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"10.29235/1561-83582023-68-1-40-49vestift-780Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERТепломассообмен капель концентрированных растворов при распылительной дегидратации в условиях конвективно-радиационного энергоподводаHeat and mass transfer of drops of concentrated solutions during spray dehydration under conditions of convective-radiation energy supplyhttps://orcid.org/0000-0002-4559-8996АкуличП. В.AkulichP. V.

Акулич Петр Васильевич – доктор технических наук, главный научный сотрудник

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Piotr V. Akulich – Dr. Sci. (Engineering), Chief Researcher

15, Brovka Str., 220072, Minsk

akul@hmti.ac.byhttps://orcid.org/0000-0001-8039-3737СеднинВ. А.SedninV. A.

Седнин Владимир Александрович – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника»

пр. Независимости, 65, 220013, Минск

Vladimir A. Sednin – Dr. Sci. (Engineering), Professor, Head of the Department “Industrial Heat Power Engineering and Heat Engineering”

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk

pte@bntu.byПоздняковаМ. И.PozdnyakovaM. I.

Позднякова Марина Игоревна – старший преподаватель кафедры «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника»

пр. Независимости, 65, 220013, Минск

Marina I. Pozdnyakova – Senior Lecturer of the Department “Industrial Heat Power Engineering and Heat Engineering”

65, Nezavisimosti Ave., 220013, Minsk

pte@bntu.byИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Science of BelarusБелорусский национальный технический университетBelarusian National Technical University2023010420236814049Copyright © Акулич П.В., Седнин В.А., Позднякова М.И., 20232023Акулич П.В., Седнин В.А., Позднякова М.И.Akulich P.V., Sednin V.A., Pozdnyakova M.I.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/780

Приведены результаты моделирования дегидратации капель концентрированной жидкости на примере керамики при конвективно-радиационном энергоподводе в условиях прямоточного и противоточного движения фаз, а также импульсных встречных потоков теплоносителя. Сформулирована модель дегидратации одиночной капли на основе уравнений теплопроводности с источниковым членом и диффузии влаги с учетом изменения ее размера вследствие испарения. При этом учитывается влияние конвективного потока пара с испаряющейся поверхности капли (поток Стефана), а также вдува испаряющегося пара в поток горячего газа на коэффициент теплоотдачи (поправка Сполдинга). Воздействие инфракрасного излучения описывается уравнением Бугера. Уравнение движения капли в газовом потоке учитывает силы, обусловленные гравитацией, разностью скоростей и плотностей фаз. В результате численного моделирования установлено, что при противоточном движении фаз интенсивность дегидратации выше, чем при прямотоке. Это обусловлено как повышением относительной скорости движения фаз, так и увеличением времени пребывания капли в интенсивной области инфракрасного излучения. Показано, что дальнейшая интенсификация испарения возможна за счет создания импульсных встречных потоков теплоносителя. Выполнено сравнение расчетных результатов с опытными данными, подтверждающее адекватность модели. Результаты исследования могут быть полезны при разработке новых теплотехнологий и аппаратов для дегидратации концентрированных растворов и суспензий.

The results of modeling the dehydration of drops of a concentrated liquid, on the example of ceramics, with convective-radiation energy supply under conditions of direct-flow and counter-current phase motion, as well as pulsed counter-flows of gas, are presented. A model for the dehydration of a single drop is formulated based on the equations of heat conduction with a source term and diffusion of moisture, taking into account the change in its size due to evaporation. This takes 

into account the influence of the convective vapor flow from the evaporating droplet surface (Stefan flow), as well as the blowing of evaporating vapor into the hot gas flow on the heat transfer coefficient (Spalding correction). The impact of infrared radiation is described by the Bouguer equation. The equation of motion of a drop in a gas flow takes into account the forces due to gravity, the difference in velocities and phase densities. As a result of numerical simulation, it was found that with countercurrent phase movement, the intensity of dehydration is higher than with cocurrent flow. This is due to both an increase in the relative velocity of the phases and an increase in the residence time of the drop in the intense region of infrared radiation. It is shown that further intensification of evaporation is possible due to the creation of pulsed counter gas flows. The calculated results are compared with the experimental data, which confirms the adequacy of the model. The results of the study can be useful in the development of new heat technologies and devices for dehydration of concentrated solutions and suspensions. 

тепломассообмен каплираспылительная сушкарадиационно-конвективная сушкаheat and mass transfer of a dropspray dryingradiation-convective dryingРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Т22-008).This work was carried out with the financial support of the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (grant no. T22-008).ReferencesWisniewski, R. Spray Drying Technology Review [Electronic resource] / R. Wisniewski // 45th International Conference on Environmental Systems, 12–16 July 2015, Bellevue, Washington. – Mode of access: https://ttu-ir.tdl.org/handle/2346/64598.Wisniewski R. Spray Drying Technology Review. 45th International Conference on Environmental Systems, 12–16 July 2015, Bellevue, Washington. Available at: https://ttu-ir.tdl.org/handle/2346/64598Феклунова, Ю. С. Разработка и научное обоснование способа распылительной сушки пюре из тыквы при конвективно-радиационном энергоподводе: автореф. дис. … канд. техн. наук / Ю. С. Феклунова; ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет». – Астрахань, 2015. – 20 с.Feklunova Yu. S. Development and Scientific Substantiation of the Method of Spray Drying of Pumpkin Puree with Convective-Radiation Energy Supply. Astrakhan, 2015. 20 p. (in Russian).Акулич, П. В. Методы повышения эффективности процессов распылительной сушки / П. В. Акулич, В. А. Бородуля, Д. С. Слижук // Энергоэффективность. – 2018. – № 4. – С. 28−32.Akulich P. V., Borodulya V. A., Slizhuk D. S. Methods for improving the efficiency of spray drying processes. Energoeffektivnost’ [Energy Efficiency], 2018, no. 4, pp. 28−32 (in Russian).Handbook of Industrial Drying / ed. by A. S. Mujumdar. – 4th ed. – CRC Press, 2014. – 1348 p. https://doi.org/10.1201/b17208Mujumdar A. S. (ed.). Handbook of Industrial Drying. 4th ed. CRC Press, 2014. 1348 p. https://doi.org/10.1201/b17208Акулич, 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. Конвективные сушильные установки: методы и примеры расчета / П. В. Акулич, А. В. Акулич. – Минск: Выш. шк., 2019. – 376 с.Akulich P. V., Akulich A. V. Convective Drying Installations: Methods and Examples of Calculation. Minsk, Vysheishaya shkola Publ., 2019. 376 p. (in Russian).Рудобашта, С. П. Современное состояние и направления развития теории и практики сушки / С. П. Рудобашта // Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы), СЭТТ – 2020: сб. науч. тр. 7-й междунар. науч.-практ. конф., Москва, 13−15 окт. 2020 г. − М.: ООО «Мегаполис», 2020. − С. 13−22.Rudobashta S. P. Current state and directions of development of the theory and practice of drying. Sovremennye energosberegayushchie teplovye tekhnologii (sushka i teplovye protsessy), SETT – 2020: sbornik nauchnykh trudov 7-i mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Moskva, 13−15 oktyabrya 2020 g. [Modern Energy-Saving Thermal Technologies (Drying and Thermal Processes), SETT – 2020: Collection of Scientific Papers of the 7th International Scientific and Practical Conference, Moscow, October 13–15, 2020]. Moscow, Megapolis Publ., 2020, pp. 13–22 (in Russian).Pulse Combustion Spray Drying of Egg White / Zhonghua Wu [et al.] // Food and Bioprocess Technology. – 2015. – Vol. 8, № 1. – P. 148–157. http://doi.org/10.1007/s11947-014-1384-9Zhonghua Wu, Lian Yue, Zhanyong Li, Jun Li, Mujumdar A. S., Rehkopf J. A. Pulse Combustion Spray Drying of Egg White. Food Bioprocess Technology, 2015, vol. 8, no. 1, pp. 148–157. http://doi.org/10.1007/s11947-014-1384-9Экспериментальное и численное исследования нестационарного испарения капель жидкости / В. И. Терехов [и др.] // Инженер.-физ. журн. – 2010. – Т. 83, № 5. – С. 829–836.Terekhov V. I., Terekhov V. V., Shimkin N. E., Bi K. Ch. Heat and mass transfer in disperse and porous media experimental and numerical investigations of nonstationary evaporation of liquid droplets. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2010, vol. 83, no. 5, pp. 883–890. https://doi.org/10.1007/s10891-010-0410-7Varghese, S. Evaporation of Water Droplets by Radiation: Effect of Absorbing Inclusions / S. Varghese, S. Gangamma // Aerosol Air Qual. Res. – 2007. – Vol. 7, iss. 1. – P. 95–105. https://doi.org/10.4209/AAQR.2006.11.0028Varghese S., Gangamma S. Evaporation of Water Droplets by Radiation: Effect of Absorbing Inclusions. Aerosol and Air Quality Research, 2007, vol. 7, iss. 1, pp. 95–105. https://doi.org/10.4209/AAQR.2006.11.0028Mezhericher, M. The Influence of Thermal Radiation on Drying of Single Droplet/Wet Particle / M. Mezhericher, A. Levy, I. Borde // Drying Technology. – 2008. – Vol. 26, iss. 1. – P. 78–89. http://doi.org/10.1080/07373930701781686Mezhericher M., Levy A., Borde I. The Influence of Thermal Radiation on Drying of Single Droplet/Wet Particle. Drying Technology, 2008, vol. 26, iss 1, pp. 78–89. http://doi.org/10.1080/07373930701781686Акулич, П. В. Термогидродинамические процессы при распылительной сушке в условиях конвективно-радиа ционного энергоподвода / П. В. Акулич, Д. С. Слижук // Теор. основы хим. технологии. – 2021. – Т. 55, № 1. – С. 34–45. https://doi.org/10.31857/S0040357121010024Akulich P. V., Slizhuk D. S. Thermohydrodynamic Processes in Spray Drying with Convective-Radiation Energy Supply. Theoretical Foundations of Chemical Technology, 2021, vol. 55, no. 1, pp. 30–40. https://doi.org/10.1134/S0040579521010024Блох, А. Г. Основы теплообмена излучением / А. Г. Блох. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 332 с.Bloch A. G. Fundamentals of Heat Transfer by Radiation. Moscow, Leningrad, Gosenergoizdat Publ., 1962. 332 p. (in Russian).Тутова, 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 Products of Microbiological Production. Moscow, Agropromizdat Publ., 1987. 303 p. (in Russian).Долинский, 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.Dolinsky A. A., Maletskaya K. D. Spray Drying: in 2 volumes. Volume 1. Thermophysical Fundamentals. Methods of Intensification and Energy Saving. Kyiv, Akademperiodika Publ., 2011. 376 p. (in Russian)

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