Високотемпературні та гістерезисні режими тепломасообміну і кінетики хімічних реакцій твердих тіл з газами - Автореферат

Для розвязку задачі високотемпературного тепломасообміну (ТМО) і кінетики гетерогенних і гетерогенно-каталітичних хімічних реакцій на поверхні твердих тіл необхідно використовувати комплексний підхід, який полягає в розгляданні стійких і критичних режимів, які визначаються геометричними розмірами тіла й відносною швидкістю руху газу. Це дозволяє вивчити роль різних механізмів у цих процесах, а також допомагає вирішувати коло екологічних проблем, повязаних із застосуванням в якості палива низькосортного вугілля в дисперсному вигляді, проводити дослідження по його більш ефективному спалюванню, зменшенню вживання й викидів шкідливих речовин в атмосферу. Аналіз літературних джерел, присвячених дослідженню високотемпературних (горіння) і гістерезисних (горіння, окислення) режимів ТМО твердих тіл з газами показує, що роль конвекції (природної та вимушеної, стефанівської течії), випромінювання, термодифузії у процесах здійснення стійких і критичних режимів вивчена недостатньо. У спеціальній літературі залишається майже не вивченим питання впливу термокінетичних параметрів (енергії активації, передекспоненційного множника константи швидкості хімічних реакцій, теплових ефектів) на характеристики стійких та критичних режимів ТМО твердих тіл з газами. Детальне дослідження високотемпературних і гістерезисних явищ тепломасообміну і кінетики екзотермічних хімічних перетворень на поверхні твердих тіл (вуглецева частинка, на поверхні якої протікають паралельні хімічні реакції з киснем повітря, та платиновий дротик каталізатору, який знаходиться у суміші повітря з воднем); вивчення ролі теплообміну випромінюванням зі стінками реакційного приладу і тепломасообміну з газом, обумовленого характерними розмірами твердого тіла й відносною швидкістю руху газової суміші; вивчення впливу стефанівської течії; визначення умов виродження гістерезисних петель на залежностях температури твердого тіла від режимних умов протікання хімічних реакцій на його поверхні.Проведений аналіз опублікованих робіт показує, що часто викладення теорії стаціонарної та нестаціонарної теплопровідності надано без урахування справжньої кінетики реакцій, внутрішньої структури речовини, стефанівської течії та теплообміну випромінюванням, розглядається лише верхній тепловий режим без урахування кінетики хімічних перетворень на поверхні твердого тіла, недостатньо вивчено вплив природної та вимушеної конвекції. На практиці найбільш цікаві випадки, які реалізуються в енергетичних устроях: 1) частинка рухається уповільнено; 2) частинка вільно рухається з постійною швидкістю у потоці повітря, що підіймається вертикально. Зміна температури, діаметру і швидкості руху частинки з часом визначається кінетикою хімічних реакцій і тепломасообміном: IMG_fa2a1fa5-c475-4d57-acaf-904e9b5e4286 При збільшенні відносної швидкості частинки ці критичні значення діаметру і швидкості руху частинки, при яких відбувається зміна режиму ТМО (di,1(V), di,2(V), - спалахнення, de,1(V), de,2(V) - потухання) збільшуються. Як показують розрахунки, стефанівська течія зменшує максимальну температуру горіння (більш ніж на 10 %) і збільшує відповідний діаметр частинки (майже у два рази). результати розрахунків за нестаціонарною моделлю наведено для двух випадків: 1) на частинку діє лише сила тертя (горизонтальний рух) (крива 4), 2) на частинку діють сили тяжіння й тертя (вертикальний рух) (крива 5).

Основний зміст роботи