скачать
Аннотация
Работа направлена на решение актуальной задачи расширения области применения и совершенствования исследований вычислительными экспериментами широко применяемых в промышленности процессов термообработки неинертных материалов в барабанных вращающихся печах.
Цель исследования – разработка новых, учитывающих физико-химические превращения прокаливаемого материала, машинно-ориентированных алгоритмов расчета коэффициентов конвективного обмена для построения уравнений теплового баланса, применяемых при моделировании теплообмена в печах зональным методом.
В статье на примере прокалки углеродных материалов в режимах прямотока и противотока выполнен вывод алгоритмов коэффициентов конвективного теплообмена сначала для объемных газовых зон и затем зон на поверхности материала. Алгоритмы, разработанные как для объемных зон, так и зон на поверхности материала по сравнению с ранее используемыми с целью моделирования термообработки инертных материалов, дополнительно учитывают тепловые конвективные потоки, возникающие в результате отгонки летучих веществ из прокаливаемого материала и взаимодействия его и летучих веществ с газовым потоком. Алгоритмы для объемных зон имеют универсальное написание для режимов прокалки в противотоке и прямотоке материала и газа, а для поверхностных зон выражаются отличающимися уравнениями.
Приведены полученные с применением разработанных алгоритмов и компьютерной программы данные вычислительного эксперимента прокалки нефтяного кокса. Параметрической идентификацией с применением данных промышленной печи подтверждена адекватность усовершенствованной математической модели. Отклонения расчетных параметров от параметров реального процесса составляют менее 5%. Исследования выполнены на кафедре «Теория и автоматизация металлургических процессов и печей» Северо-Кавказского горно-металлургического института в 2014–2015 годах. Математическая модель и программа эффективно применяются для исследования процессов вычислительными экспериментами. Усовершенствованная комплексная математическая модель процессов термообработки в барабанной вращающейся печи и разработанная компьютерная программа для ее реализации могут быть использованы для исследования широкого круга технологических процессов термообработки как инертных, так и неинертных материалов в барабанных вращающихся печах.
Ключевые слова
Углеродные материалы, прокалка, барабанная вращающаяся печь, математическая модель, алгоритм, конвективный обмен, идентификация, численный эксперимент.
Герасименко Т.Е., Мешков Е.И., Томилина А.А. Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), Владикавказ, Россия
1. Арутюнов В.А., Бухмиров В.В., Крупенников С.А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей / под науч. ред. В.А. Арутюнова. М.: Металлургия, 1990. 240 с.
2. Мешков Е.И. Развитие теории и совершенствование технологии производства графитированной электродной продукции на основе математических моделей массо- и теплопереноса: автореф. дис. … д-ра. техн. наук. Владикавказ: СКГМИ (ГТУ), 2009.
3. Арунянц Г.Г., Рутковский А.Л. Математическое моделирование в задачах проектирования систем управления сложными объектами. Калининград: Изд-во ФГОУ ВПО КГТУ, 2011. 304 с.
4. Салихов З.Г., Арунянц Г.Г., Рутковский А.Л. Системы оптимального управления сложными технологическими объектами. М.: Теплоэнергетик, 2004. 240 с.
5. Khan J.A., Pal D. and Morse J.S. Numerical modeling of a rotary kiln incinerator// Hazardous Waste & hazardous Materials. 1993, 10 (1), pp. 81–95.
6. Leger C.B., Cundy V.A. and Sterling A.M. A three dimensional detailed numerical model of a field-scale rotary kiln incinerator // Environmental Science & Technology. 1993, 27, pp. 677–690.
7. Химическая технология твёрдых горючих ископаемых: учебник для вузов / под ред. Г.Н. Макарова и Г.Д. Харламповича. М.: Химия, 1986. 496 с.
8. Мешков Е.И., Герасименко Т.Е., Ковалёва М.А. // Цветная металлургия. 2012. №4. С. 53–56.
9. Мешков Е.И // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2006. № 4. С. 71–79.
10. Мешков Е.И. // Цветные металлы. 2007. № 5. С. 36–39.
