Дослідження кавітаційного теплогенератора та метод контролю ефективності його роботи

The cavitation heat generator for decentralized heating of industrial buildings and facilities was examined and implemented for actual operation. On this basis, a thermal system for decentralized heating of buildings was designed and studied. The circuit of the thermal system differs by the following feature: two connected cavitation heat generators are connected in series for heating of the liquid. At the same time, the heated liquid passes through a heat generator operating at high frequency, then through a heat generator operating at lower frequency. In the generator with high frequency, smaller cavitation embryos are excited, which increase in size in the generator with low frequency. This leads to increased impulses of cavitation pressure and increases the effect of cavitation.On this basis, a heat system for decentralized heating of buildings was designed, and studied, with its energy efficiency. To increase energy efficiency of the thermal system with cavitation heat generators, their sequential installation was proposed. The heated liquid must pass successively through a heat generator operating at high frequency, then through a heat generator operating at lower frequency.The efficiency of the system developed exceeds 18 % compared to the system of centralized heating by natural gas, which is a convincing prospect of use.A method for effective control over the cavitation process during operation of a heat generator was developed, based on the suppression of waves of oscillatory energy of the object. The method is based on direct measurements of vibrations – a parameter characterizing the process of cavitation. Approbation of the method for control over effectiveness of the cavitation process was carried out by measuring the vibrations at various temperatures of liquid at the outlet.Теоретически обоснован механизм нагрева жидкости в роторно-импульсном аппарате. Исследован процесс нагрева жидкости с применением роторно-импульсного теплогенератора. Разработан роторно-импульсный аппарат (кавитационный теплогенератор) для децентрализованного обогрева зданий и сооружений промышленного назначения. Выполнен анализ показателей эффективности работы тепловой системы с кавитационным теплогенератором. Разработан метод контроля интенсивности процесса кавитации с использованием вибрационного компенсатора колебанийТеоретично обґрунтований механізм нагріву рідини в роторно-імпульсному апараті. Досліджено процес нагріву рідини із застосуванням роторно-імпульсного теплогенератора. Розроблений роторно-імпульсний апарат (кавітаційний теплогенератор) для децентралізованого обігріву будівель і споруд промислового призначення. Виконано аналіз показників ефективності роботи теплової системи з кавітаційним теплогенератором. Розроблено метод контролю інтенсивності процесу кавітації з використанням вібраційного компенсатора коливан

Дослідження та контроль чистоти продукційного водню високого ступеня очищення при електролізному способі виробництва

We conducted experimental studies aimed at determining the purity of hydrogen obtained at the electrolysis installation made by Hydrogen Technologies (Norway) at the pipe plant Centravis Production Ukraine in the city of Nikopol, Ukraine.It was established that the determination of hydrogen purity and the degree of its purification from impurities (nitrogen) in microconcentrations involves two stages of measurements:− research into the presence of nitrogen in the samples of production hydrogen in the microconcentrations of [[N2] 0.001−0.01 % (rough estimate);− research into the presence of nitrogen in the samples of production hydrogen in the microconcentrations of [[N2] 0.001−0.01 % (fine assessment).We determined that the purity of production hydrogen, obtained during research, was 99.9±0.1 %. A given value for purity does not match certification indicators for purity of production hydrogen claimed by the manufacturer to equal 99.9999 %.We analyzed the reasons for the mismatch between the purity of obtained hydrogen and claimed characteristics. A detailed analysis revealed that the possible cause of high nitrogen concentration in hydrogen is the worn piston rings in the stage of compressor pistons, which causes the penetration of nitrogen in microconcentrations into production hydrogen. Piston rings in the compressor's stage were replaced. Repeated studies into purity of production hydrogen indicate that the purity of production hydrogen amounted to 99.99±0.01 %, which corresponds to the hydrogen of grade A.На действующей электролизной установке водородной станции получения водорода выполнены исследования чистоты продукционного водорода высокой степени очистки на содержание в нем микроконцентрации азота на уровне 0,00005−0,0001 %. Для достоверности контроля чистоты технического водорода применена цифровая фильтрация сигнала хроматографа, основанная на байесовском подходе при условии априорной неопределенности результатов исследований. Определенна чистота полученного продукционного водорода на соответствие сертификационным показателями чистоты водорода марки АНа діючій електролізній установці на водневій станції отримання водню виконані дослідження чистоти продукційного водню високого ступеню очищення на вміст у ньому мікроконцентрації азоту на рівні 0,00005−0,0001 %. Для достовірності контролю чистоти технічного водню застосована цифрова фільтрація сигналу хроматографа, що заснована на байєсовському підході при мовах априорної невизначеності результатів досліджень. Визначена чистота отриманого продукційного водню на відповідність сертифікаційним показниками чистоти водню марки

Дослідження впливу способу обігріву теплотехнічних апаратів на якісні характеристики оброблюваних матеріалів

An analytical method for calculating the chemical potentials of the components of the gas-solid system based on thermodynamic calculations of carbon potentials of the С–О–Н–N gas mixture (combustion products of the methane-air mixture) and the solid phase (alloyed steel) is developed. Dependences describing the influence of the main parameters of heating the medium composition, flow rate, as well as their interaction, on metal losses associated with decarburization are obtained.Thermodynamic calculations of carbon potentials of alloyed steel and natural gas combustion products of different composition (α=0.2÷1.2), metal and combustion products temperatures of 1,100÷1,500 K are performed.Based on the analysis of the structure of the thermal and diffusion boundary layers, it is proved that the decrease in the temperature of the layer of combustion product flowing around the solid product and surface flow rate reduces the diffusion flow of carbon in the boundary layer. This effect reduces the decarburization of steel.It is found that when heating the heat unit according to the principle of indirect radiant heating (IRH) during the operation of the flat-flame burner, the main gas volume, localized at the metal surface, has a temperature significantly lower than the layer adjacent to the lining. This reduces the metal loss with decarburization compared with furnaces of the traditional heating system.Combustion of gas in flat-flame burners with an intense circulation of combustion products in the working space of the heat unit ensures that the heated products have a uniform composition of combustion products corresponding to a practically equilibrium one. This allows recommending flat-flame burners for widespread use in modern heat-power units in the industryРазработан аналитический способ расчета химических потенциалов компонентов в системе газ-твердое, основанный на термодинамических расчетах углеродных потенциалов газовой смеси С-О-Н-N (продуктов сгорания метанно-воздушной смеси) и твердой фазы (легированной стали). Получены расчетные зависимости, описывающие влияние основных параметров нагрева состава среды, скорости обтекания, а также их взаимодействие, на потери металла, связанные с обезуглероживанием.Выполнены термодинамические расчёты углеродных потенциалов легированной стали и продуктов сгорания природного газа различного компонентного состава (α=0,2÷1,2), температур металла и продуктов сгорания 1100÷1500 K.На основе анализа структуры теплового и диффузионного пограничных слоев доказано, что уменьшение температуры слоя продуктов сгорания, омывающей твердое изделие, и скорости обтекания поверхности уменьшает диффузионный поток углерода в пограничном слое. Данный эффект способствует снижению обезуглероживания стали.Установлено, что при обогреве теплоагрегата по принципу косвенного радиационного нагрева (КРН) при работе плоскопламенной горелки, основной газовый объем, локализированный у поверхности металла, имеет температуру существенно меньшую, чем слой, прилегающий к кладке. Это уменьшает потери металла с обезуглероживанием по сравнению с печами традиционной системы обогреваСжигание газа в плоскопламенных горелках при интенсивной циркуляции продуктов сгорания внутри рабочего пространства теплоагрегата обеспечивает у нагреваемых изделий однородный состав продуктов сгорания, соответствующий практически равновесному. Это позволяет рекомендовать плоскопламенные горелки к широкому применению в современных энерготехнологических аппаратах в промышленностиРозроблено аналітичний спосіб розрахунку хімічних потенціалів компонентів в системі газ-тверде, заснований на термодинамічних розрахунках вуглецевих потенціалів газової суміші С-О-Н-N (продуктів згоряння метано-повітряної суміші) і твердої фази (легованої сталі). Отримано розрахункові залежності описують вплив основних параметрів нагріву складу середовища, швидкості обтікання, а також взаємодію на втрати металу, пов'язані з обзневуглецюванням.Виконано термодинамічні розрахунки вуглецевих потенціалів легованої сталі і продуктів згоряння природного газу різного компонентного складу (α=0,2 ÷ 1,2), температур металу і продуктів згоряння 1100÷1500 K.На основі аналізу структури теплового і дифузійного приграничних шарів доведено, що зменшення температури шару продуктів згоряння, що омиває тверде виріб, і швидкості обтікання поверхні зменшує дифузний потік вуглецю в приграничному шарі. Даний ефект сприяє зниженню зневуглецювання сталі.Встановлено, що при обігріві теплоагрегату за принципом непрямого радіаційного обігріву (НРО) при роботі плоскополум'яного пальника, основний газовий обсяг, локалізований у поверхні металу, має температуру істотно меншу, ніж шар, прилеглий до кладки. Це зменшує втрати металу з зневуглецюванням в порівнянні з печами традиційної системи обігрівуСпалювання газу в плоскополум'яних пальниках при інтенсивній циркуляції продуктів згоряння всередині робочого простору теплоагрегату забезпечує оброблюваних виробів однорідний склад продуктів згоряння, що є відповідним практично до рівноважного. Це дозволяє рекомендувати плоскополум'яні пальники до широкого застосування в сучасних енерготехнологічних апаратах в промисловост

Розробка і дослідження енергоефективних уніфікованих апаратів для енерготехнологічних виробництв

The improved industrial sample of the rotor-pulse heat generator (RPH), integrated into the thermal heating systems of industrial buildings, was produced. Rotor-pulse generators do not occupy significant positions in the market of heating equipment because of the lack of reliable data on effectiveness of the use of such equipment in the thermal heating systems of industrial facilities.The design of the developed cavitation chamber was changed, parameters of the channels, located between the rotor and the stator, were determined. It was found that the optimal width of the gap between the rotor and the stator channels at maximum efficiency of 0.7 was 8–10 mm. When integrating the cavitation chamber of the RPH into the thermal system, the design of the heat exchanger "pipe-in-pipe" was changed into the plate one.Bench tests of energy efficiency of the thermal system operation were conducted. Indicators of energy efficiency of the system with the improved RPH were determined, the analysis was performed by comparing with analogues, described in the literature. It was proved that improvement of the thermal system allowed obtaining the improved indicators of energy efficiency. Bench testing showed that efficiency of the improved thermal system is by ≈17 % higher than efficiency of thermal systems based on the multi-stage RPH.The automatic system of monitoring and control of the thermal system with the use of vibration-frequency sensors for assessment of cavitation process effectiveness was developed. The conducted commissioning works made it possible to determine the possibility of applying the developed automatic system with appropriate software for monitoring and control of the thermal system operation.The obtained data of comparative analysis allow recommending the developed rotor-pulse heat generator as a credible alternative to the used thermal devices in thermal heating systems of industrial buildings.Изготовлен усовершенствованный промышленный образец роторно-импульсного теплогенератора (РИТ), интегрированный в тепловую систему отопления промышленного сооружения. Роторно-импульсные теплогенераторы не занимают существенных позиций на рынке отопительной техники по причине отсутствия достоверных данных об эффективности использования такого оборудования в тепловых системах отопления промышленных сооружений.Была изменена конструкция разработанной кавитационной камеры, определены параметры каналов, расположенных между ротором и статором. Установлено, что оптимальная ширина зазора между каналами ротора и статора при максимальном КПД 0,7 составила 8–10 мм. При интегрировании кавитационной камеры РИТ в тепловую систему была изменена конструкция теплообменника «труба в трубе» на пластинчатый.Проведены стендовые исследования энергоэффективности работы тепловой системы. Определены показатели энергоэффективности системы с усовершенствованным РИТ, выполнен анализ путем сравнения с аналогами, приведенными в литературе. Доказано, что совершенствование тепловой системы позволило получить улучшенные показатели энергоэффективности. Стендовые испытания показали, что КПД усовершенствованной тепловой системы на ≈17 % выше КПД тепловых систем на основе многоступенчатых РИТ.Разработана автоматическая система контроля и управления тепловой системой с использованием виброчастотных датчиков для оценки эффективности процесса кавитации. Проведённые пуско-наладочные работы позволили определить возможность применения разработанной автоматической системы с соответствующим программным обеспечением для контроля и управления работой тепловой системы.Полученные данные сравнительного анализа позволяет рекомендовать разработанный роторно-импульсный теплогенератор в качестве достойной альтернативы используемым теплоагрегатам в тепловых системах отопления промышленных зданий и сооруженийВиготовлений вдосконалений промисловий зразок роторно-імпульсного теплогенератора (РІТ), інтегрований в теплову систему опалення промислової споруди. Роторно-імпульсні теплогенератори не займають істотних позицій на ринку опалювальної техніки через відсутність достовірних даних про ефективність використання такого обладнання в теплових системах опалення промислових споруд.Була змінена конструкція розробленої кавтационной камери, визначені параметри каналів, розташованих між ротором і статором. Встановлено, що оптимальна ширина зазору між каналами ротора і статора при максимальному ККД 0,7 склала 8–10 мм. При інтегруванні кавітацiйної камери РІТ в теплову систему була змінена конструкція теплообмінника «труба в трубі» на пластинчастий.Проведено стендові дослідження енергоефективності роботи теплової системи. Визначено показники енергоефективності системи з удосконаленим роторно-імпульсним теплогенератором, виконаний аналіз шляхом порівняння з аналогами, приведеними в літературі. Доведено, що вдосконалення теплової системи дозволило отримати поліпшені показники енергоефективності. Стендові випробування показали, що ККД вдосконаленою теплової системи на ≈17% вище ККД теплових систем на основі багатоступеневих РІТ.Розроблено автоматичну систему контролю і управління тепловою системою з використанням віброчастотних датчиків для оцінки ефективності процесу кавітації. Проведені пуско-налагоджувальні роботи дозволили визначити можливість застосування розробленої автоматичної системи з відповідним програмним забезпеченням для контролю і управління роботою теплової системи.Отримані дані порівняльного аналізу дозволяє рекомендувати розроблений роторно-імпульсний теплогенератор як гідну альтернативу використовуваним теплоагрегатам в теплових системах опалення промислових будівель і спору

Термічне знешкодження концентрованих рідких токсичних відходів і автоматичний контроль ефективності процесу

One of the promising approaches to reducing the energy consumption in the thermal distillation of liquid toxic waste is the use of immersion combustion units with the efficiency of more than 100 % relative to the lower calorific value. The development of the method of LTW thermal distillation (evaporation) in volume by means of immersion combustion units will allow wide application of the technology in the industry.The energy-efficient technological system based on deep thermal evaporation in the ICU is developed. It is shown that the developed EETS has improved characteristics in comparison with the existing thermal treatment systems. The proposed solutions allow simplifying the vat residue processing after the LTW treatment process.The final product of thermal distillation of toxic waste is a dry residue that does not require repeated or additional processing.As an efficiency indicator of the LTW distillation complex, it is proposed to use the density of evaporated effluents. The paper proposes to use the vibration method of density control with simultaneous measurement of density and viscosity of controlled LTW. The structure of the automatic density control scheme allows compensating for a decrease in the resonator quality factor due to the damping of its vibrations by a viscous mediumРазработана энерготехнологическая система и способ термической переработки жидких токсичных отходов на основе глубокого термического упаривания в аппаратах погружного горения. Установлено, что плотность и вязкость ЖТО можно использовать для оценки эффективности процесса термического упаривания. Разработан метод контроля плотности и вязкости упариваемых ЖТО вибрационным методом с использованием погружного механического резонатора. Приведена блок схема расчета плотности и вязкости при многоконтурном контроле параметровРозроблена енерготехнологічна система і спосіб термічної переробки рідких токсичних відходів на основі глибокого термічного упарювання в апаратах заглибного горіння. Встановлено, що щільність і в'язкість РТВ можна використовувати для оцінки ефективності процесу термічного упарювання. Розроблено метод контролю щільності і в'язкості РТВ, що упарюються вібраційним методом з використанням занурювального механічного резонатора. Наведено блок схему розрахунку щільності і в'язкості при багатоконтурному контролі параметрі

Застосування електромагнітних полів для інтенсифікації тепломасообміну в суміщених газорідинних процессах

To date, thermal rectors with submersible combustion devices with efficiency of more than 100 % relative to the lowest heat of combustion are known. This method of heating is more universal and energy efficient due to the absence of heat losses in transportation and maximum utilization of the carrier heat. This opens up broad prospects for the use of these energotechnological facilities in residential gas heating systems.This work has studied the effect of electromagnetic fields having intensity gradient in the direction of motion of the contacting phases on the process of mass transfer between counter-current-moving gas and liquid phases. It was shown that the optimal method of intensification of heat and mass transfer in the submerged combustion devices is oscillation of the contacting phases under action of an electric spark discharge. Design solutions were proposed for intensifying the heat and mass transfer process and increasing the energy efficiency of operation of thermal reactors with the submersible combustion devices.To evaluate the effect of magnetic and electric fields upon their application, it was proposed to use the developed vibrofrequency measuring transducer with a cylindrical-type resonator. Application of such control method makes it possible to measure total frequency-modular oscillations of the contacting phases. In this case, there is no need to control characteristics of magnetic and electric fields and assess their individual effects on the intensity of oscillations in the contacting gas-liquid phases.Аналитически и экспериментально исследовано влияние магнитных и электрических полей с градиентом напряжения в направлении движения контактирующих фаз газ-жидкость. Выполнен выбор наиболее эффективного метода воздействия на процесс тепломассообмена с целью повышения энергоэффективности аппаратов погружного горения. Предложен метод контроля колебаний в контактирующих фазах газ-жидкость с использованием измерительного преобразователя с цилиндрическим резонаторомАналітично і експериментально досліджено вплив магнітних і електричних полів з градієнтом напруги в напрямку руху контактуючих фаз газ-рідина. Виконано вибір найбільш ефективного методу впливу на процес тепломасообміну з метою підвищення енергоефективності апаратів погружного горіння. Запропоновано метод контролю коливань у контактуючих фазах газ-рідина з використанням вібраційного вимірювального перетворювача з циліндричним резонаторо

Дослідження впливу конструктивних особливостей камери згоряння енерготехнологічних апаратів на ефективність їх роботи

The experimental studies of the influence of the degree of masonry development (geometry) and aerodynamics of the combustion chambers (circuits of combustion products removal) on the energy-technological indicators of the processes in the system gas-solid (in combustion chambers) were carried out.The experimental research into the influence of geometry and aerodynamics of the combustion chamber on the energy-technological indicators in the system gas – solid body was conducted at the industrial large-scale fire bench.It was shown that a decrease in the height of the working space of the combustion chamber, equipped with flat flame burners, affects the use of fuel due to heat exchange intensification, including direct convection. The dependence is caused by a decrease in heat losses with flue gases and due to a decrease in losses through the masonry.It was established that at the height of the working space of 800÷1,000 mm of the combustion furnace, fuel consumption decreases by 20÷30 %.The design of the combustion space of the furnace of continuous operation mode was developed. The distinctive feature of the furnace of the developed design is the elimination of discreteness and implementation of the stable continuous operation mode of the heating unit. The longitudinal channels were made on the lateral surfaces of the cars and the furnace along the entire length of the latter, which makes it possible to implement the continuous removal of combustion products from the combustion space through canalized hearth of the cars into the longitudinal lateral channels, made in the walls of the furnace. Additional aerodynamic compaction of the working space of the furnace is ensured at any speed of the motion of the cars.It was found that energy-technological efficiency at the arch heating of the combustion units with flat flame burners and combustion products removal under the workpiece (lower smoke removal) is on average by 1.3 times higher than at use of the circuit of products removal above the workpiece (lateral smoke removal), which is used in currently operating furnaces.The design was developed and the tunnel furnace was put into operation. It was for chemical and thermal treatment of metallic and non-metallic materials and products during their heating by the assigned schedule.Выполнены экспериментальные исследования влияния степени развития кладки (геометрии) и аэродинамики топочных камер (схемы эвакуации продуктов сгорания) на энерготехнологические показатели процессов в системе газ-твердое тело (в топочных камерах).На промышленном крупномасштабном огневом стенде проведенные экспериментальные исследования влияния геометрии и аэродинамики топочной камеры на энерготехнологические показатели в системе газ-твердое тело.Показано, что уменьшение высоты рабочего пространства топочной камеры, оборудованной плоскопламенными горелками, влияет на топливоиспользование за счёт интенсификации теплообмена, в том числе прямой конвекции. Зависимость обусловлена уменьшение потерь тепла с уходящими газами, и за счет уменьшению потерь через кладку.Установлено, что при высоте рабочего пространства 800÷1000 мм топочной камеры происходит сокращение расходов топлива на 20÷30%.Разработана конструкция топочного пространства печи непрерывного режима работы. Отличительной особенностью печи разработанной конструкции является ликвидация дискретности и реализация стабильного непрерывного режима работы теплоагрегата. На боковых поверхностях вагонеток и печи были выполнены по всей длине последней продольные каналы, что позволяет реализовать непрерывный отбор продуктов сгорания из печного пространства через канализированный под вагонеток в продольные боковые каналы, выполненные в стенках печи. При любой скорости перемещения вагонеток обеспечивается дополнительное аэродинамическое уплотнение рабочего пространства печи.Установлено, что энерготехнологическая эффективность при сводовом отоплении топливных агрегатов с плоскопламенными горелками и эвакуации продуктов сгорания под заготовкой (нижнее дымоудаление) выше в среднем в 1,3 раза, чем при использовании схемы отвода продуктов над заготовкой (боковом дымоудалении), которая используется в действующих печах.Разработана конструкция и пущена в эксплуатацию туннельная печь для химико-термической обработки металлических и неметаллических материалов и изделий при их нагреве по заданному графикуВиконано експериментальні дослідження впливу ступеня розвитку кладки (геометрії) і аеродинаміки топкових камер (схеми евакуації продуктів згоряння) на енерготехнологічні показники процесів в системі газ-тверде тіло (в топкових камерах). На промисловому великомасштабному вогневому стенді проведені експериментальні дослідження впливу геометрії і аеродинаміки топкової камери на енерготехнологічні показники в системі газ-тверде тіло.Показано, що зменшення висоти робочого простору камери згоряння, обладнаної плоскополум'яних пальниками, впливає на паливовикористання за рахунок інтенсифікації теплообміну, в тому числі прямій конвекції. Залежність обумовлена зменшення втрат тепла з вихідними газами, а також за рахунок зменшення втрат теплоти через кладку.Встановлено, що при висоті робочого простору 800÷1000 мм камери згоряння з плоскополум'яними пальниками відбувається скорочення витрат палива на 20÷30 %.Розроблено конструкцію топкового простору печі безперервного режиму роботи. Відмінною особливістю печі розробленої конструкції є ліквідація дискретності і реалізація стабільного безперервного режиму роботи теплоагрегату. На бічних поверхнях вагонеток і печі були виконані по всій довжині канали, що дозволяє реалізувати безперервний відбір продуктів згоряння з пічного простору через каналізований під вагонеток. При будь-якій швидкості переміщення вагонеток забезпечується додаткове аеродинамічний ущільнення робочого простору печі.Енерготехнологічна ефективність при сводовому опаленні паливних агрегатів з плоскополум'яними пальниками і евакуацією продуктів згоряння під заготівлею вище в середньому в 1,3 рази, ніж при бічному димовидаленні в діючих печах.Розроблено конструкцію і пущена в експлуатацію тунельна піч для хіміко-термічної обробки металевих і неметалевих матеріалів і виробів при їх нагріванні за заданим графіко

Examining a Cavitation Heat Generator and the Control Method Over the Efficiency of Its Operation

The cavitation heat generator for decentralized heating of industrial buildings and facilities was examined and implemented for actual operation. On this basis, a thermal system for decentralized heating of buildings was designed and studied. The circuit of the thermal system differs by the following feature: two connected cavitation heat generators are connected in series for heating of the liquid. At the same time, the heated liquid passes through a heat generator operating at high frequency, then through a heat generator operating at lower frequency. In the generator with high frequency, smaller cavitation embryos are excited, which increase in size in the generator with low frequency. This leads to increased impulses of cavitation pressure and increases the effect of cavitation.On this basis, a heat system for decentralized heating of buildings was designed, and studied, with its energy efficiency. To increase energy efficiency of the thermal system with cavitation heat generators, their sequential installation was proposed. The heated liquid must pass successively through a heat generator operating at high frequency, then through a heat generator operating at lower frequency.The efficiency of the system developed exceeds 18 % compared to the system of centralized heating by natural gas, which is a convincing prospect of use.A method for effective control over the cavitation process during operation of a heat generator was developed, based on the suppression of waves of oscillatory energy of the object. The method is based on direct measurements of vibrations – a parameter characterizing the process of cavitation. Approbation of the method for control over effectiveness of the cavitation process was carried out by measuring the vibrations at various temperatures of liquid at the outlet

Application of Electromagnetic Fields for Intensification of Heat and Mass Exchange in Combined Gas-liquid Processes

To date, thermal rectors with submersible combustion devices with efficiency of more than 100 % relative to the lowest heat of combustion are known. This method of heating is more universal and energy efficient due to the absence of heat losses in transportation and maximum utilization of the carrier heat. This opens up broad prospects for the use of these energotechnological facilities in residential gas heating systems.This work has studied the effect of electromagnetic fields having intensity gradient in the direction of motion of the contacting phases on the process of mass transfer between counter-current-moving gas and liquid phases. It was shown that the optimal method of intensification of heat and mass transfer in the submerged combustion devices is oscillation of the contacting phases under action of an electric spark discharge. Design solutions were proposed for intensifying the heat and mass transfer process and increasing the energy efficiency of operation of thermal reactors with the submersible combustion devices.To evaluate the effect of magnetic and electric fields upon their application, it was proposed to use the developed vibrofrequency measuring transducer with a cylindrical-type resonator. Application of such control method makes it possible to measure total frequency-modular oscillations of the contacting phases. In this case, there is no need to control characteristics of magnetic and electric fields and assess their individual effects on the intensity of oscillations in the contacting gas-liquid phases

Дослідження впливу способу обігріву теплотехнічних апаратів на якісні характеристики оброблюваних матеріалів

An analytical method for calculating the chemical potentials of the components of the gas-solid system based on thermodynamic calculations of carbon potentials of the С–О–Н–N gas mixture (combustion products of the methane-air mixture) and the solid phase (alloyed steel) is developed. Dependences describing the influence of the main parameters of heating the medium composition, flow rate, as well as their interaction, on metal losses associated with decarburization are obtained.Thermodynamic calculations of carbon potentials of alloyed steel and natural gas combustion products of different composition (α=0.2÷1.2), metal and combustion products temperatures of 1,100÷1,500 K are performed.Based on the analysis of the structure of the thermal and diffusion boundary layers, it is proved that the decrease in the temperature of the layer of combustion product flowing around the solid product and surface flow rate reduces the diffusion flow of carbon in the boundary layer. This effect reduces the decarburization of steel.It is found that when heating the heat unit according to the principle of indirect radiant heating (IRH) during the operation of the flat-flame burner, the main gas volume, localized at the metal surface, has a temperature significantly lower than the layer adjacent to the lining. This reduces the metal loss with decarburization compared with furnaces of the traditional heating system.Combustion of gas in flat-flame burners with an intense circulation of combustion products in the working space of the heat unit ensures that the heated products have a uniform composition of combustion products corresponding to a practically equilibrium one. This allows recommending flat-flame burners for widespread use in modern heat-power units in the industryРазработан аналитический способ расчета химических потенциалов компонентов в системе газ-твердое, основанный на термодинамических расчетах углеродных потенциалов газовой смеси С-О-Н-N (продуктов сгорания метанно-воздушной смеси) и твердой фазы (легированной стали). Получены расчетные зависимости, описывающие влияние основных параметров нагрева состава среды, скорости обтекания, а также их взаимодействие, на потери металла, связанные с обезуглероживанием.Выполнены термодинамические расчёты углеродных потенциалов легированной стали и продуктов сгорания природного газа различного компонентного состава (α=0,2÷1,2), температур металла и продуктов сгорания 1100÷1500 K.На основе анализа структуры теплового и диффузионного пограничных слоев доказано, что уменьшение температуры слоя продуктов сгорания, омывающей твердое изделие, и скорости обтекания поверхности уменьшает диффузионный поток углерода в пограничном слое. Данный эффект способствует снижению обезуглероживания стали.Установлено, что при обогреве теплоагрегата по принципу косвенного радиационного нагрева (КРН) при работе плоскопламенной горелки, основной газовый объем, локализированный у поверхности металла, имеет температуру существенно меньшую, чем слой, прилегающий к кладке. Это уменьшает потери металла с обезуглероживанием по сравнению с печами традиционной системы обогреваСжигание газа в плоскопламенных горелках при интенсивной циркуляции продуктов сгорания внутри рабочего пространства теплоагрегата обеспечивает у нагреваемых изделий однородный состав продуктов сгорания, соответствующий практически равновесному. Это позволяет рекомендовать плоскопламенные горелки к широкому применению в современных энерготехнологических аппаратах в промышленностиРозроблено аналітичний спосіб розрахунку хімічних потенціалів компонентів в системі газ-тверде, заснований на термодинамічних розрахунках вуглецевих потенціалів газової суміші С-О-Н-N (продуктів згоряння метано-повітряної суміші) і твердої фази (легованої сталі). Отримано розрахункові залежності описують вплив основних параметрів нагріву складу середовища, швидкості обтікання, а також взаємодію на втрати металу, пов'язані з обзневуглецюванням.Виконано термодинамічні розрахунки вуглецевих потенціалів легованої сталі і продуктів згоряння природного газу різного компонентного складу (α=0,2 ÷ 1,2), температур металу і продуктів згоряння 1100÷1500 K.На основі аналізу структури теплового і дифузійного приграничних шарів доведено, що зменшення температури шару продуктів згоряння, що омиває тверде виріб, і швидкості обтікання поверхні зменшує дифузний потік вуглецю в приграничному шарі. Даний ефект сприяє зниженню зневуглецювання сталі.Встановлено, що при обігріві теплоагрегату за принципом непрямого радіаційного обігріву (НРО) при роботі плоскополум'яного пальника, основний газовий обсяг, локалізований у поверхні металу, має температуру істотно меншу, ніж шар, прилеглий до кладки. Це зменшує втрати металу з зневуглецюванням в порівнянні з печами традиційної системи обігрівуСпалювання газу в плоскополум'яних пальниках при інтенсивній циркуляції продуктів згоряння всередині робочого простору теплоагрегату забезпечує оброблюваних виробів однорідний склад продуктів згоряння, що є відповідним практично до рівноважного. Це дозволяє рекомендувати плоскополум'яні пальники до широкого застосування в сучасних енерготехнологічних апаратах в промисловост