ТЕПЛОМАСООБМІН У СИСТЕМІ ТВЕРДЕ ТІЛО – РІДИНА З ПОВЕРХНЕВИМ ДЖЕРЕЛОМ ТЕПЛА

The interaction between a solid (zinc) and a liquid reagent (a solution of hydrochloric acid) was studied theoretically and experi-mentally. These processes are used in the dimensional processing of metals in order to give those appropriate shapes. A cylindrical zinc billet was used as the object of the study. The billet lateral surface is protected by an acid-resistant coating and the dissolution process occurred only along the plane of the work piece section. The experimental installation scheme with the description of ex-perimental researches technique is resulted too. The zinc billet dissolution proceeds with the release of the gaseous phase during the nucleation of the bubbles, growth and separation from the solid surface where they nucleate. It promotes intensive mixing of the liq-uid and turbulizes the boundary diffuse layer. As a result, the process of maso-visualization is intensified. This process is controlled by diffusion and its intensity is determined by the mass-transfer coefficient. The value of the mass-transfer coefficient is presented in this work. The interaction is accompanied by significant thermal effects. This enhances the process of dissolving zinc with hydro-chloric acid. The heat source is located on the interaction surface and spreads by convection in a liquid reagent and thermal conduc-tivity in a solid, respectively. The temperature at the interaction surface is important to know, since it determines the values of the physical quantities that are used to mass-exchange processes calculation. The process of thermal conductivity in a semibounded body with a continuously operating surface heat source is considered in the condition of constant convective heat flow into liquid medium. A differential heat equation with a constantly acting heat source on the solid surface with the corresponding initial and boundary conditions is used to describe the dissolution process. The results of experiments are shown in the graphs form. The temperature of the interaction surface is determined as a function of time. It is also found that the largest surface temperature gradients are observed at the initial periods. The temperature field in a bar-shaped metal blank was determined theoretically and experimentally and it ade-quacy has been confirmed.Теоретически и экспериментально исследовано взаимодействие между твердым телом (цинком) и жидким реагентом (раствор соляной кислоты). Такие процессы используются в размерной обработке металлов с целью придания им соответствующих форм. Данная реакция протекает с выделением газообразной фазы, которая в процессе зарождения, роста и отрыва от твердой поверхности, на которой она зарождается, интенсивно перемешивает жидкость и турбулизирует пограничный диффузионный слой. Данный процесс контролируется диффузией и его интенсивность определяется коэффициентом массоотдачи, значения которого наведены в работе. Исследуемое взаимодействие сопровождается значительными тепловыми эффектами. Источник теплоты находится на поверхности взаимодействия и распространяется конвекцией в жидком реагенте и теплопроводностью в твердом теле. Важно знать температуру на поверхности взаимодействия, потому что она определяет значения физических величин, которые используются при расчетах массообменного процесса. Рассмотрен процесс теплопроводности в полуограниченное тело с непрерывно действующим поверхностным источником тепла при условии постоянства конвективного теплового потока в жидкую среду. Определена температура поверхности взаимодействия как функция времени и установлено, что максимальные поверхностные градиенты температур наблюдаются в начальные моменты времени. Теоретически и экспериментально определено температурное поле в металлической заготовке стержневого типа и подтверждена их адекватность.Теоретично та експериментально досліджено взаємодію між твердим тілом (цинком) та рідким реагентом (розчин соляної кислоти). Такі процеси використовують у розмірному обробленні металів для надання їм відповідних форм. Об'єктом дослідження обрано циліндричну заготовку цинку, бокова поверхня якої захищена кислотостійким покриттям, а процес розчинення відбувався лише по площині перерізу заготовки. Ця реакція відбувається з виділенням газоподібної фази, яка у процесі зародження бульбашок, росту та відриву їх від твердої поверхні, на якій вони зароджуються, сприяє інтенсивному перемішуванню рідини та турбулізує пограничний дифузійний шар. Внаслідок цього процес масовіддачі інтенсифікується. Цей процес контролюється дифузією і його інтенсивність визначається коефіцієнтом масовіддачі, значення якого наведено у роботі. Ця взаємодія супроводжується значними тепловими ефектами, що своєю чергою також інтенсифікує процес розчинення цинку соляною кислотою. Джерело тепла знаходиться на поверхні взаємодії і поширюється конвекцією у рідкому реагенті та теплопровідністю у твердому тілі. Важливо знати температуру на поверхні взаємодії, тому що вона визначає значення фізичних величин, які використовують під час розрахунків масообмінного процесу. Розглянуто процес теплопровідності у напівобмежене тіло з неперервно діючим поверхневим джерелом тепла за умови постійності конвективного теплового потоку у рідинне середовище. Визначено температуру поверхні взаємодії як функцію часу та встановлено, що найбільші поверхневі градієнти температур спостерігаються у початкові періоди часу. Теоретично та експериментально визначено температурне поле у металічній заготовці стержневого типу та підтверджено їх адекватність

Гідродинаміка руху теплового агента під час фільтраційного сушіння Miscánthus giganteus

Experimental studies of pressure losses in a layer of crushed miscánthus giganteus for changes in the fake rate of filtration of the thermal agent and also hydrodynamics of the layer miscanthus giganteus from the fictitious rate of the thermal agent, which are parabolic in nature for all the heights of the material layer, are presented. The hydrodynamics of the flow of gas through a stationary porous layer of material using Darcy – Weissbach dependence is described. The porosity of the material layer is determined. The equation describing the complex dependence between the pressure and the speed caused by the elastic properties of miscánthus giganteus is obtained. The results of these functions are derived for different values of height, porosity and false speed. An equation describing the complex dependence between the pressure and the speed caused by the elastic properties of miscánthus giganteus is obtained. Comparative theoretical and experimental data are presented. The obtained equation allows predicting the energy costs of creating a pressure drop during drying in the stationary layer miscánthus giganteus within the limits of the height of the layer and fictitious velocity. The relationship between pressure flow, speed, porosity, and altitude is experimentally defined. The coefficient of resistance of the miscánthus giantheus layer is determined and presented in the form of dimensionless complexes as a function of the Reynolds number. Experimental data for determining the resistance coefficient is provided. Experimental results are presented that allow predicting energy costs for the drying process. The hydraulic friction coefficient is determined which enables to predict the energy costs of the filtration drying process in the wide limits of the filtration rate of the thermal agent. The absolute value of the relative error between the theoretical calculation and experimental data is analyzed. We recommend dependencies that can be used in practice to predict the energy costs of creating a pressure drop during the calculation and design of miscánthus giganteus filtration drying installations.Наведено результати експериментальних досліджень гідродинаміки руху теплового агента крізь стаціонарний шар подрібненого Miscánthus giganteus. Визначено основні параметри шару miscánthus giganteus та вибрано еквівалентний діаметр каналів між частинками de. Подано основні технічні характеристики miscánthus giganteus. Проведено експериментальні дослідження гідродинаміки фільтрування теплового агента крізь стаціонарний шар miscánthus giganteus. Наведено експериментальні дослідження гідродинаміки шару miscánthus giganteus від фіктивної швидкості теплового агента. Отримано рівняння, яке описує складну залежність між напором і швидкістю, зумовлену пружними властивостями miscánthus giganteus. Отримане рівняння дає змогу прогнозувати енергетичні затрати на створення перепаду тиску під час сушіння в стаціонарному шарі Miscánthus giganteus у межах зазначених похибки і меж висоти шару та фіктивної швидкості. Представлено коефіцієнт опору шару miscánthus giganteus у вигляді безрозмірних комплексів як функцію числа Рейнольдса. Визначено коефіцієнт гідравлічного тертя l. Проаналізовано абсолютне значення відносної похибки між теоретично розрахованими значеннями та експериментальними даними. Одержано критеріальні залежності, які дають змогу використати отримані результати для проектування нового сушильного обладнання за подібних гідродинамічних умов

Утилізація деревних відходів шляхом виготовлення паливних гранул методом екструзії

The estimation of ecological danger from uncontrolled accumulation of wood waste in the Pokutsko-Bukovynian Carpathians is given. Specific natural features of the region of research that determine the level of their environmental safety are described. Objects of research are wood residues. Subject of the work is study of conditions for wood residues recycling using wood-pellets production by extrusion method. Authors compare main methods of wood residues granulation used in Ukraine and in foreign countries. Drying of wood residues in a stationary layer is proposed to improve the granulation process. For this purpose, influence of thermal agent's speed, its temperature, thickness of the layer on the process of wood residues drying is studied. Authors find out that increasing of temperature leads to rising of heat losses to the environment as well as to overheating of material upper layers. Optimal conditions for wood residues drying are established to minimize the energy consumption and drying duration. Optimal thickness of the stationary layer of wood residues is 20·10-3 m and optimal temperature of thermal agent is 100 °С. Authors show the benefit of natural lignin-containing compounds usage for the formation of wood pellets. Furthermore, it is found that an increase in the concentration of the binding agent leads to a deterioration of the bonding of wood particles between them, which causes a decrease in their static strength. Technological improvement of equipment for mixing of components in the process of wood pellets obtaining is offered. Equipping the conical part of the casing with a drainage hole ensures the removal of the excess of the binder component, which leads to a reduction in the fragility of wood-pellets. As a result, the optimal correlation between the amount of wood waste and the binder is determined. A framework flow chart is proposed for production of wood-pellet from wood residues using extrusion method. Usage of proposed technological approach will allow successfully solve the problem of wood waste disposal, decrease environmental pressure come from this waste and consequently increase level of mountain regions ecological safety.Охарактеризовано специфічні особливості Покутсько-Буковинських Карпат, що визначають рівень їх екологічної безпеки. Оцінено екологічну небезпеку від неконтрольованого нагромадження деревних відходів у регіоні. Проаналізовано відомі технології гранулювання деревних відходів. Досліджено оптимальні умови сушіння деревних відходів у нерухомому шарі. Проведено експериментальні дослідження процесу сушіння відходів лісового господарства за різної висоти шару матеріалу та різної температури теплового агенту. Запропоновано спосіб екструзійного гранулювання композиції деревних відходів та в'яжучого натурального походження із отриманням паливних гранул. Показано перспективність використання сульфатного мила – в'яжучої речовини натурального походження, для покращення процесу грануляції деревних відходів. Запропоновано технологічне вдосконалення обладнання, що забезпечує рівномірний розподіл компонентів у процесі змішування в'яжучого та наповнювача в процесі гранулювання. Встановлено оптимальні умови отримання паливних гранул із деревним відходів екструзійним методом. Досліджено статистичну міцність та теплотворну здатність отриманих гранул, а також залежність між кількістю в'яжучого та концентрацією летких компонентів і коксовим залишком після спалювання гранули. Запропоновано принципову технологічну схему виробництва паливних гранул із деревних відходів екструзійним методом

Моделирование движения пузырьков сжатого воздуха в квазистатическом режиме при пневматическом перемешивании раствора

Експериментально досліджено процес руху бульбашки стисненого повітря у водному розчині, в апараті для розчинення при пневматичному перемішуванні. Описано процес утворення бульбашок в умовах квазістатичного режиму диспергування стисненого повітря в розчин. Визначено відривний розмір бульбашки повітря з отвору барботеру. Також розраховано швидкість спливання бульбашки. Наведено результати розрахунків дисипації енергії в апараті для розчинення.The process of bubble movement of compressed air in water solution, in a device for dissolution during pneumatic mixing is experimentally investigated. The process of formation of bubbles is described in the conditions of the quasi-static mode of dispersing compressed air into a solution. Determined tear-off size of the bubble air from the bubbler hole. Also calculated the rate of bubble burst. The results of calculations of dissipation of energy in the device for dissolution are given.Экспериментально исследован процесс движения пузырька сжатого воздуха в водном растворе, в аппарате для растворения при пневматическом перемешивании. Описан процесс образования пузырьков в условиях квазистатического режима диспергирования сжатого воздуха в раствор. Определены отрывной размер пузырька воздуха из отверстия барботера. Также рассчитана скорость всплытия пузырька. Приведены результаты расчетов диссипации энергии в аппарате для растворения

ВНУТРИДИФФУЗИОННЫЙ МАССОПЕРЕНОС В ПРОЦЕССЕ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ СУШКИ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ПАРЕНХИМНОЙ ТКАНИ СТЕБЛЕЙ ПОДСОЛНУХА

Збільшення обсягів виробництва твердого біопалива з енергетичних рослин, відходів деревооброблення та сільськогосподарських культур є актуальним завданням для більшості європейських держав на час енергетичної кризи. Значний вміст целюлози, геміцелюлози та лігніну визначає високу теплотворну здатність твердого біопалива, виготовленого зі стебел соняшника. Енергозатрати на сушіння становлять значну частку загальних енергетичних затрат технологічного процесу виготовлення твердого біопалива. Тому для зменшення останніх, запропоновано процес зневоднення подрібнених стебел соняшника реалізовувати у сушарках фільтраційного типу. Проаналізовано теоретичні аспекти дифузійних процесів під час фільтраційного сушіння подрібнених стебел соняшника. Зважаючи на складність механізму фільтраційного сушіння, доказано необхідність визначення ефективного коефіцієнта дифузії, який сумарно враховує швидкість усіх видів дифузії вологи, що виникають під час реалізації процесу і дає змогу описати процес масоперенесення згідно зі законами Фіка. Математично описано процес дифузійного масоперенесення під час фільтраційного сушіння матеріалу з частинок паренхімної тканини стебел соняшника. Досліджено залежність ефективного коефіцієнта дифузії від температури та отримано залежність для розрахунку значення ефективного коефіцієнта дифузії в межах зміни температур теплового агента 293-373 К.The production increase of solid biofuels from energy plants, wood and agricultural crop wastes is an actual task for most European countries during the energy crisis. The high concentration of cellulose, hemicelluloses and lignin defines high calorific power of solid biofuel made from sunflower stalks. The share of costs for drying is significant in the manufacturing cost of the solid fuel because modern dryers used now to produce solid biofuels are energy intensive, large and require the installation of treatment equipment. Therefore, to implement the process of drying we propose the filtration method that can reduce power inputs of solid biofuel production. Filtration drying of grinded sunflower stalks is a complex process involving mass and heat transfer. During filtration drying the moisture transfer is defined by regularities of both external and pore diffusion. Since about fifteen types of mass and heat transfer participate in pore diffusion process, the latter one is more complicated and prolonged in comparison with external diffusion process. The theoretical aspects of diffusion processes during the filtration drying of grinded sunflower stems have been presented. Due to the complexity of the filtration drying mechanism, the necessity of the effective diffusion coefficient determinаtion has been proved, which totally takes into account all kinds of moisture diffusion speeds and gives an opportunity to describe the process of mass transfer according to the Fick's laws. The diffusion mass transfer process during the filtration drying of the material formed by parenchymal tissue particles from sunflower stems have been mathematically described. The increase of heat agent temperature increases the temperature inside the particles and saturation vapor pressure over the liquid surface and thus intensifies the diffusion processes. The temperature effect on the effective diffusion coefficient has been examined and the equation which allows to calculate theoretically the effective diffusion coefficient for the grinded sunflower stems within the temperature range of 293‑373 K has been found.Увеличение объемов производства твердого биотоплива из энергетических растений, отходов деревообработки и сельскохозяйственных культур является актуальной задачей для большинства европейских государств во время энергетического кризиса. Значительное содержание целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина определяет высокую теплотворную способность твердого биотоплива, изготовленного из стеблей подсолнуха. Энергозатраты на сушку составляют значительную часть общих энергетических затрат технологического процесса изготовления твердого биотоплива. Поэтому, для уменьшения последних, предложено процесс обезвоживания измельченных стеблей подсолнуха реализовывать в сушилках фильтрационного типа. Проанализированы теоретические аспекты процессов диффузии во время фильтрационной сушки измельченных стеблей подсолнуха. Учитывая сложность механизма фильтрационной сушки, доказана необходимость определения эффективного коэффициента диффузии, который суммарно учитывает скорость всех видов диффузии влаги, имеющие место в процессе и дает возможность описания процесса массопереноса согласно законам Фика. Математически описывается диффузионный массоперенос в процессе фильтрационной сушки материала из частиц паренхимной ткани, которая составляет основную массу стеблей. Исследована зависимость эффективного коэффициента диффузии в зависимости от температуры и получена зависимость для расчета значения эффективного коэффициента диффузии в пределах изменения температур теплового агента 293-373 К