòàðíûõ ïðåä- ñòàâëåíèÿõ òåðìîäèíàìèêè. Òàêóþ ìîäåëü öåëåñîîáðàçíî ïðèìåíÿòü, â òîì ÷èñëå, â ñëó÷àÿõ, êîãäà íåîáõîäèìî áûñòðî ñäåëàòü ïðåäâàðèòåëüíûé ðàñ÷åò ïðîäîëüíûõ ðàñïðå- äåëåíèé òåìïåðàòóðû è ñêîðîñòè ïîòîêà ïðè êîíñòðóèðîâàíèè òåðìîõèìè÷åñêèõ ðåàê- òîðîâ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ îáåçâðåæèâàíèÿ àãðåññèâíûõ ïî îòíîøåíèþ ê áèîñèñòåìàì ÓÄÊ 521.031 ÔÈÇÈÊÎ-ÀÍÀËÈÒÈ×ÅÑÊÀß ÌÎÄÅËÜ ÍÀÃÐÅÂÀ ÃÀÇÀ  ÏÐÎÒÎ×ÍÎÌ ÒÅÐÌÎÕÈÌÈ×ÅÑÊÎÌ ÐÅÀÊÒÎÐÅ I Á.Ì. Øèðîêîâ, À.Ô. Êîðæ Íàöèîíàëüíûé íàó÷íûé öåíòð “Õàðüêîâñêèé ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò” Óêðàèíà Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 16.02.2006  íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäëîæåíà ìîäåëü, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò ïðîèçâîäèòü ïðîñòûå è äîñòàòî÷íî äîñòîâåðíûå ðàñ÷åòû ïî íàãðåâó ãàçà â ïðîòî÷íûõ ñèñòåìàõ ñ öåëüþ êîíñòðóèðîâàíèÿ óñòàíî- âîê äëÿ èçãîòîâëåíèÿ êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ ñ ñîâðåìåííûìè òðåáîâàíèÿìè. Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2006, ò. 4, ¹ 1-2, vol. 4, No. 1-2 19 ãàçîîáðàçíûõ îòõîäîâ õèìè÷åñêèõ è ôàðìà- öåâòè÷åñêèõ ïðîèçâîäñòâ ëèáî äëÿ òåðìî- ñèñòåì, îáåñïå÷èâàþùèõ ïîëó÷åíèå ìåëêî- äèñïåðñíûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ïîðîøêîâ èëè íàíåñåíèå ïîêðûòèé èç ãàçîâîé ôàçû, êîãäà íåîáõîäèìî îðãàíèçîâàòü óñëîâèÿ äëÿ ïðîòå- êàíèÿ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé è èìåòü èíôîð- ìàöèþ î ìåñòå ðàñïîëîæåíèÿ ðåàêöèîííîé çîíû â ïðîòî÷íîì êàíàëå ðåàêòîðà. Îòìåòèì òàêæå, ÷òî ïðîòî÷íûå äèíàìè- ÷åñêèå ñèñòåìû âîîáùå, à òåïëîîáìåííûå â ÷àñòíîñòè èìåþò ïðèíöèïèàëüíî ïðîãðåñ- ñèâíûé õàðàêòåð. Âñÿêàÿ ïðîòî÷íàÿ ñèñòåìà ñ êîíêðåòíîé êîíôèãóðàöèåé ïàðàìåòðîâ èìååò ñâîþ âåëè÷èíó õàðàêòåðèñòè÷åñêîé ñêîðîñòè ïðîòîêà. Ïðè ñêîðîñòÿõ ïðîòîêà ìåíüøèõ èëè áîëüøèõ õàðàêòåðèñòè÷åñêîé ïðîèñõîäèò äåãðàäàöèÿ ñèñòåìû. Òàê äëÿ òåðìîõèìè÷åñêèõ ðåàêöèé â ãàçîâîì ïîòîêå âåëè÷èíó õàðàêòåðèñòè÷åñêîé ñêîðîñòè ðàñõîäà ãàçà îïðåäåëÿþò òåìïåðàòóðà, ïðè êîòîðîé ïðîòåêàåò õèìè÷åñêàÿ ðåàêöèÿ è åå ÷àñòîòà. Åñëè ñêîðîñòü ïðîòîêà ìåíüøå õàðàêòåðèñòè÷åñêîé, òî âûõîä ïðîäóêòîâ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé óìåíüøàåòñÿ, ëèáî âîîáùå ïðåêðàùàåòñÿ, êîãäà âîçíèêàþò óñëîâèÿ äëÿ ïðîòåêàíèÿ îáðàòíûõ ðåàêöèé, ò.å. ìîëåêóëà ãàçà ïðîâîäèò âðåìÿ â ðåàê- öèîííîé çîíå áåç èçìåíåíèÿ ñâîåãî ñîñòàâà; åñëè – áîëüøå, òî õèìè÷åñêèå ðåàêöèè íå óñïåâàþò ïðîòåêàòü. Âîîáùå, ôåíîìåí ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ïðîòî÷íîé ñèñòåìû óíèâåðñàëåí è ïðèìåíèì êî ìíîãèì ìàòåðèàëüíûì îáúåêòàì, â ò.÷. áèî- ëîãè÷åñêèì, ñîöèàëüíûì, èíòåëëåêòóàëü- íûì è äð. Îðãàíèçì ÷åëîâåêà â ôèçèîëîãè- ÷åñêîì îòíîøåíèè òàêæå ÿâëÿåòñÿ ïðîòî÷íîé ñèñòåìîé ñî ñâîåé õàðàêòåðèñòè÷åñêîé ñêî- ðîñòüþ ïðîòîêà âåùåñòâ, ôîðìèðóþùèõ åãî áèîëîãè÷åñêóþ îñíîâó è îòâîäÿùèõ øëàêè. Åñëè ñêîðîñòü ïðîòîêà çàìåäëÿåòñÿ, òî ÷å- ëîâåê çàáîëåâàåò âñëåäñòâèå íàêîïëåíèÿ îòðàáîòàííîãî ìàòåðèàëà (ïàðàçèòíîé äîëè ïðîäóêòîâ áèîðåàêöèé), êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ äëÿ íåãî ÿäàìè, íàîáîðîò, åñëè ñêîðîñòü ïðî- òîêà âåëèêà, òî ïðîèñõîäèò “âûìûâàíèå” æèçíåòâîðíûõ âåùåñòâ, à âíîâü ïðèáûâøèå íå óñïåâàþò óñâîèòüñÿ. ÔÈÇÈ×ÅÑÊÀß ÌÎÄÅËÜ Ìîäåëü îñíîâàíà íà ïðîñòûõ ôèçè÷åñêèõ ïðåäïîñûëêàõ. Ðàññìîòðåíà íàãðåâàòåëüíàÿ ñèñòåìà, ïðåäñòàâëÿþùàÿ ñîáîé ïîäîãðåâà- åìóþ, íàïðèìåð, ñèëèöèðîâàííûìè ìîëèá- äåíîâûìè ëèáî âîëüôðàìîâûìè ñòåðæíÿìè äèýëåêòðè÷åñêóþ òðóáêó (êàíàë íàãðåâàòåëÿ), íàïðèìåð, àëóíäîâóþ ëèáî êâàðöåâóþ, äëè- íîé L äëÿ îïðåäåëåííîñòè êðóãëîãî ñå÷åíèÿ ñ îäèíàêîâîé ïî âñåé äëèíå êàíàëà ïëîùàäüþ S = (πd2/4) (d – äèàìåòð êàíàëà), èìåþùóþ ïî øêàëå Êåëüâèíà ïîñòîÿííóþ òåìïåðàòóðó âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè Òí = const, ÷åðåç êîòîðóþ ïðîêà÷èâàåòñÿ ãàç ñî ñêîðîñòüþ ðàñ- õîäà G (ì3/c) ñ íàìåðåíèåì íàãðåòü åãî äî òåì- ïåðàòóð, ïðè êîòîðûõ ïðîòåêàþò òåðìîõèìè- ÷åñêèå ðåàêöèè. Íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü ðàñ- ïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû è ñêîðîñòè äâèæå- íèÿ ãàçà â ïîòîêå âäîëü êàíàëà íàãðåâàòåëÿ. Ïðåäëàãàåòñÿ ñëåäóþùèé ïîäõîä ê ðåøå- íèþ çàäà÷è. Êàíàë íàãðåâàòåëÿ ïî âñåé åãî äëèíå ðàçáèâàåòñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíûìè ê îñè óñëîâíûìè ïëîñêîñòÿìè íà N ýëåìåíòàðíûõ ó÷àñòêîâ (öèëèíäðèêîâ) îäèíàêîâîé âûñîòû l0 = L/N. Çàòåì ðàññìàòðèâàåòñÿ ïðîöåññ ñòóïåí÷àòîãî òåïëîîáìåíà íà êàæäîì òàêîì ó÷àñòêå ìåæäó ýëåìåíòîì ïîâåðõíîñòè ïëîùàäüþ ∆S = π⋅d×L/N è ýëåìåíòîì ïîòîêà ãàçà, èìåþùåãî íà âõîäå â êàíàë òàêîé æå ðàçìåð l0. Òåìïåðàòóðà ãàçà è åãî ñêîðîñòü íà âõîäå â êàíàë ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî Ò0 < Òí è υ0 = G/S. Ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ïåðâîãî ó÷àñòêà ðàçáèåíèÿ êàíàëà ãàç ýëåìåíòà ïîòîêà ïðèîáðåòàåò îáúåì òåïëîâîé ýíåðãèè ∆Q1, åãî òåìïåðàòóðà è ñêîðîñòü âîçðàñòàþò äî çíà- ÷åíèé Ò1 è υ1 è åìó ïðèñâàèâàåòñÿ íîìåð 1. Ñîîòâåòñòâåííî óâåëè÷èâàåòñÿ è îáúåì ïîäîãðåòîãî ýëåìåíòà ïîòîêà äî çíà÷åíèÿ V1 = V0⋅(T1/T0) (èç óðàâíåíèÿ Ìåíäåëååâà- Êëàïåéðîíà; çäåñü V0 = S⋅l0) äëÿ ñèñòåì ñ îäèíàêîâîé ïî âñåé äëèíå ïëîùàäüþ ñå÷åíèÿ çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ äëèíû ýëåìåíòà ïîòîêà äî çíà÷åíèÿ l1 = l0⋅(T1/T0). Ôèçè÷åñêîå îáîñíîâàíèå ïðîöåññîâ, ïðî- òåêàþùèõ â ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìå îñíî- âûâàåòñÿ íà ñëåäóþùèõ íàãëÿäíûõ ïðåäñòàâ- ëåíèÿõ, êîòîðûå ïðèâëåêàþòñÿ äëÿ òîãî, ÷òîáû îïèñàòü ïðîöåññ òåïëîîáìåíà ìåæäó ýëåìåíòîì ïîòîêà è êàæäûì ïîñëåäóþùèì Á.Ì. ØÈÐÎÊÎÂ, À.Ô. ÊÎÐÆ Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2006, ò. 4, ¹ 1-2, vol. 4, No. 1-220 ýëåìåíòîì ïîâåðõíîñòè êàíàëà íàãðåâàòåëÿ. Ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ ïåðâîãî ó÷àñòêà ðàçáèå- íèÿ êàíàëà, ÷òîáû îáåñïå÷èòü àêò òåïëîîá- ìåíà “ðàñïóõøåãî” äî îáúåìà V1, óøèðåííîãî íà äëèíó ∆l = l1 – l0 ýëåìåíòà ïîòîêà ãàçà ñ ïîâåðõíîñòüþ ñëåäóþùåãî ýëåìåíòà êàíàëà ïîä íîìåðîì 2, íåîáõîäèìî ìûñëåííî (!) ìãíîâåííî (!) âåðíóòü ýëåìåíò ïîòîêà íàçàä, äî ïîëîæåíèÿ, êîãäà ïåðåäíèé åãî ôðîíò îêàæåòñÿ ïåðåä âõîäîì âî âòîðîé ó÷àñòîê ðàçáèåíèÿ êàíàëà. Äàëåå ýòîò “ðàñïóõøèé” ýëåìåíò ïîòîêà ïðîãîíÿåòñÿ ÷åðåç âòîðîé ó÷àñòîê êàíàëà, íî óæå ñ áîëüøåé ñêîðîñòüþ υ1 = υ0⋅(Ò1/T0). Âàæíûì ìîìåíòîì (!) íàñòîÿùåé òåîðèè ÿâëÿåòñÿ ñëåäóþùåå îáñòîÿòåëüñòâî: óñëîâè- åì, îáåñïå÷èâàþùèì åñòåñòâåííîå ôèçè÷åñ- êîå òðåáîâàíèå íåïðåðûâíîñòè ïîòîêà ãàçà â êàíàëå è, êîòîðîå, â ò.÷., ïîçâîëÿåò äàòü ôè- çè÷åñêóþ èíòåðïðåòàöèþ è êîëè÷åñòâåííî îïèñàòü ôåíîìåí “ðàçãîíà” ïîòîêà â ðóñëå êà- íàëà ïðè ðàññìîòðåíèè åãî íàãðåâà ïîñðåä- ñòâîì òåïëîîáìåíà ìåæäó ýëåìåíòîì ïîâåðõ- íîñòè è èçìåíÿþùèì ñâîè ðàçìåðû ýëåìåí- òîì ïîòîêà, ÷åëíî÷íî-ñòóïåí÷àòûì îáðàçîì, ïåðåäâèãàþùèìñÿ âäîëü îñè êàíàëà, ÿâëÿåòñÿ òðåáîâàíèå î ïîñòîÿíñòâå âðåìåíè âçàèìî- äåéñòâèÿ ìåæäó ýëåìåíòîì ïîòîêà è ïðîèç- âîëüíûì ýëåìåíòîì ïîâåðõíîñòè êàíàëà, ò.å.: t1 = t2 = …= ts = …= tN, (1) ãäå ts = ls–1/υs-1, s∈[1 – N]. Óñëîâèå (1) ÿâëÿ- åòñÿ àíàëîãîì óðàâíåíèé “íåðàçðûâíîñòè” è “ñïëîøíîñòè” â ãàçî- è òåðìîäèíàìè÷åñ- êèõ òåîðèÿõ [3]. Äàëåå ïðîöåññ ïðîèñõîäèò àíàëîãè÷íûì îáðàçîì: “ðàñïóõøèé” äî ðàçìåðà l1 ýëåìåíò ïîòîêà ïðîõîäèò ó÷àñòîê êàíàëà ñ íîìåðîì 2, ïîëó÷àÿ ïðè ýòîì äîëþ òåïëà ∆Q2, ÷òî ïðèâîäèò ê äàëüíåéøåìó åãî “ðàñïóõàíèþ” äî ðàçìåðà l2 = l0⋅(T2/T0) è åìó ïðèñâàèâàåòñÿ íîìåð 2. Çàòåì ïðîèñõîäèò íîâûé “îòêàò” äî ïîëîæåíèÿ, êîãäà åãî ïåðåäíèé ôðîíò óñ- òàíîâèòñÿ ïåðåä âõîäîì íà ó÷àñòîê 3 è òàê ïîâòîðÿåòñÿ äî âûõîäà ýëåìåíòà ïîòîêà èç êàíàëà íàãðåâàòåëÿ. Ïðè ýòîì åãî ðàçìåð è ñêîðîñòü ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî lN = l0⋅(TN/T0) è υN = υ0⋅(TN/T0). ÀÍÀËÈÒÈ×ÅÑÊÀß ÌÀÒÅÌÀÒÈ×ÅÑÊÀß ÌÎÄÅËÜ Àíàëèòèêî-ìàòåìàòè÷åñêàÿ ÷àñòü ìîäåëè, ôèçè÷åñêàÿ íà÷èíêà êîòîðîé îïèñàíà âûøå, îñíîâàíà íà çàêîíå ñîõðàíåíèÿ òåïëîâîé ýíåðãèè è ñîäåðæèò âñåãî íåñêîëüêî ôåíî- ìåíîëîãè÷åñêèõ òåðìîäèíàìè÷åñêèõ õàðàê- òåðèñòèê òàêèõ, êàê óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ãàçà ñð (Äæ/(êã⋅Ê)) ïðè ïîñòîÿííîì äàâëå- íèè, åãî ïëîòíîñòü ρ0 (êã/ì3) è êîýôôèöèåí- òû òåïëîîòäà÷è ñèñòåìû (ïîâåðõíîñòü êà- íàëà) – (ïîòîê ãàçà) αs = α(1) + υs⋅α (2) (çäåñü α(1) (Âò/(ì2⋅Ê)) è α(2) (Äæ/(ì3⋅Ê)) [4] ). Ïóñòü íà âõîäå â êàíàë íàãðåâàòåëÿ ãàç èìååò êîìíàòíóþ òåìïåðàòóðó è àòìîñôåðíîå äàâëåíèå, õîòÿ äëÿ íàøèõ ïîñòðîåíèé ýòè óñëîâèÿ íå îáÿçàòåëüíû. Ïðè âçàèìîäåéñòâèè ýëåìåíòà ïîâåðõíîñòè ïîä íîìåðîì s ñ ýëå- ìåíòîì ïîòîêà (s – 1), âûòåêàþùåãî èç ó÷àñòêà êàíàëà (s – 1) ïîâåðõíîñòü îòäàåò äîëþ òåïëà, ðàâíóþ ∆Qs = αs–1⋅∆SN⋅ts⋅(T í – Ts–1), (2) à ýëåìåíò ïîòîêà ãàçà ïðèîáðåòàåò îáúåì òåïëîâîé ýíåðãèè ∆Qs = ñð⋅∆ms⋅ts⋅(Ts –Òs–1). (3) Çäåñü ∆SN = π⋅d⋅(L/N) – ïëîùàäü ëþáîãî èç ýëåìåíòîâ ïîâåðõíîñòè, ts = (ls/υs) = (l0/υ0) – âðåìÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåìåíòà ïîòîêà ñ s – ýëåìåíòîì ïîâåðõíîñòè, îäèíàêîâîå äëÿ ëþ- áîãî ó÷àñòêà êàíàëà (1), ∆ms = ρs–1⋅Vs–1 = ρ0⋅V0– ìàññà ýëåìåíòà ïîòîêà, V0 = (π⋅d2/4)⋅(L/N) è ρ0 – åãî îáúåì è ïëîòíîñòü ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå. Ïðèðàâíèâàÿ ïðàâûå ÷àñòè âûðàæåíèé (2) è (3), ñîâåðøàÿ ïîñëåäîâàòåëüíóþ èòåðà- öèîííóþ ïðîöåäóðó, ñîîòâåòñòâóþùóþ àêòàì òåïëîîáìåíà íà êàæäîì ïðåäûäóùåì ó÷àñòêå, è äîáèðàÿñü, òàêèì îáðàçîì, äî âõîäà â êàíàë íàãðåâàòåëÿ (s = 1), ìîæíî âûðàçèòü òåìïå- ðàòóðó è ñêîðîñòü ïîòîêà íà s-ì ó÷àñòêå êà- íàëà ÷åðåç òåïëîôèçè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ñèñòåìû íà âõîäå â íåå. Òàêèå ñîîòíîøåíèÿ èìåþò âèä: ; (4) ÔÈÇÈÊÎ-ÀÍÀËÈÒ×ÅÑÊÀß ÌÎÄÅËÜ ÍÀÃÐÅÂÀ ÃÀÇÀ  ÏÐÎÒÎ×ÍÎÌ ÒÅÐÌÎÕÈÌÈ×ÅÑÊÎÌ ÐÅÀÊÒÎÐÅ I ∑ = ∆+= s k ks TTT 1 0 Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2006, ò. 4, ¹ 1-2, vol. 4, No. 1-2 21 υs = (G/S)⋅(Ts/T0), (5) ãäå , (6) ϕN = ∆SN/(cp⋅ρ0⋅G), δT = Tí – Ò0. (7) Äëÿ õîðîøåé ñõîäèìîñòè ðÿäîâ (4) – (6) íåîá- õîäèìî, ÷òîáû |ϕN ⋅αN| << 1. (8) Ïðîäåìîíñòðèðóåì ïðèìåíåíèå ïîëîæå- íèé íàøåãî ïîäõîäà íà êîíêðåòíîì ïðèìåðå. Ðàññìîòðèì íàãðåâ ïîòîêà âîçäóõà, ïðîêà÷è- âàåìîãî ïðè àòìîñôåðíîì äàâëåíèè è íà- ÷àëüíîé êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå Ò0 ÷åðåç íàãðåòóþ ñèëèöèðîâàííûìè âîëüôðàìîâû- ìè ñòåðæíÿìè äî òåìïåðàòóðû Òí = 1660 Ê àëóíäîâóþ òðóáêó êðóãëîãî ñå÷åíèÿ äëèíîé L = 92⋅10–2 ì è âíóòðåííèì äèàìåòðîì d = 5,5⋅10–2 ì. Òåðìîäèíàìè÷åñêèå ïàðàìåò- ðû òàêîé ñèñòåìû èìåþò ñëåäóþùèå çíà÷å- íèÿ: ñð = 1009 (Äæ/(êã⋅Ê)), r0 = 1,204 (êã/ì3), α(1) = 5,6 (Âò/(ì2⋅Ê)) è α(2) = 4 (Äæ/(ì3⋅Ê)) [4].  òàáë. 1 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ïî ôîðìóëàì (5) – (7) ìàêñèìàëüíûõ çíà÷å- íèé òåìïåðàòóðû ïîòîêà è ñêîðîñòè åãî äâè- æåíèÿ äëÿ ÷åòûðåõ çíà÷åíèé ñêîðîñòè ðàñ- õîäà ãàçà G. Êàíàë íàãðåâàòåëÿ ðàçáèâàëñÿ âèðòóàëüíûìè, ïåðïåíäèêóëÿðíûìè ê åãî ïðîäîëüíîé îñè, ïëîñêîñòÿìè íà N = 46 ó÷àñò- êîâ äëèíîé ïî 2⋅10–2 ì êàæäûé. Ïðè ýòîì óñëîâèå |ϕ46⋅α46| ∼ 0,1 << 1 îáåñïå÷èâàëî õîðî- øóþ ñõîäèìîñòü ðÿäîâ. Ïðîâåäåííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå èçìåðå- íèÿ ïîêàçàëè, ÷òî îòëè÷èå ðàñ÷åòíûõ õàðàê- òåðèñòèê ïîòîêà ãàçà îò èçìåðåííûõ äàò÷èêîì íà îñíîâå òåðìîïàðû ëåæèò â ïðåäåëàõ 15% äëÿ ðàçëè÷íûõ óñëîâèé ïðîêà÷êè [5 – 7]. ÂÛÂÎÄÛ Òàêèì îáðàçîì, ïðåäñòàâëåíèå î ÷åëíî÷íî- ñòóïåí÷àòîì õàðàêòåðå äâèæåíèÿ “ðàñïó- õàþùåãî” ýëåìåíòà ïîòîêà ïîçâîëÿåò ïî- ñòðîèòü ïðîçðà÷íóþ òåîðèþ òåïëîîáìåíà ìåæäó ïîòîêîì ãàçà è ïîâåðõíîñòüþ íàãðå- âàþùåãî óñòðîéñòâà áåç ïðèâëå÷åíèÿ ñëîæ- íîé ñõåìû ÷èñëåííîãî ðåøåíèÿ ñèñòåìû èíòåãðî-äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé ãàçîäèíàìèêè è òåïëîïðîâîäíîñòè, êàê ïðåä- ëàãàåòñÿ, íàïðèìåð, â [1, 3 ,8]. Íàøà òåîðèÿ âêëþ÷àåò â ñåáÿ, â ò.÷., ïîëîæåíèÿ î íåïðå- ðûâíîñòè ïîòîêà è õàðàêòåðå ðàçãîíà ÷àñòèö ãàçà â ðóñëå êàíàëà íàãðåâàòåëÿ. Òàêèå íàãðåâàòåëüíûå ñèñòåìû ìîãóò èñ- ïîëüçîâàòüñÿ äëÿ òåðìè÷åñêîãî ðàçëîæåíèÿ ìîëåêóë àãðåññèâíûõ ãàçîîáðàçíûõ îòõîäîâ õèìè÷åñêèõ è ôàðìàöåâòè÷åñêèõ ïðîèç- âîäñòâ, à òàêæå â ðàáîòàõ ïî íàíåñåíèþ ïî- êðûòèé èç ãàçîâîé ôàçû. Òàê, íàïðèìåð, ïðè íàãðåâå ãàçà, ñîñòîÿùåãî èç ìîëåêóë Ìî(ÑÎ)6, äî òåìïåðàòóðû âûøå 1000 Ê, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïîñòóïàòåëüíîé ýíåðãèè ÷àñ- òèö 0,2 ýÂ, âîçìîæíà òåðìè÷åñêàÿ äèññîöè- àöèÿ ìîëåêóë Ìî(ÑÎ)6 ïî ñëåäóþùåé ñõåìå: Ìî(ÑÎ)6 → Ìî + 6×ÑÎ c îáðàçîâàíèåì ìåòàëëè÷åñêîãî ìîëèáäåíà. Ìîëåêóëû óãàðíîãî ãàçà ïðè äàëüíåéøåì îêèñëåíèè ïðåâðàùàþòñÿ â íåéòðàëüíûé ÑÎ2. Îòìåòèì òàêæå, ÷òî, â ýòîì ñëó÷àå, ãàç â ïîòîêå äîëæåí áûòü äîñòàòî÷íî ïëîòíûì, ÷òîáû ÷àñòîòà ñòîëêíîâåíèé ìåæäó ìîëåêó- ëàìè â ãîðÿ÷åé çîíå áûëà çíà÷èòåëüíî áîëüøå îáðàòíîé âåëè÷èíû âðåìåíè ïðî- ëåòà ýòîé çîíû. ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ 1. Êóëèíè÷åíêî Â.Ð. Ñïðàâî÷íèê ïî òåïëî- îáìåííûì ðàñ÷åòàì. – Ê.: “Òåõíèêà”, 1990. – 164 ñ. 2. Ãåðáõàðä Á., Äæàëóðèÿ È., Ìîõàäæàí Ð. è äð. Ñâîáîäíîêîíâåêòèâíûå òå÷åíèÿ, òåïëî- è ìàññîîáìåí. – Ì.: “Ìèð”, Ò.1, 1991. – 468 ñ. 3. Ëåîíòüåâ À.È. Òåîðèÿ òåïëîìàññîîáìåíà.– Ì.: “Âûñøàÿ øêîëà”, 1979. – 495 ñ. 4. Êóõëèíã Õ. Ñïðàâî÷íèê ïî ôèçèêå. – Ì.: “Ìèð”, 1982. – 399 ñ. Òàáëèöà 1 Ðàñ÷åò ìàêñèìàëüíûõ çíà÷åíèé òåìïåðàòóðû ïîòîêà è ñêîðîñòè åãî äâèæåíèÿ G⋅104, ì3/ñ υ0⋅102, ì/c υN max⋅102, ì/ñ TN, Ê 1,39 5,85 31,15 1560 2,78 11,70 51,43 1288 5,56 23,40 82,80 1037 8,33 35,10 108,18 903 Á.Ì. ØÈÐÎÊÎÂ, À.Ô. ÊÎÐÆ ( )∏ − = −− ⋅−⋅⋅⋅=∆ 1 1 11 1 k i iNkNk TT αϕδαϕ Ô²Ï ÔÈÏ PSE, 2006, ò. 4, ¹ 1-2, vol. 4, No. 1-222 5. ßðûøåâ Í.À. Òåîðåòè÷åñêèå îñíîâû èçìå- ðåíèÿ íåñòàöèîíàðíîé òåìïåðàòóðû. – Ë.: “Ýíåðãîèçäàò”, 1990. – 289 ñ. 6. Åâòèõèåâ Í.Í., Êóïåðøìèäò ß.À., Ïàïóëîâ- ñêèé Â.Ô. è äð. Èçìåðåíèå ýëåêòðè÷åñêèõ è íåýëåêòðè÷åñêèõ âåëè÷èí. – Ì.: “Ýíåðãî- àòîìèçäàò”, 1990. – 350 ñ. 7. Ïîñêà÷åé À.À., ×óáàðåâ Å.Ï. Îïòèêî-ýëåêò- ðîííûå ñèñòåìû èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû. – Ì.: “Ýíåðãîàòîìèçäàò”, 1988. – 247 ñ. 8. Èñà÷åíêî Â.Ï., Ñóêîìåë À.Ñ. Òåïëîïåðåäà÷à. – Ì.: «Ýíåðãèÿ», 2001. – 417 ñ. Ô²ÇÈÊÎ-ÀÍÀ˲ÒÈ×ÍÀ ÌÎÄÅËÜ ÍÀÃвÂÓ ÃÀÇÓ Â ÏÐÎÒÎ×ÍÎÌÓ ÒÅÐÌÎղ̲×ÍÎÌÓ ÐÅÀÊÒÎв ² Á.Ì. Øèðîêîâ, Î.Ô. Êîðæ  äàí³é ðîáîò³ çàïðîïîíîâàíà ìîäåëü, ùî äîçâî- ëÿº âèêîíóâàòè íåñêëàäí³ òà äîñòàòíüî äîñòîâ³ðí³ ðîçðàõóíêè íàãð³âó ãàçó â ïðîòî÷íèõ ñèñòåìàõ ç ìåòîþ êîíñòðóþâàííÿ óñòàíîâîê äëÿ âèãîòîâ- ëåííÿ êîìïîçèö³éíèõ ìàòåð³àë³â, ÿê³ â³äïîâ³- äàþòü ñó÷àñíèì âèìîãàì. PHYSICO-ANALYTICAL MODEL FOR GAS HEATING IN WELL-STIRRED THERMO-CHEMICAL REACTOR I B. Shyrokov, A. Korsh The model, which allows conducting simple and sufficiently reliable calculations for gas heating in well-stirred systems in order to design installations for manufacturing composite materials according to modern requirements was offered in the present work. ÔÈÇÈÊÎ-ÀÍÀËÈÒ×ÅÑÊÀß ÌÎÄÅËÜ ÍÀÃÐÅÂÀ ÃÀÇÀ  ÏÐÎÒÎ×ÍÎÌ ÒÅÐÌÎÕÈÌÈ×ÅÑÊÎÌ ÐÅÀÊÒÎÐÅ I
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98779
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1999-8074
language Russian
last_indexed 2025-12-07T16:02:28Z
publishDate 2006
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
record_format dspace
spelling Широков, Б.М.
Корж, А.Ф.
2016-04-17T18:09:07Z
2016-04-17T18:09:07Z
2006
Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I / Б.М. Широков, А.Ф. Корж // Физическая инженерия поверхности. — 2006. — Т. 4, № 1-2. — С. 18–22. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
1999-8074
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98779
521.031
В настоящей работе предложена модель, которая позволяет производить простые и достаточно достоверные расчеты по нагреву газа в проточных системах с целью конструирования установок для изготовления композиционных материалов с современными требованиями.
The model, which allows conducting simple and sufficiently reliable calculations for gas heating in well-stirred systems in order to design installations for manufacturing composite materials according to modern requirements was offered in the present work.
В даній роботі запропонована модель, що дозволяє виконувати нескладні та достатньо достовірні розрахунки нагріву газу в проточних системах з метою конструювання установок для виготовлення композиційних матеріалів, які відповідають сучасним вимогам.
ru
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
Физическая инженерия поверхности
Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I
Фізико-аналітична модель нагріву газу в проточному термохімічному реакторі I
Physico-analytical model for gas heating in well-stirred thermo-chemical reactor I
Article
published earlier
spellingShingle Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I
Широков, Б.М.
Корж, А.Ф.
title Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I
title_alt Фізико-аналітична модель нагріву газу в проточному термохімічному реакторі I
Physico-analytical model for gas heating in well-stirred thermo-chemical reactor I
title_full Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I
title_fullStr Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I
title_full_unstemmed Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I
title_short Физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе I
title_sort физико-аналитическая модель нагрева газа в проточном термохимическом реакторе i
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98779
work_keys_str_mv AT širokovbm fizikoanalitičeskaâmodelʹnagrevagazavprotočnomtermohimičeskomreaktorei
AT koržaf fizikoanalitičeskaâmodelʹnagrevagazavprotočnomtermohimičeskomreaktorei
AT širokovbm fízikoanalítičnamodelʹnagrívugazuvprotočnomutermohímíčnomureaktoríi
AT koržaf fízikoanalítičnamodelʹnagrívugazuvprotočnomutermohímíčnomureaktoríi
AT širokovbm physicoanalyticalmodelforgasheatinginwellstirredthermochemicalreactori
AT koržaf physicoanalyticalmodelforgasheatinginwellstirredthermochemicalreactori