Особенности распространения теплоты в дисперсных и плотных средах при высокоинтенсивных процессах нагрева
Вантажиться...
Дата
2017
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
ОНАПТ
Анотація
В диссертационной работе на основании аналитических и экспериментальных
исследований изучены особенности распространения теплоты в неорганических
материалах, применяемых при производстве керамики, при высокоинтенсивных
процессах нагрева, включая нагрев в условиях действия микроволнового поля.
Установлено, что скорость нагрева, возможная в высокоинтенсивных технологиях
производства технической керамики, значительно ниже предельной скорости, при
которой нарушается линейная связь между тепловым потоком и градиентом
температур, что позволяет при построении математических моделей теплопереноса в рассматриваемых технологиях основываться на уравнении теплопроводности параболического типа. Определено, что решения гиперболического уравнения теплопроводности рационально применять при числах Фурье, соизмеримых с релаксационными числами Фурье. Получена зависимость для расчета температуры материала при его нагреве в условиях действия внутренних источников теплоты, в частности, в микроволновом поле, как результат решения математической модели теплопроводности полуограниченного массива для граничных условий III рода, адекватно отражающая влияние определяющих физических величин на тепловое состояние тела. Сопоставление результатов расчета и экспериментов показало, что для получения надежных данных на основании математической модели необходимо располагать корректными сведениями о зависимости диэлектрических характеристик материала от температуры. Для сопряженного переноса теплоты и
влаги в процессе сушки при микроволновом нагреве предложен метод расчета
температуры материала по полученным аналитическим зависимостям для
нестационарного теплообмена путем учета в значении положительного источника
теплоты составляющей, определяемой энергией испарения влаги из материала.
Получено, что нагрев в микроволновом поле материала для производства
технической керамики на основе SiC обеспечивает высокоинтенсивный рост
температуры, а использование поглощающих покрытий позволяет обеспечить
равномерность распределения температуры по объему. Обнаружено, что увеличение дисперсности порошков способствует равномерному распределению температур при микроволновом нагреве. Анализируется целесообразность применения микроволнового нагрева для глиняных заготовок. На примере изготовления керамических пластин проведена оценка энергетической эффективности и интенсификации процесса спекания в микроволновом поле и определено, что, в сравнении с традиционными технологиями, затраты энергии сокращаются в 1,6 раза, при этом длительность производства может быть снижена в 4 раза.
У дисертаційній роботі на підставі аналітичних і експериментальних досліджень визначені особливості поширення теплоти в неорганічних матеріалах
при високоінтенсивних процесах нагріву, включаючи нагрів в умовах дії
мікрохвильового поля. Встановлено, що швидкість нагріву, можлива у
високоінтенсивних технологіях виробництва технічної кераміки, значно нижче
граничної швидкості, при якій порушується лінійний зв'язок між тепловим потоком і
градієнтом температур, що дозволяє при побудові математичних моделей
теплопереноса в розглянутих технологіях ґрунтуватися на рівнянні теплопровідності
параболічного типу. Отримана залежність для розрахунків температури матеріалу
при його нагріванні в умовах дії внутрішніх джерел теплоти, зокрема, у
мікрохвильовому полі, як результат розв'язку математичної моделі теплопровідності напівобмеженого масиву при дії внутрішніх джерел теплоти для граничних умов III роду, що адекватно відбиває вплив визначальних фізичних величин на тепловий стан тіла. Для сполученого переносу теплоти і вологи в процесі сушіння при мікрохвильовому нагріванні запропонован метод розрахунків температури матеріалу за аналітичними залежностями шляхом урахування в значенні позитивного джерела теплоти складової, обумовленою енергією випару вологи з матеріалу. Отримано, що нагрів в мікрохвильовому полі матеріалу для виробництва технічної кераміки на основі SiС забезпечує високоінтенсивне зростання температури, а використання поглинаючого покриття дозволяє забезпечити рівномірність розподілу температури за об’ємом. Аналізується доцільність застосування мікрохвильового нагріву при виготовленні виробів із глини. На прикладі виготовлення керамічних пластин проведена оцінка енергетичної
ефективності та рівня інтенсифікації процесу спікання в мікрохвильовому полі і
визначено, що у порівнянні із традиційними технологіями витрати енергії
скорочуються в 1,6 разів, при цьому тривалість виробництва може бути знижена в 4
рази.
In the thesis on the basis of analytical and experimental studies, the features of heat
passage in inorganic materials used in the production of ceramics, with high-intensive
heating processes, including heating under the action of a microwave field, are studied. It is established that the heating rate, which is possible in high-intensive technologies for the production of technical ceramics, is much lower than the limiting speed at which the linear relationship between the heat flow and the temperature gradient is violated, which makes it possible to build mathematical models of heat transfer in the considered technologies on the basis of the parabolic heat equation. A dependence was obtained for calculating the temperature of the material when it was heated under the influence of internal heat sources, in particular in the microwave field, as a result of solving the mathematical model of the thermal conductivity of a semi-bounded array under the action of internal heat sources for boundary conditions of the third kind, adequately reflecting the influence of the determining physical quantities on the thermal condition of a body. For the adjoint transfer of heat and moisture during the drying process under microwave heating, a method is proposed for calculating the temperature of a material by analytical dependencies by taking into account, in the value of a positive heat source, the component determined by the energy of evaporation of moisture from the material. It is obtained that heating in a microwave field of a material for the production of technical ceramics based on SiC provides a high-intensive temperature increase, and the use of absorbing coatings allows to ensure a uniform temperature distribution by volume. The feasibility of using microwave heating in the manufacture of clay products is analyzed. Using the example of ceramic plates manufacturing, an assessment of the energy efficiency and intensification
of the sintering process in the microwave field has been made and it is determined that, in comparison with traditional technologies, energy costs are reduced 1.6 times, while the duration of production can be reduced by 4 times.
Опис
Колесниченко, Н.А. Особенности распространения теплоты в дисперсных и плотных средах при высокоинтенсивных процессах нагрева: дис. ... канд. техн. наук: спец. 05.14.06 "Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика": защищена 19.06.2017 / Колесниченко Наталья Александровна; науч. рук. И.Л. Бошкова; Одес. нац. акад. пищевых технологий. - Одесса, 2017. - Библиогр.: с. 141-157 (158 назв.).
Ключові слова
математические модели, скорость распространения теплоты, высокоинтенсивный нагрев, время релаксации, микроволновое поле, техническая керамика, математичні моделі, швидкість поширення теплоти, високоінтенсивний нагрів, час релаксації, мікрохвильове поле, технічна кераміка, mathematical models, velocity of heat propagation, high-intensive heating, relaxation time, technical ceramics