Інтенсифікація тепломасопереносу в макропористих тілах у процесах зволоження та сушіння під дією сильних електричних полів

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. - Институт технической теплофизики НАН Украины, Киев, 2006.

Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному обоснованию интенсификации процессов тепло- и массопереноса при увлажнении и сушке твердых дисперсных систем под влиянием сильных неоднородных электрических полей, которые максимально интенсифицируют теплоперенос за счет электроконвективного массопереноса. Показано, что дискретно-импульсное введение энергии на границу раздела фаз успешно реализуется с помощью разрядных неоднородных электрических полей, которые ускоряют процессы увлажнения и сушки гетерогенных капиллярно-пористых и макропористых тел. При этом уменьшаются энергозатраты и длительность как увлажнения, так и сушки, а также вредные выбросы в атмосферу.

Установлено, что эффективная теплопроводность кварцевых капиллярных трубок в неоднородном электрическом поле, в которых осуществляется перенос горячей воды, на 6 - 7 порядков больше, чем истинная теплопроводность неподвижных твердой и жидкой фаз в отдельности. При этом величина теплопроводности зависит от радиуса капиллярной трубки и угла наклона к горизонту (влияние гравитации). Для капиллярных трубок из поливинилхлорида конвективная теплопроводность при движении нагретой воды в неоднородном электрическом поле увеличивается еще на порядок. Аналогичные явления интенсификации теплопереноса под действием неоднородного электрического поля наблюдаются в макропористом теле (кварцевый песок) и капиллярно-пористых телах (силикагелях КСМ-5 и КСК-2).

Полученные в работе числа подобия (Рейнольдса (Re), Фруда (Fr), Нуссельта (Nu), коэффициента теплоотдачи (_Т), Прандтля (Pr), Пекле (Pe), Грасгофа (Gr), электрический аналог числа Галилея (П₁), электрическое число К_Е1, Кнудсена (Kn), безразмерные температуры охлаждения (_о) и нагревания (_н) пористой пластины) при впитывании жидкого теплоносителя в капиллярные трубки зависят от присутствия неоднородных электрических полей тем больше, чем большее напряжение между электродами. На эту зависимость оказывают заметное влияние такие факторы, как радиус капиллярной трубки, ее температура, углы наклона трубки к направлению гравитационного поля.

Практически все числа подобия увеличиваются при увеличении напряжения между электродами, что свидетельствует об интенсификации электроконвективного массотеплопереноса за счет действия пондеромоторных сил неоднородного электрического поля и электронно-ионной бомбардировки поверхностей фаз как в отдельных капиллярных трубках, так и в макропористых телах, а также в капиллярно-пористих телах.

Полученные результаты дают возможность кроме выяснения общих вопросов электрогидродинамики и электроконвективного теплообмена, осуществить решение важных инженерных задач: разработать электрогидродинамические испарительные и конденсационные системы, усовершенствовать электрогидродинамические тепловые трубы, предложить электронно-ионну сушку нитей, совмещенную с процессом прядения, а также повысить эффективность промышленных адсорберов действием неоднородных электрических полей.

Разработанные способы электронно-ионной сушки пористых тел и регенерации адсорбентов при осушении воздуха, нашли применение в промышленных адсорберах.

Ключевые слова: массоперенос, теплоперенос, неоднородное электрическое поле, макропористые тела, увлажнение, сушка, вода, твердая дисперсная система, капиллярная трубка, кварц, поливинилхлорид, силикагель.

Annotation

Polishchuk N. V. „ The intensification of heat- and masstransfer in the macroporous bodies in the processes of humidification and drying under the influence of strong electric fields”. - Manuscript.

The Ph.D. thesis for reserving obtaining a scientific degree of the candidate of engineering science by speciality 05.14.06 - engineering thermophysics and industrial heat power engineering. - Institute of Engineering Thermophysics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2006.

The dissertation is devoted to a theoretical and experimental substantiation of an intensification of the processes of heat- and masstransfer at humidifying and drying of firm disperse systems under the influence of strong non-uniform electric fields, which intensify heat transfer as much as possible on account of an electroconvective mass transfer. It is shown, that discrete - impulsive introduction of energy on the border of phases division it is successfully realized with the help of digit non-uniform electric fields, which accelerate the processes of humidification and drying of heterogeneous capillaryporous and macroporous body. Thus, the energycharges and the duration of both humidification and drying decrease, as well as the harmful atmosphere emissions.

It is revealed, that the effective heat conductivity of quartz capillary tubes in a non-uniform electric field, where the convective is executed transportation of hot water, is bigger in 6-7 times than the real heat conductivity of motionless firm or liquid phases apart. Thus, the size of heat conductivity depends on the radius of a capillary tube and a corner of an inclination to the horizon (influence of gravitation). For polyvinylchlorid capillary tube the heat transfer at convective movement of the hot water in non-uniform electric field increases one more time. The similar phenomena of an intensification heat transfer under the influence of non-uniform electric field are observed in a macroporous body (quartz sand) and capillary - porous bodies (silicagel КSМ-5 and КSК-2). The developed ways of electro-ionic drying of the porous bodies and the regenerations of adsorbents at air drying in industrial adsorbers.

Key words: mass-transfer, heat-transfer, a non-uniform electric field, macroporous bodies, humidification, drying, water, firm disperse system, capillary tube, quartz, polyvinylchlorid, silicagel.

Размещено на Allbest.ru