vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestift-323Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЕ СО ВСТРЕЧНЫМИ ПОТОКАМИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯTHERMOHYDRODYNAMIC PROCESSES IN A SPRAYING CHAMBER WITH COUNTER-CURRENT HEAT FLOWSАкуличП. В.AkulichP. V.

доктор технических наук, главный научный сотрудник

D. Sc. (Engineering), Chief Researcher

akul@hmti.ac.byСлижукД. С.SlizhukD. S.

научный сотрудник

Researcher

slizhuk@itmo.byИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus201709102017037279Copyright © Акулич П.В., Слижук Д.С., 20172017Акулич П.В., Слижук Д.С.Akulich P.V., Slizhuk D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/323

Обсуждаются результаты исследования термогидродинамических процессов в распылительной камере с прямоточным движением газа и встречными потоками. Верхнее устройство газораспределения в распылительной камере выполнено в виде системы решеток, а нижнее представляет собой патрубок с завихрителем, направленным вверх. В камере реализовано встречное взаимодействие потоков, причем нижний поток вводится в виде закрученной струи. Приведены результаты экспериментальных исследований осевой составляющей скорости газа, распределения температуры и коэффициента теплоотдачи в различных сечениях камеры. Коэффициент теплоотдачи определялся методом регулярного режима. Измерения проводились шарообразными датчиками из материалов с высокой теплопроводностью (меди, латуни) с зачеканенной по центру термопарой. Установлено, что верхняя система газораспределения в виде двух решеток (при отсутствии нижнего дополнительного ввода газа) позволяет достигнуть осесимметричного распределения коэффициента теплоотдачи, а следовательно, и газораспределения в распылительной камере. Для исследованного устройства наличие отверстия (сопла) около форсунки приводит к несимметричности профиля, неравномерности газораспределения и образованию малоактивных зон. Значения коэффициента теплоотдачи в центральной зоне камеры значительно выше, чем в периферийной зоне, что обусловлено струйным течением газа. При этом с удалением от перекрытия интенсивность теплообмена в центральной области камеры существенно снижается. Показано, что дополнительный нижний ввод теплоносителя и создание режима встречных потоков приводит к значительному увеличению в 1,5−2 раза коэффициента теплоотдачи в центральной приосевой зоне и нижней части камеры и свидетельствует об активизации гидродинамического режима и интенсификации тепломассообмена. Это способствует более эффективному использованию объема камеры и повышению ее влагонапряженности.

 

The article deals with the results of thermohydrodynamic processes in a spraying chamber with direct gas flow and counter-current flows. The upper gas distribution device in a spraying chamber is shaped as a grid system, while the bottom device represents a branch pipe with a swirler pointing upwards. The chamber features counter-current flow interactions, and the bottom flow is introduced as a swirling jet. The experimental calculations of gas axial flow rates, temperature and thermal conductivity distribution in different chamber sections are provided. The thermal conductivity properties were determined with the normal mode method. The study was performed with ball-shaped sensors made of materials with high thermal conductivity (copper, brass) with centered thermocouples. The upper gas distribution system in the form of two grids (if no bottom gas inlet was involved) was found to build up an axisymmetric thermal conductivity model, and, consequently, the model-specific gas distribution in the spraying chamber. Referring to the study device, a hole (nozzle) near the burner results in asymmetric pattern, irregular gas distribution and generation of low-activity areas. Thermal conductivity values in the chamber central area turn to be higher than at the peripheral areas due to gas jet flow. Besides, heat exchange intensity in the chamber central area decreases significantly upon distance from the chamber floor. An extra bottom inlet of heat medium and creation of counter flows was shown to result in substantial increase in thermal conductivity (1.5–2 times) in the chamber central paraxial area and lower section, thus evidencing the hydrodynamic activation and heat and mass exchange intensification, which benefits to more effective use of chamber capacity and improved drying performance.

распылительная сушкатеплообменгидродинамикакинетика сушкираспределение температурырегулярный режимвстречные струиspray dryingheat exchangehydrodynamicsdrying kineticstemperature distributionnormal modecounter flowsReferencesАкулич, П. В. Расчеты сушильных и теплообменных установок / П. В. Акулич. – Минск: Беларус. навука, 2010. − 443 c.Akulich P. V. Calculations of drying and heat exchange installations. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2010. 443 p. (in Russian).Акулич, П. В. Термогидродинамические процессы в технике сушки / П. В. Акулич. − Минск: Ин-т тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова Нац. акад. наук Беларуси, 2002. − 268 с.Akulich P. V. Thermohydrodynamic processes in drying techniques. Minsk, A. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute, National Academy of Sciences of Belarus, 2002. 268 p. (in Russian).Kudra, T. Advanced Drying Technologies / Т. Kudra, A. S. Mujumdar. − New York: Marcel Dekker Inc., 2002. − 459 p.Kudra T., Mujumdar A. S. Advanced Drying Technologies. New York, Marcel Dekker Inc., 2002. 459 p. Doi: 10.1201/9781420073898Акулич, П. В. Моделирование и экспериментальное исследование термогидродинамических процессов распылительной сушки / П. В. Акулич, В. Л. Драгун, А. В. Акулич // Труды третьей междунар. науч.-практ. конф. «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ−2008», 16−20 сент. 2008 г. − М., 2008. − Т. 1. − С. 124−129.Akulich P. V., Dragun V. L., Akulich A. V. Simulation and experimental study of spray drying thermohydrodynamic processes. Trudy tret’ei mezhdunar. nauch.-prakt. konf. «Sovremennye energosberegayushchie teplovye tekhnologii (sushka i termovlazhnostnaya obrabotka materialov) SETT−2008», 16−20 sent. 2008 g. T. 1 [Works of the 3rd International Scientific and Practical Conftrence “Modern power saving heat technologies (drying and thermo-moisturizing treatment of materials), SETT–2008”, September 16−20, 2008. Volume 1]. Moskow, 2008, pp. 124−129 (in Russian).Handbook of Industrial Drying / ed. Arun S. Mujumdar. − 4nd ed. – New York: CRC Press, 2014. − 1348 p.Mujumdar A. S. Handbook of Industrial Drying. Fourth Edition. CRC Press, 2014. 1348 p. Doi: 10.1201/b17208Долинский, А. А. Распылительная сушка : в 2 т. / А. А. Долинский, К. Д. Малецкая. – Киев: Академпериодика, 2011. − Т. 1: Теплофизические основы. Методы интенсификации и энергосбережения. – 376 с.Dolinskii A. A., Maletskaya K. D. Spray drying. Volume 1. Thermophysical basics. Methods of intensification and power saving technologies. Kiev, Akademperiodika Publ., 2011. 376 p. (in Russian).Долинский, А. А. Распылительная сушка : в 2 т. / А. А. Долинский, К. Д. Малецкая. – Киев: Академпериодика, 2015. – Т. 2: Теплотехнологии и оборудование для получения порошковых материалов. − 390 с.Dolinskii A. A., Maletskaya K. D. Spray drying. Volume 2. Heat engineering and equipment for the production of powder materials. Kiev, Akademperiodika Publ., 2015. 390 p. (in Russian).Рудобашта, С. П. Новые российские исследования в области сушки и термовлажностных процессов / С. П. Рудобашта // Труды третьей междунар. науч.-практ. конф. «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ−2008», 16−20 сент. 2008 г. − М., 2008. − Т. 1. − С. 4−15.Rudobashta S. P. New Russian studies in drying and thermo-moisturizing processes. Trudy tret’ei mezhdunar. nauch.- prakt. konf. «Sovremennye energosberegayushchie teplovye tekhnologii (sushka i termovlazhnostnaya obrabotka materialov) SETT−2008», 16−20 sent. 2008 g. T. 1 [Works of the 3rd International Scientific and Practical Conftrence “Modern power saving heat technologies (drying and thermo-moisturizing treatment of materials), SETT-2008”, September 16−20, 2008. Volume 1]. Moskow, 2008, pp. 4−15 (in Russian).Kuts, P. S. Enhancement of spray drying of thermosensitive materials / P. S. Kuts, V. K. Samsonyuk // Drying Technology. − 1989. − Vol. 1, N 7. − P. 35–45.Kuts P. S., Samsonyuk V. K. Enhancement of spray drying of thermosensitive materials. Drying Technology, 1989, vol. 1, no. 7, pp. 35–45. Doi: 10.1080/07373938908916573Тутова, Э. Г. Сушка продуктов микробиологического производства / Э. Г. Тутова, П. С. Куц. − М.: Агропромиздат, 1987. − 303 с.Tutova E. G., Kuts P. S. Drying of microbiological products. Moskow, Agropromizdat Publ., 1987. 303 p. (in Russian).Термогидродинамические процессы и технологии получения мелкодисперсных материалов методом распыления / П. В. Акулич [и др.] // XV Минский международный форум по тепло- и массообмену, 23–26 мая 2016 г.: тез. докл. и сообщ. – Минск: Ин-т тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова Нац. акад. наук Беларуси, 2016. − Т. 3. − С. 87–90.Akulich P. V., Slizhuk D. S., Makarova O. D., Chizhik K. G. Thermohydrodynamic processes and technologies of fine materials manufacture with spray method. XV Minskii mezhdunarodnyi forum po teplo- i massoobmenu, 23–26 maya 2016 g.: tezisy dokladov i soobshchenii [XV Minsk International Forum on Heat and Mass Exchange: Theses of reports and announcements, May 23−26, 2016. Volume 3]. Minsk, Institute of Heat and Mass Transfer. A. V. Lykov, National Academy of Sciences of Belarus, 2016, pp. 87−90 (in Russian).Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. − М.: Энергоатомиздат, 1981. − 416 с.Isachenko V. P., Osipova V. A., Sukomel A. S. Heat transfer. Minsk, Energoatomizdat Publ., 1981. 416 p. (in Russian).Model of Heat and Mass Transfer in an Industrial Counter-Current Spray-Drying Tower / P. Wawrzyniak [et al.] // Drying Technology. − 2012. – Vol. 30, iss. 11−12. − P. 1274−1282.Wawrzyniak P., Podyma M., Zbicinski I., Bartczak Z., Polanczyk A., Rabaeva J. Model of Heat and Mass Transfer in an Industrial Counter-Current Spray-Drying Tower. Drying Technology, September 2012, vol. 30, no. 11−12, pp. 1274−1282. Doi: 10.1080/07373937.2012.704604

The authors declare that there are no conflicts of interest present.