На правах рукописи НАГОРНОВ Станислав Александрович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ И СОЗДАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ В ПСЕВДООЖИЖЕННЫХ И ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ СРЕДАХ Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Тамбов 2004 Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ГНУ ВИИТиН, г. Тамбов) и в Тамбовском государственном техническом университете Научный консультант Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Мищенко Сергей Владимирович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Тимонин Александр Семенович доктор технических наук, профессор Сапожников Борис Георгиевич доктор технических наук, профессор Першин Владимир Федорович Ведущая организация Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова Защита диссертации состоится «29» октября 2004 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета по присуждению ученой степени доктора технических наук Д 212.260.02 в Тамбовском государственном техническом университете по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, 1, ауд. 60. Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью) просим направлять по адресу: 392620, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.02. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан Ученый секретарь диссертационного совета, доцент сентября 2004 г. В.М. Нечаев ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Действующие в настоящее время установки для непрерывной термообработки (вулканизации, сушки и закалки) изделий с использованием различных теплоносителей наряду с большой длиной характеризуются высокой энерго- и металлоемкостью при недостаточно высоком качестве выпускаемых изделий. Увеличение энергетической эффективности оборудования для вулканизации, сушки и закалки возможно при использовании псевдоожиженных и циркуляционных сред как промежуточных теплоносителей. Однако, существуют трудности, препятствующие массовому практическому внедрению технологий с использованием этих сред, а именно: неравномерное распределение локальных коэффициентов теплоотдачи по поверхности термообрабатываемых изделий и невозможность существующими способами задавать и выдерживать требуемый темп нагрева (охлаждения) в любой зоне поверхности изделия. Кроме того, до настоящего времени не изучены закономерности структурно-гидродинамических эффектов, возникающих при взаимодействии псевдоожиженного (и циркуляционного) слоя с погруженным в него термообрабатываемым изделием, и степень влияния этих эффектов на интенсивность процесса переноса теплоты в этих средах. В связи с этим разработка экономичных способов термообработки, методов расчета процессов, совершенствование аппаратурного оформления и создание оборудования для непрерывной термообработки изделий в псевдоожиженных и циркуляционных средах являются основой практического использования техники псевдоожижения и циркуляционного слоя в различных химикотехнологических процессах, весьма актуальны и решают одну из важнейших проблем интенсификации теплопереноса в системе с твердой фазой. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2001 — 2005 гг. (шифр 01.02), одобренной Общим собранием действительных членов и членов-корреспондентов Россельхозакадемии 17.02.2000 г. и согласованной Заместителем Председателя Правительства РФ А.В. Гордеевым 22.09.2000 г.; Тематическим планом реализации Межведомственной координационной программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2001 - 2005 гг. (этап 03.01), одобренной Межведомственным координационным советом по формированию и реализации программы 19.11.2002 г.; Постановлением СМ СССР № 538 от 08.05.86 г. «О мерах по обеспечению внедрения АР и РКЛ в отрасли народного хозяйства в 1986 - 90 гг. и на период до 2000 г.»; Федеральной целевой программой «Интеграция науки и высшего образования России на 2002 - 2006 гг.» И0556/1654 от 24.09.2002 г.; с отраслевыми планами НИР и ОКР лаборатории № 7 ГНУ ВИИТиН по теме 05.04.01 «Исследование и | 1 разработка установки для сжигания нефтесодержащих отходов в псевдоожиженном слое» (1998 г.); с планами НИР и ОКР ТИХМа «Исследование и разработка печей с кипящим слоем для нагрева деталей и заготовок» (1974 г.), «Разработка установки для отжига роторной меди в псевдоожиженном слое» (1977 г.); с планами НИР и ОКР ВНИИ резинотехнического машиностроения по теме «Создание оборудования для изготовления длинномерных профильных и рукавных изделий на роторно-конвейерных линиях и выдача рекомендаций» (1988 г.). Целью работы является обобщение и развитие научных достижений в области гидродинамики и теплообмена в дисперсных средах, разработка методов расчета процессов и создание оборудования для непрерывной термообработки изделий в псевдоожиженных и циркуляционных средах, направленных на улучшение качества термообрабатываемых изделий, снижение габаритов и металлоемкости оборудования при осуществлении процессов вулканизации, сушки и закалки. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи. Проведены комплексные экспериментальные исследования: 1) структурных и гидродинамических эффектов, возникающих при погружении протяженного тела в псевдоожиженную среду (структура, расширение псевдоожиженного слоя, поля скоростей газовой фазы, распределение времени пребывания частиц вдоль пристенной зоны протяженного тела) и определены их закономерности; 2) внешнего теплообмена неподвижных протяженных тел с псевдоожиженной средой с учетом структурных и гидродинамических эффектов, реализуемых у поверхности этих тел, получено выражение для определения оптимального значения коэффициента эффективности псевдоожиженной среды, позволяющего при создании промышленных аппаратов осуществить масштабный переход; 3) влияния характера обтекания псевдоожиженной средой перемещающегося в ней протяженного тела на интенсивность переноса теплоты и определены закономерности внешнего теплообмена с учетом структурногидродинамических эффектов, реализуемых у поверхности этого тела; 4) структуры виброгравитационного циркуляционного слоя, его динамики и интенсивности теплообмена изделий, свободно перемещающихся в этом слое. Разработаны: 1) гидродинамическая модель псевдоожиженной среды с погруженным в нее протяженным телом; модель переноса теплоты с учетом структурных и гидродинамических эффектов, реализуемых у тела, погруженного в псевдоожиженный (виброгравитационный циркуляционный) слой; 2) комбинированные действенные способы интенсификации внешнего теплообмена в псевдоожиженных и циркуляционных средах, позво2 ляющие задавать и выдерживать требуемый темп нагрева (охлаждения) в любой зоне термообрабатываемого изделия, и формирующие предпосылки для эффективного управления и автоматизации рассматриваемых процессов. Научно обоснованы конструктивно-технологические схемы, методы расчета процессов и усовершенствования оборудования для непрерывной вулканизации резиновых изделий в псевдоожиженных и виброгравитационных циркуляционных средах. Научная новизна. Обобщены и развиты теоретические и экспериментальные данные по структуре, гидродинамике и внешнему теплообмену между псевдоожиженным слоем и погруженным в него протяженным вертикальным телом. Предложены комбинированные способы интенсификации внешнего теплообмена в псевдоожиженных и виброгравитационных циркуляционных средах, которые приводят не только к улучшению условий внешнего теплообмена и выравниванию локальных коэффициентов теплоотдачи по поверхности термообрабатываемых изделий, но и формируют предпосылки для эффективного управления и автоматизации рассматриваемых процессов. Получено выражение для определения оптимальной величины коэффициента эффективности псевдоожиженной среды, позволяющего обеспечить масштабный переход при создании промышленных аппаратов. Установлено, что в пристенном слое около перемещающегося в псевдоожиженной среде протяженного тела наблюдаются две части: лобовая с пульсирующей газовой полостью, заполненной частицами, и боковая - с интенсивно движущимся двухфазным потоком. Обоснована их роль в процессе переноса теплоты. Обнаружено, что движение (включая вращение) изделия в псевдоожиженном слое и интенсифицирует теплоперенос, и улучшает равномерность нагрева по периметру изделия, что способствует повышению его качества. Разработаны и обоснованы новые способы термообработки круглых длинномерных изделий (резиновых рукавов на дорне и стальных труб) за счет вращения вокруг своей оси и при одновременном перемещении (вращении) вокруг оси ванны аппарата по замкнутому контуру в псевдоожиженной среде. Разработаны процессы непрерывной вулканизации длинномерных резиновых изделий и сушки дисперсных материалов в принципиально новой среде - виброгравитационном циркуляционном слое. Проведено исследование его структуры, динамики и закономерности теплопереноса при свободном перемещении термообрабатываемых изделий. Разработаны методы расчета процессов и усовершенствования оборудования для непрерывной термообработки изделий в псевдоожиженных и циркуляционных средах, направленные на улучшение качества термообрабатываемых изделий, снижение габаритов и металлоемкости, увеличе3 ние энергетической эффективности оборудования при осуществлении процессов вулканизации, сушки и закалки. Практическая ценность и реализация результатов работы. Экспериментальные исследования, результаты математического и физического моделирования, а также анализ работы существующих вулканизаторов, сушилок и оборудования для закалки стальных изделий позволили разработать прогрессивные непрерывные процессы вулканизации, сушки и закалки; разработать методы расчетов этих процессов; создать конкурентоспособные аппараты и технологии вулканизации, сушки и закалки в псевдоожиженных и циркуляционных средах. Материалы диссертационной работы использованы: - во ВНИИ резинотехнического машиностроения при проектировании линий вулканизации резиновых изделий в псевдоожиженном слое: для Свердловского завода эбонитовых и губчатых изделий с экономическим эффектом - 9,165 млн. рублей (в ценах 2002 г.); для Таллиннского завода нерудных материалов с экономический эффектом — 13,16 млн. рублей (в ценах 2002 г.); для Ленинградского завода «Красный треугольник» с экономическим эффектом - 10,34 млн. рублей (в ценах 2002 г.); вулканизатора рукавных изделий в псевдоожиженном слое для Карагандинского завода РТИ с экономическим эффектом - 11,28 млн. рублей (в ценах 2002 г.); роторной линии изготовления профильных резиновых изделий диаметром не более 25 мм с вулканизацией в виброциркуляционном слое для ОАО «Красный треугольник» г. Санкт-Петербург с экономическим эффектом 9,4 млн. рублей (в ценах 2002 г.); роторной линии изготовления резиновых клапанов (ниппелей) аэрозольных упаковок с вулканизацией в виброциркуляционном слое для Рижского АО «Латбытхим» с экономическим эффектом - 8,93 млн. рублей (в ценах 2002 г.); - Главным управлением природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Тамбовской области при создании регионального центра по термическому обезвреживанию промышленных и сельскохозяйственных отходов с экономическим эффектом - 200 тыс. рублей в год (в ценах 2002 г.); - производственным кооперативом им. Коминтерна Мичуринского района Тамбовской области для термообработки зерна в виброциркуляционном слое с экономическим эффектом - ПО тыс. рублей в год (в ценах 2002 г.); - АО «ТАГАТ» (г. Тамбов) для термообработки (закалки) стальных изделий в псевдоожиженных средах с экономическим эффектом - 100 тыс. рублей в год (в ценах 2002 г.); - Федеральным государственным образовательным учреждением Тамбовский институт переподготовки кадров агробизнеса, Мичуринским государственным аграрным университетом и Пензенской государственной сельскохозяйственной академией в учебных процессах использованы ре4 зультаты исследований сушки зерновых культур в вибро-гравитационном циркуляционном слое, закалки стальных изделий в псевдоожиженном слое, варианты их аппаратурного оформления. Общий экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет 62,685 млн. рублей (в ценах 2002 г.). Экспертная оценка предприятий разработчиков, внедренческих организаций и ГНУ ВИИТиН позволяет оценить вклад автора в сумме 18,2 млн. рублей (в ценах 2002 г.). Новизна предложенных технических решений подтверждена 16 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения. Апробация работы осуществлена в публикациях по теме диссертации, в докладах и выступлениях на Международных, Всесоюзных, Всероссийских, региональных и национальных форумах, совещаниях, научнопрактических и научно-технических конференциях. Содержание отдельных разделов диссертации и основные результаты были представлены и докладывались на: Всесоюзном научно-техническом совещании «Основные направления научно-исследовательских работ по аппаратурному оформлению электротермических и высокотемпературных процессов химических производств в десятой пятилетке» (Ленинград, 1975 г.); Всесоюзных конференциях «Тепломассообмен - VI, VII» (Минск, 1980 и 1984 гг.); II Всесоюзном научно-техническом совещании «Пути совершенствования, интенсификации и повышения надежности аппаратов в основной химии» (Сумы, 1982 г.); II Всесоюзной научно-технической конференции по гидромеханическим процессам разделения неоднородных смесей (Курган, 1983 г.); III Всесоюзной научной конференции «Современные машины и аппараты химических производств» (Ташкент, 1983 г.); Всесоюзной научной конференции «Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств» (Харьков, 1985 г.); II Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение эффективности тепломассообменных и гидродинамических процессов в текстильной промышленности и производстве химических волокон» (Москва, 1985 г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Процессы и аппараты производства полимерных материалов, методы и оборудование для переработки их в изделия» (Москва, 1986 г.); I Всесоюзной научной конференции «Автоматизация и роботизация в химической промышленности» (Тамбов, 1986 г.); II и IV Минских Международных форумах «Тепломассообмен-ММФ» (Минск, 1992 и 2000 гг.); I и II Международных научнотехнических конференциях «Энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, 1998 и 2000 гг.); II и III Российских национальных конференциях по теплообмену (Москва, 1998 и 2002 гг.); II Международной научнопрактической конференции «Машинные технологии и новая сельскохозяйственная техника для условий Евро-Северо-Востока России» (Киров, 2000 г.); IV Международной теплофизической школе «Теплофизические измерения в начале XXI века» (Тамбов, 2001 г.); XI Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в инженерной сфере 5 АПК России - проблемы развития машинных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции» (Москва, 2002 г.); Международных научно-технических конференциях «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» (СанктПетербург - Пушкин, 2002 и 2003 гг.); III и IV Международных научнотехнических конференциях «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, 2003 и 2004 гг.). Публикации. Основные положения и результаты исследований, которые выносятся на защиту и определяют научную новизну диссертации, принадлежат автору. По результатам исследований опубликована 1 монография, 3 брошюры и более 60 работ в международных, академических, зарубежных и отраслевых журналах и научных изданиях. На оборудование, способы интенсификации теплопереноса и устройства для задания и стабилизации требуемого темпа нагрева (охлаждения) в любой зоне поверхности изделий получено 16 авторских свидетельств и патентов. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных результатов и выводов, списка цитированной литературы, содержащего 674 источника, и 6 приложений. Содержание диссертации изложено на 425 страницах машинописного текста, включая 120 рисунков и 11 таблиц. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. Сформулирована цель работы, обоснована ее актуальность и определены задачи исследования, приведена аннотация основных результатов работы, показана научная новизна и практическая значимость выполненных исследований. 1 Состояние технологических процессов термообработки изделий и их аппаратурного оформления. Показано, что выполнение операции вулканизации в один поток со сборкой при освоенных на сегодня промышленностью скоростях перемещения резиновых изделий требует очень большой (несколько десятков метров) длины вулканизатора. Действующее в настоящее время оборудование для непрерывной термообработки изделий в различных теплоносителях наряду с большой длиной характеризуется высокой энерго- и металлоемкостью при недостаточно высоком качестве выпускаемых изделий. Выявлено, что внедрение в промышленность передовой технологии непрерывного процесса производства резиновых изделий, сушки дисперсных материалов и закалки стальных изделий сдерживается в настоящее время отсутствием соответствующего прогрессивного и конкурентоспособного оборудования. Обоснована целесообразность при проведении указанных технологических процессов использования в качестве промежуточного теплоносителя псевдоожиженных и циркуляционных сред дисперсных материалов/Установлено, что массовому внедрению технологий с использованием этих сред препятствует неравномерное распределение локальных коэффициентов теплоотдачи по поверх6 ности термообрабатываемых изделий и невозможность существующими способами задавать и выдерживать требуемый темп нагрева (охлаждения) в любой зоне поверхности изделия. Однако до настоящего времени не изучены закономерности структурно-гидродинамических эффектов, возникающих при взаимодействии псевдоожиженного (и циркуляционного) слоя с погруженным в него термообрабатываемым изделием, и степень влияния этих эффектов на интенсивность процесса переноса теплоты в этих средах. Выполнен анализ достоинств и недостатков известных гидродинамических моделей псевдоожижения, способов интенсификации внешнего теплообмена в псевдоожиженных и циркуляционных средах и разработана их классификация. На основании проведенного анализа обоснован выбор объекта исследования, сформулированы проблема и задачи диссертационной работы и определены методы их решения. 2 Комплексные исследования структурных и гидродинамических эффектов, возникающих при погружении протяженного тела в псевдоожиженную среду. Для разработки методов расчета процессов и создания оборудования для термообработки изделий в псевдоожиженной среде в первую очередь необходимо определить параметры ее структуры и гидродинамики в зависимости от изменения рабочей скорости газа в аппарате. В этой связи проведены комплексные исследования структуры и гидродинамики псевдоожиженного слоя. Разработана гидродинамическая модель свободной псевдоожиженной среды крупных частиц. Получена аналитическая зависимость относительного расширения свободного псевдоожиженного слоя. На базе этой модели определена закономерность расширения псевдоожиженного слоя монодисперсных сферических частиц с погруженным в него протяженным телом, представленная в виде Выражение (1) дает исчерпывающее представление о поведении псевдоожиженного слоя при погружении в него протяженного тела, характеризует в общем виде отклик (структурный эффект) псевдоожиженного слоя на возмущения, вызываемые погружением в него протяженного тела. Распределение движения потоков и в псевдоожиженном слое с погруженным в* него протяженным телом оценивается с помощью коэффициента распределения потока газа 7 (2) При < 1 - скорость газа в пристенной зоне выше, чем в ядре потока, а при > 1 - скорость газа в пристенной зоне ниже, чем в ядре потока Выражения (2) характеризуют в общем виде отклик (гидродинамический эффект) псевдоожиженного слоя на возмущения, вызываемые погружением в него протяженного тела. Полученные результаты явились основой для создания гидродинамической модели псевдоожиженной среды с погруженным в нее протяженным телом. Согласно разработанной модели, основное условие сохранения суммарного потока ожижающего агента - балансовое уравнение распределения потоков газа в псевдоожиженном слое при погружении в него протяженного тела - представлено в виде С целью проверки адекватности моделей проведены эксперименты в установке, состоящей из вертикального цилиндрического аппарата = = 0,172 м) для псевдоожижения, трех нагнетателей с системами трубопроводов и измерительных приборов. Конструкция газораспределителя позволяла изменять профиль скорости газа в основании слоя. Эксперименты проводились при двух способах газораспределения: «А» и «Б». Способ «А» - это равномерное распределение газа по сечению аппарата у основания слоя. Способ «Б» имел в указанной области четко выраженный максимум скорости газа на оси аппарата и характеризовался числом газораспределения П. При профиле скорости «А» число газораспределения равно 1, т.е. П = 1, для профилей скоростей газа «Б» - П > 1. В рассматриваемой серии экспериментов псевдоожижались частицы алюмосиликатного катализатора и электрокорунда с эквивалентными диаметрами 2,74 и 1,1 мм соответственно. Статическая высота слоя была равна 0,2 м. Расширение псевдоожиженного слоя определяли по изменению статического давления по высоте аппарата. В качестве протяженных тел поочередно погружали пять цилиндров, наружные диаметры которых изменялись от 0,017 до 0,118 м. Цилиндры жестко крепились вертикально по оси аппарата. Экспериментально подтверждено наличие структурного эффекта: при погружении протяженного тела в псевдоожиженный слой значение росло и при достигало максимума. При дальнейшем погружении 8 (с уменьшением h/H0) наблюдали снижение величины нии тела до уровня газораспределителя (при h = 0) имели и при погружеПока- зано, что определяющее влияние на отношение оказывало не N, а величины и Определено изменение полей скоростей газа до и после погружения тела в псевдоожиженный слой при N = idem. Выявлено, что изменение гидродинамики псевдоожиженной среды с погруженным в нее телом обусловлено варьированием отношений Экспериментально подтверждено наличие гидродинамического эффекта — снижения скорости газа в ядре основной зоны псевдоожиженного слоя после погружения в него цилиндра в вертикальном положении. Из сопоставления значений расхода газа в свободном слое и после погружения тела в слой следовало, что часть газа двигалась около поверхности протяженного тела. Выявлено, что основное влияние на величину относительного расхода газа вблизи поверхности тела оказывало варьирование Причем с уменьшением отношения величины d и с ростом плотности при = idem величина увеличивалась. Установлено, что структурный и гидродинамический эффекты проявляются при погружении в псевдоожиженный слой (при 1,5 < N < 5 и протяженного тела (с 0,1 < < 0,65) на глубину При N < 1,5 и < 0,1 расширение слоя и поле скоростей газа не изменяются. Для более полной оценки реакции псевдоожиженного слоя на возмущения, вызываемые погружением в него протяженного тела, установлена закономерность изменения среднего времени пребывания магнитомеченной частицы в пристенном слое этого тела: (4) при d/Dr = 0,026...0,065; = 0,05...0,25 и N = 2...5. Среднеквадратичное отклонение рассчитанных по формуле (4) значений от экспериментальных не превышало 10 %. Выявлено, что в результате влияния вышеуказанных структурно-гидродинамических эффектов локальное распределение времени пребывания частиц вдоль вертикального тела имеет немонотонный характер. 3 Комплексные исследования внешнего теплообмена неподвижных протяженных тел с псевдоожиженной средой. Экспериментально установлено влияние структурно-гидродинамических эффектов на изменение локальных коэффициентов теплоотдачи от тела к псевдоожиженному слою. Для этого использован теплообменник из десяти автономных термоэлементов, позволявших определять величину локальных коэффициентов теплоотдачи по высоте тела. Теплообменник устанавливался в вер9 тикальном положении по оси аппарата. Выявлено, что значения = /(z) по высоте тела изменялись немонотонно вдоль его поверхности, которая контактировала с основной зоной псевдоожиженной среды. Положение максимума зависимости приходившееся, примерно, на 1/2 высоты погруженной в слой части протяженного тела, оставалось неизменным при увеличении числа псевдоожижения от 2 до 5. При более низких значениях скорости фильтрации газа (для N < 1) максимумы зависимости = /(z) отсутствовали. Значения = /(z) по высоте поверхности тела, которая контактировала с надслоевой зоной слоя, монотонно убывали по мере перемещения вверх по ходу движения газа. Доказано, что немонотонность зависимости (z) обусловлена вышеописанными структурно-гидродинамическими эффектами. Экспериментально определена роль флуктуаций скоростей газа и частиц во внешнем теплообмене между псевдоожиженной средой и погруженным в нее протяженным телом. Установлена связь интенсивности внешнего теплообмена протяженного тела с частотой смены частиц в пристенной зоне. Показано, что минимальные и максимальные значения локальных коэффициентов теплоотдачи соответствуют экстремальным значениям частоты смены частиц в этой зоне. Поскольку частота смены частиц в локальной зоне пристенного слоя то чем меньше времени частица находится в пристенном слое слоя, тем больше ее подвижность. Помимо пульсаций частиц на интенсивность переноса теплоты также оказывают влияние и флуктуации скорости газа. Выявлено, что возрастание флуктуаций скорости газа интенсифицирует внешний перенос теплоты в псевдоожиженном слое. Сопоставлено изменение дисперсии флуктуаций скорости газа (кривая 7) и времени пребывания частиц (кривая 2) в пристенном слое с распределением локальных коэффициентов теплоотдачи (кривая 3) вдоль погруженного в псевдоожиженную среду протяженного тела (рис. 1). Рис. 1 Зависимость 10 от и (частицы алюмосиликатного катализатора d = 2,74мм; 'N = 3; П = 3; =0,1) Установлено, что интенсивность внешнего теплообмена обусловлена вышеописанными эффектами, приводящими к увеличению дисперсии флуктуаций скорости газа и к уменьшению времени пребывания частиц около погруженного в среду тела. Экспериментально получено, что для протяженных тел, вертикально расположенных в псевдоожиженных средах, коэффициент теплоотдачи принимает максимальное значение при оптимальной гидродинамической обстановке, определяемой по уравнению (5) Среднеквадратичное отклонение рассчитанных по формуле (5) значеот экспериментальных составляло + 4,5 %. Максимальные значения коэффициентов теплоотдачи удовлетворительно описываются формулой ний (6) Среднеквадратичное отклонение рассчитанных по формуле (6) значеот экспериментальных составляло ± 6,5 %. Получено выражение для определения оптимального значения коэффициента эффективности псевдоожиженной среды ний (7) где находим из уравнения (5), - по формуле (6), оптимальное значение величины < 0,456, порозность слоя - с помощью уравнения (1) при N = Полученное по формуле (7) значение оптимальной величины позволяет при создании промышленных аппаратов осуществить масштабный переход. 4 Исследование влияния характера обтекания псевдоожиженной средой перемещающегося в ней протяженного тела на интенсивность переноса теплоты. Экспериментально исследовано влияние перемещения тела в псевдоожиженной среде на интенсивность внешнего теплообмена, которое проводили в аппарате, имевшем квадратное поперечное сечение 0,2 • 0,2 м2 и высоту 1 м. Резиновый ремень, имевший ширину 0,07 м и толщину 8 мм, имитировал перемещавшееся в вертикальной плоскости протяженное тело. В центральной части наружной поверхности ремня располагался завулканизованный заподлицо с поверхностью ремня нагревательный элемент, выделяемое которым тепло передавалось псевдоожи11 женному слою. К одной из полос в средней ее части приваривали спай хромель-копелевой термопары. Сигнал от термопары, измерявшей температуру поверхности нагрева, выводился через ртутный токосъемник и записывался с помощью шлейфового осциллографа типа Н008М на фотобумагу. Одновременно с записью температуры поверхности нагрева на фотобумагу производилась и регистрация положения спая этой термопары в пространстве с помощью магнитной метки ремня и катушки индуктивности. Обтекание движущегося протяженного тела псевдоожиженной средой изучалось путем визуальных наблюдений на плоской (двухмерной) модели с прозрачными стеклами. Разработана методика исследований. Использованы методы планирования экспериментов. Опытные данные обрабатывались на ЭВМ с помощью разработанной нейронной сети. В качестве обучающего алгоритма выбран алгоритм оптимизации Левенберга-Марквардта. При этом использовалась функция создания «классической» многослойной нейронной сети с обучением по методу обратного распространения ошибки. Выявлена основная особенность гидродинамики слоя вблизи перемещавшейся протяженной поверхности по сравнению с гидродинамикой около неподвижного тела: при перемещении тела нарушалась неподвижность слоя частиц, соприкасавшихся с его верхней частью, и равномерность подъема газовых неоднородностей вдоль опускающейся и поднимающейся ветви ремня. При скорости перемещения ремня, не превышающей скорость фильтрации газа, основная масса газовых неоднородностей поднималась со стороны перемещавшейся вверх ветви ремня, а количество пузырей вблизи перемещавшейся вниз ветви ремня было заметно меньше. Частицы дисперсного материала, находившиеся в пристенной зоне ремня, двигались интенсивнее по сравнению с частицами, псевдоожижавшимися вдали от движущейся поверхности. При скорости перемещения ремня, превышавшей скорость фильтрации газа, картина обтекания тела изменялась. Образовывающаяся в нижней части тела газовая полость увлекалась перемещающейся вверх ветвью ремня. Ее толщина была меньше, протяженность по периметру ремня больше и концентрация частиц в ее объеме была заметно выше, чем в случае перемещения ремня со скоростью меньше скорости фильтрации. Лишенная дополнительного притока газа из объема слоя газовая полость не успевала трансформироваться в самостоятельный пузырь, перемещалась со скоростью движущейся вверх ветвью ремня, как бы прилипая к нему, транспортируя впереди себя слой малоподвижных между собой частиц, а за собой - шлейф дисперсной среды с развитой турбулентностью. Наибольшая неравномерность структуры у поверхности перемещающегося протяженного тела наблюдалась при N = 1,5...2,0. Влияния перемещения протяженного тела на расширение слоя не обнаружено. Показано, что различие в обтекании перемещающихся вверх и вниз ветвей ремня отражалось и на характере теплообмена от этих участков к 12 псевдоожиженной среде. Оценку роли перемещения тела в процессе внешнего теплообмена в псевдоожиженной среде проводили по величине относительного коэффициента теплоотдачи При обработке экспериментальных данных были получены следующие зависимости. Для восходящего перемещения ветви ремня: (8) для нисходящего перемещения ветви ремня: Экспериментально определено влияние изменения различных фактона величину Показано, что увеличение скорости перемещения протяженного тела от 0,03 до 0,3 м/с при неизменном и небольшом числе псевдоожижения приводило к возрастанию в 1,3 - 2,7 раз по сравнению с неподвижным телом в сходственных точках объема аппарата. Это обусловлено увеличением скорости поступательного и пульсационного движения частиц и газа вблизи поверхности теплообмена. Установлено, что максимум был в зоне отрыва газовых пузырей от поверхности (на высоте = 0,5), где турбулентность среды и частота соударения частиц с поверхностью достигали максимумов. 5 Исследование внешнего теплообмена между виброгравитационным циркуляционным слоем и свободно перемещающимся в нем изделием. Показано, что для разработки конкурентоспособных тепломассообменных аппаратов нужен иной подход (по сравнению с аппаратами с псевдоожиженным слоем) к созданию условий взаимодействия контактирующих фаз, способствующих более интенсивному обновлению межфазной поверхности. Это направление связано с освоением прогрессивных процессов тепло- и массопереноса, для проведения которых наиболее перспективными являются аппараты с циркуляционным слоем. Определено, что характерной особенностью аппаратов с циркуляционным слоем является обязательное наличие в них промежуточного теплоносителя, частицы которого совершают циркуляционное движение по замкнутой траектории. Приведена классификация аппаратов с циркуляционным слоем. Поскольку в настоящее время в литературе отсутствуют сведения по аппаратам с виброгравитационным циркуляционным слоем, то этот тип аппаратов рас-, смотрен более подробно. Термин «виброгравитационный» означает, что частицы теплоносителя за счет вибрации винтовых перфорированных лотков поднимаются до верхнего лотка и по специальному устройству за счетсил гравитации свободно ссыпаются на дно ванны, откуда вновь за счет ров 13 вибрационных сил поступают на нижний лоток и процесс повторяется. Частицы теплоносителя одновременно с подъемом по перфорированным винтовым лоткам непрерывно просыпаются из вышерасположенных лотков через отверстия в них на нижерасположенные лотки. При этом в ванне вертикального аппарата циркулируют только частицы теплоносителя, а термообрабатываемые изделия или дисперсные материалы подаются на нижний лоток, поднимаются по винтовым лоткам при постоянном и равномерном воздействии на их поверхность частиц теплоносителя и выходят с верхнего лотка в приемный бункер. Для экспериментального исследования процессов виброперемещения, структуры и тепломассообмена виброгравитационного циркуляционного слоя с погруженными в него различными изделиями использовалась установка, состоящая из аппарата, шкафа и пульта управления. Ванна с лотками в виде винтовой линии выполнена токарной обработкой из толстостенной трубы. За счет этого достигалась одинаковая собственная частота колебаний всех лотков. Ванна устанавливалась на виброприводе марки ВПУ-630А. Колебания в нем возбуждались электромагнитами. При этом с помощью пульта управления в широких пределах осуществлялось раздельное регулирование трех параметров: амплитуды горизонтальных (крутильных) и вертикальных (осевых) составляющих колебаний и угла сдвига фазы между ними. Частицы совершали виброперемещение по перфорированным лоткам ванны. Траектория движения лотка формировалась как результат сложения двух взаимно перпендикулярных гармонических колебаний с одной частотой и противоположным сдвигом фаз. Поскольку колебания лотка происходили под углом к его продольной оси, то он совершал как продольные, так и поперечные перемещения, причем траекторией лотка являлся эллипс. При этом конфигурация эллипса, направление его обегания, длины и наклона осей определялись амплитудами вертикальных и горизонтальных составляющих и углом сдвига фаз между ними. Подвод тепла к наружной поверхности ванны, а от нее к частицам теплоносителя осуществлялся радиационноконвективным методом с помощью шести электронагревателей. Температура греющей спирали регулировалась путем изменения подаваемого на нее напряжения с помощью тиристорного регулятора напряжения типа РНТТ или потенциометра КСП-ЗП, установленного в шкафу управления. Нагреватели расположены параллельно образующей ванны. Исследования режимов перемещения тел, структуры слоя, закономерностей теплоотдачи от перемещающегося изделия к виброгравитационному циркуляционному слою теплоносителя проводились как на холодных моделях аппарата, так и на опытно-промышленных установках. Показано, что физический механизм образования виброгравитационного циркуляционного слоя отличается от классического виброкипящего слоя, поэтому и закономерности его описания будут несколько отличаться от известных для виброкипящих слоев. Установлена зависимость для изменения порозности виброгравитационного циркуляционного слоя 14 (10) Среднеквадратичная ошибка аппроксимации экспериментальных данных не превышала 10,9 %. Проведено исследование внешнего теплообмена в виброгравитационном циркуляционном слое. Показано, что на величину влияют параметры, определяющие возникновение и существование виброгравитационного циркуляционного слоя. Интенсивность внешнего теплообмена виброгравитационного циркуляционного слоя, прежде всего, определяется структурными условиями около поверхности нагрева (охлаждения). Установлена зависимость, описывающая теплоотдачу от свободно перемещающегося в виброгравитационном циркуляционном слое изделия. Опытные данные обобщены в степенную функцию на ПК в виде . (11) Среднеквадратичная ошибка аппроксимации экспериментальных данных не превышала 12 %. 6 Разработка комбинированных способов интенсификации внешнего теплообмена в псевдоожиженных и циркуляционных средах. Создание энергетически эффективных способов интенсификации внешнего теплообмена в псевдоожиженных и циркуляционных средах осуществляли на основе разработанной модели этого процесса. При разработке модели переноса теплоты исходили из того, что значения близки по величине для вибровращающихся, псевдоожиженных и движущихся, например, за счет гравитации, слоев твердых частиц одинакового размера и теплофизических характеристик. Это обусловлено общим физическим механизмом переноса теплоты, заложенным в основу интенсификации внешнего теплообмена указанных систем. Интенсивность теплоотдачи между наружной поверхностью изделия и частицами дисперсного теплоносителя в первую очередь определяется частотой смены частиц, находящихся у этой стенки, частицами из основного объема слоя, а способ генерации движения частиц, с точки зрения теплопереноса, играет второстепенную роль. Центральное место в модели занял анализ единичного акта теплопередачи - от стенки к соударявшейся с нею одиночной частице. Проверку разработанной модели кондуктивно-конвективного переноса теплоты в дисперсных 15 средах проводили с использованием программы COMSOL FEMLAB 2.3. Проведенная проверка свидетельствует об удовлетворительной работоспособности разработанной модели кондуктивно-конвективного переноса теплоты в дисперсных средах, а результаты расчета не противоречат известным данным. Несмотря на ряд упрощающих предпосылок, предложенный механизм внешнего теплообмена в дисперсных средах качественно правильно объясняет характер изменения от физических и режимных параметров частиц и газа. Определены основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на коэффициенты переноса теплоты, и обоснованы рациональные пути управления ими. Разработаны способы интенсификации теплообмена за счет пульсирующей подачи струй на локальную поверхность тела. Пульсирующая подача струй на изделие совместно с импульсной подачей газа в основании слоя приводят к резкому усилению теплопереноса (в два-три раза по сравнению с профилем «А» без воздействия на тело гетерогенных струй). В некоторых случаях возможно дополнительное использование струй жидкости в верхней и в нижней зоне слоя. При совместном действии скорости газа в основании слоя и гетерогенных струй по высоте тела происходит не только резкая интенсификация теплопереноса, но и выравнивание коэффициентов теплоотдачи по высоте протяженного тела. Предложен способ управления интенсивностью теплопереноса перемещением горизонтального цилиндра за счет вращения вокруг своей оси и одновременном перемещении (вращении) вокруг оси ванны аппарата по замкнутому контуру в псевдоожиженной среде при пульсирующем способе газораспределения «Б», что усилило теплоперенос в 1,8 - 2,5 раза. Показано, что при встречном перемещении изделия и потока газа частота смены частиц и их подвижность в пристенном слое выше, чем при попутном, поэтому больше. Вращение протяженных тел в псевдоожиженном слое не только интенсифицирует теплообмен, но и повышает качество термообрабатываемого изделия улучшением равномерности нагрева его поверхности. Разработан способ закалки стальных изделий в псевдоожиженной среде локальным впрыском охлаждающей жидкости и гетерогенных струй на изделие при способе газораспределения «Б». Для выявления эффективности разработанного способа закалки в той же ванне закаливали болты в трехфазной псевдоожиженной среде (без подачи струй и способе газораспределения «А») из частиц корунда размером 320 мкм (1:З по объему). Изделия помещали в среду и выдерживали 5 мин. Средняя твердость HRC 51, фактическая - HRC 30...59, среднеквадратичное отклонение твердости = HRC 7. Некоторые изделия деформировались до 1,5 мм на 100 мм длины, трещин не было. Твердость была ниже заданной. Результаты закалки двумя способами приведены в табл. 1. Проведенные исследования показали эффективность регулируемого управления теплопереносом тел, размещенных в псевдоожиженной среде вертикально (возможность задавать и 16 выдерживать требуемый по технологии темп охлаждения в любой зоне заготовки: как в сторону увеличения, так и снижения его интенсивности; охлаждать локальную поверхность заготовок). Среднее значение, HRC Среднеквадратичное отклонение, S,HRC Максимальная деформация, мм/100 мм Трещины Впрыскивание жидкости Трехфазное псевдоожижение Максимальная твердость, HRC Способ Минимальная твердость, HRC Результаты закалки стальных болтов двумя способами Расход жидкости 1 60% 70% 50 51 55 55 52 52 2,2 2,2 Нет Нет Нет Нет 30 59 51 7,0 1,5 Нет Кроме воды, можно использовать водные растворы полимеров (например, водный раствор наиритового латекса, позволяющего дополнительно регулировать скорость охлаждения изменением концентрации), или вводить хладагенты, например, сухую углекислоту (приоритет защищен авторским свидетельством). Показана возможность и эффективность использования газо-гравитационных циркуляционных сред для проведения в них сушки (суспензий, паст) и сжигания дисперсного твердого топлива, виброгравитационных циркуляционных сред для сушки дисперсных материалов (приоритеты технических решений защищены патентами). 7 Создание оборудования для непрерывной вулканизации резиновых изделий в псевдоожиженных и виброгравитационных циркуляционных средах. Разработана методика расчета вулканизаторов с псевдоожиженными и виброгравитационными циркуляционными средами, суть которой заключается в следующем: 1 Выбираем тип аппарата: в зависимости от номенклатуры и поперечных размеров резиновых изделий принимаем непрерывную вулканизацию в псевдоожиженной среде (при от 3 до 40 мм) или в виброгравитационном циркуляционном слое (при от 3 до 25 мм). 2 Определяем основные (геометрические и физические) параметры слоя частиц промежуточного теплоносителя. 3 Определяем режимные параметры вулканизационной среды. Рабочую скорость газа в аппарате находим из формулы (5). Режимные параметры виброгравитационного циркуляционного слоя подбираются таким образом, чтобы скорость движения промежуточного теплоносителя соответствовала скорости перемещения термообрабатываемых изделий 17 4 Рассчитываем время прогрева изделия . Для определе- ния критерия Био, используемого в расчетах, применяем формулы для нахождения (6) или (11). 5 Находим время пребывания изделия в вулканизаторе 6 Определяем производительность вулканизатора. 7 Составляем тепловой баланс вулканизатора. Определяем величину теплового коэффициента полезного действия аппарата. 8 Определяем габаритные размеры вулканизационной ванны аппарата, используя выражение (7) для оптимального значения коэффициента эффективности псевдоожиженной среды. Расширение вулканизационной среды находим по формулам (1) или (10). Обоснованы конструктивно-технологические схемы линий для непрерывной вулканизации изделий. Разработаны оригинальные конструкции аппаратов для вулканизации изделий в псевдоожиженной среде. На рис. 2 показан продольный разрез аппарата для вулканизации рукавов на дорне. Наружная опора - спираль 18 закреплена на внутренней поверхности камеры 1 кронштейнами. Дорн 28 с рукавом 29 и оправкой 30 вводится в загрузочное окно 20, откидывается самоуплотняющаяся крышка 24 и дорн вводится в гнездо 13 планшайбы 7. Включаются пневмоцилиндры 21 и поворотные направляющие секторы 16 отжимаются в положение загрузки. Дорн с рукавом продвигается до вхождения в гнездо 14 планшайбы 8, оправка 30 отстыковывается от дорна и вынимается из загрузочного окна, крышка 24 закрывается и уплотняется давлением внутри камеры 7. Рис. 2 Аппарат для вулканизации рукавов на дорне 18 Пневмоцилиндры 21 переводят поворотные направляющие в рабочее положение, подпружиненные секторы 16 прижимают дорн с рукавом к спирали 18. Пневмоцилиндр 10 проворачивает вал 6 приводом 9 с механизмом, обеспечивающим точное совпадение осей загрузочного окна 20 и следующей пары гнезд 13 и 14. Цикл повторялся, пока не заполнились все гнезда 13 и 14. Рукава, прижатые к спирали 18 секторами 15, обкатываются по ней, диски 15 с секторами 16 и пружинами 17, свободно сидящие на валу 6, проворачиваются трением о рукава. После полного оборота вала 6 дорн с рукавом возвращается в первоначальное положение. В загрузочное окно 20 вводится оправка 30, стыкуется с дорном 28, поворотными направляющими 21 отжимается соответствующий сектор 16 и рукав с дорном выводится наружу. Давление в камере не менее чем на 30 % сокращает время вулканизации, а возможность одновременной и непрерывной вулканизации нескольких изделий значительно повышает производительность аппарата. Разработаны конструкции аппаратов для вулканизации длинномерных резиновых изделий различной плотности (пористых и монолитных). Созданы устройства для формирования и подачи гетерогенных струй на локальную теплообменную поверхность (рис. 3). В ванне 1 (рис. 3) симметрично ее продольной оси в направляющих 5 установлены сопла 6, нижние части которых погружены в псевдоожиженную среду 2 и имеют на нижних концах горизонтальные площадки «а», а верхние концы изогнуты к продольной оси ванны. Сопла могут вертикально перемещаться механизмами 8. Среда 2 вытесняет пористое изделие 7 на поверхность. Механизмами 8 сопла 6 устанавливают так, чтобы загнутые концы были направРис. 3 Вулканизация пористых лены на изделие. Гетерогенными изделий струями из сопел и псевдоожиженной средой снизу изделие омывается со всех сторон, равномерно по периметру прогревается и вулканизуется без увеличения подачи воздуха и при большей горизонтальной скорости изделия. Газ с частицами из сопла 6 (рис. 4) сдвигает изделие 4 влево. Затем клапан-отсекатель 7 перекрывает правое сопло и открывает левое, газ с частицами толкает изделие вправо. Попадание частиц теплоносителя в катушки предотвращается поддувателями 9. Изделие перемещается горизонтально, с него сбрасываются неподвижные частицы, а под изделием не успевает сформироваться газовая полость, коэффициенты теплоотдачи выравниваются и теплоотдача увеличивается без введения в слой дополнительной энергии. Доказана эффективность использования этих устройств, резко интенсифицирующих теплоотдачу от среды к изделию. 19 Без устройства имели при = 0,61. С устройством зависимость = в пределах наших опытов не имела максимума и наибольших значений достигал практически при N - 2. С ростом характер изменения не менялся. Интенсивность теплопереноса в этом случае в основном определялась изменением частоты открытий клапанаотсекателя 7 (рис. 4). Наибольшие значения наблюдали при небольших частотах (~0,5...1 Гц). Таким образом, применение устройства по Рис. 4 Вулканизация монолитных изделий рис. 4 позволяет выполнять вулканизацию заготовок при небольших N. Интенсификация теплопереноса достигается движениями заготовки, увеличением частоты смены частиц в пристенной зоне заготовки пульсирующей подачи гетерогенных струй и способом газораспределения «Б». Производительность повышается на 20...25 %, сокращается в 1,5 - 1,7 раза расход энергии, обеспечивается производство резиновых изделий высокого качества. Приоритет этого способа подтвержден авторским свидетельством. Вулканизатор с псевдоожиженной средой имеет большую длину. Для устранения этого недостатка разработан ряд вулканизаторов, в которых длинные горизонтальные ванны заменены винтовыми лотками с виброгравитационным циркуляционным сло- 20 Для термообработки длинно-мерных профильных резиновых изделий разработан аппарат, представленный на рис. 6. Пройдя снизу вверх по всем лоткам (рис. 5), готовое изделие поступает через верхний лоток 12 и патрубок 15 на выход. Одновременно с нагревом ванны и теплоносителя импульсно подают воздух прерывателем потока 9 в теплообменник 8. Воздух нагревается и через тройник 19 часть его поступает через патрубок 18 в трубчатый змеевик 20 и через отверстия 21 направляется на заготовку и на ссыпающиеся частицы теплоносиРис. 6 Схема аппарата для вулканизации теля пульсирующими струядлинномерных резиновых изделий в виброми. Другая часть нагретого гравитационном циркуляционном слое воздуха через выход 22 тройника 19 поступает в полость головки 23 червячной машины, формующей вулканизуемую заготовку, а оттуда - во внутреннюю полость заготовки, нагревая ее изнутри. Импульсная подача горячего воздуха усиливает прогрев частиц теплоносителя, интенсифицируется нагрев наружной поверхности заготовки и отбор теплоты от стенки винтового лотка. Существенно снижаются энергозатраты при вулканизации полых заготовок. Интенсификация нагрева уменьшает длину винтового лотка, габаритные размеры ванны и корпуса /, уменьшает мощность вибропривода. В нагретую (рис. 6) нагревателями 16 и 21 и заправленную теплоносителем 7 ванну 2 через патрубок 22 вводят изделие. Включают вибропривод 3 и теплоноситель 7 вместе с изделием движутся вверх по винтовому лотку. С верхних лотков на нижние через перфорированное дно 8 теплоноситель 7 ссыпается на изделие. Теплоноситель нагревается наружной стенкой 10 и устройством для дополнительного нагрева от электронагревателей 16. В это устройство теплоноситель попадает из лотка 11. Теплоноситель ссыпается на наклонные полки 17 с зазором для пересыпания с верхних полок на нижние, двигается вниз, отбирая теплоту от стенок устройства дополнительного нагрева до дна ванны 2, смешивается с менее нагретым теплоносителем и поступает на первый лоток. Готовое изделие выходит через лоток 25. В этом аппарате используется разница высот лотка 11 и дна ванны 2 для постепенного пересыпания теплоносителя под собст21 венным весом по наклонным полкам для его дополнительного нагрева. Тепловой к.п.д. опытно-промышленного аппарата около 20 %, что существенно выше к.п.д. при вулканизации в псевдоожиженном слое (до 5,4 %) и в солях (до 3 % при утилизации солей). Резервы повышения теплового к.п.д. аппарата с виброгравитационным циркуляционным слоем далеко не исчерпаны. Для экспериментальной проверки виброгравитационного циркуляционного слоя как вулканизационной среды взяли шнуры диаметром 5,5 и 6,5 мм из резиновой смеси НО-68-1 на основе комбинации бутадиеннитрильного и хлоропренового каучуков в соотношении 50:50 весовых частей. Так как условиями эксперимента не предусматривалось вакуумирование резиновой смеси, то для предотвращения порообразования при вулканизации без давления в смесь вводили 10... 12 весовых частей калоксола. Для исключения возможности налипания на изделие частиц теплоносителя в вулканизационную ванну засыпали 2 % антиадгезива от массы теплоносителя. Качество свулканизованных шнуров определяли по степени вулканизации, зависящей от густоты пространственной сетки. Испытания образцов проводили по набуханию и с помощью зольгель-анализа и оценивали степенью набухания образца, содержанием гель-фракции и количеством свободного каучука. Сравнение результатов анализа проводили с контрольным образцом, свулканизованным в прессе по режиму 143 °С х 30 минут. В табл. 2 приведены результаты испытания образцов. Скорость прохождения шнуров через вулканизатор составляла ~ 5,5 м/мин. Одновременно подавались на вулканизацию 7 шнуров. Учитывая важность сохранения геометрических размеров в процессе непрерывного прохождения профиля через вулканизатор, проводили замеры диаметра образца. Линейные замеры шнуров показали, что при вулканизации в виброгравитационном циркуляционном слое диаметр образцов менялся в пределах ± 0,5 мм, что отвечает требованиям технологического регламента. Для определения возможности вулканизации или подвулканизации внутренней резиновой камеры, используемой в производстве рукавов, была выбрана трубка внутренним диаметром 9,5... 10,0 мм и наружным диаметром 15,0 мм из резиновой смеси 129 на основе комбинации нитрильных каучуков с добавлением 12 весовых частей калоксола. Трубку шприцевали на Тамбовском заводе АРТИ. В отличие от шнуров степень вулканизации трубки определяли по комплексу физикомеханических показателей. Для испытаний выбраны следующие физико-механические показатели: предел текучести при разрыве, условное напряжение при удлинении 100 %, относительное и остаточное удлинение и твердость. Температуру вулканизации устанавливали по зонам в пределах 160...230 °С. Количество трубки, свулканизованной в ходе эксперимента, составило около 1000 м. После вулканизации трубки разрезали вдоль и вырубали из них образцы для определения физико-механических показателей. Длину и диаметр образцов замеряли до и после вулканизации. В табл. 3 представлены результаты испытаний. ' 22 2 Результаты вулканизации образцов в виброгравитационном циркуляционном слое Диаметр шнура, мм Контрольный образец 5,5 6,5 ТемператуВремя Тверра вулкани- вулканиза- дость, 0 ции усл. ед. зации, С Степень набухания,% Свободный каучук К Плотность гель геля 143 30 мин 54 304,9 37,3 90,7 2,04 164...185 170...190 1 мин 49 с 2 мин 38 с 54 54 313,5 328,7 34,8 34,6 87,0 86,9 2,15 2,25 3 Результаты испытаний трубки, вулканизованной в виброгравитационном циркуляционном слое Твердость замеряли в трех точках по периметру трубки, прочностные показатели по пяти образцам, вырубленным по длине трубки. Свулканизованные образцы имели беспористую структуру, овальности не было. Усадка образцов составляла 1,8 %. Трубка имела равномерные прочностные показатели и твердость. Проведенные эксперименты подтвердили эффективность применения виброгравитационного циркуляционного слоя инертного дисперсного теплоносителя в качестве вулканизационной среды по сравнению с известными вулканизационными средами. Для вулканизаторов с виброгравитационным циркуляционным слоем характерно высокое качество продукции, компактность, возможность непрерывной вулканизации при любом температурном режиме и встраивания вулканизатора в поточные линии, простота, взрывои пожаробезопасность, удобство обслуживания и экологическая безопасность. Небольшие габаритные размеры вулканизатора и его масса сократили до минимума теплопотери. Небольшие затраты энергии на вулканизацию (мощность при пуске < 40 кВт • ч в течение 1 5 - 2 5 минут), обеспечивают высокий тепловой к.п.д. Только в этих вулканизаторах нет тянущих устройств, деформирующих заготовки. 23 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Основным результатом работы является разработка методов расчета процессов и создание энергетически эффективного оборудования с псевдоожиженными и циркуляционными средами на базе научно обоснованных технических решений, направленных на повышение качества изделий при закалке, вулканизации и материалов при сушке, и позволивших внести значительный вклад в развитие экономики страны, повышения ее обороноспособности и продовольственной безопасности. Выводы: 1 Выявлено, что технико-экономическая эффективность вулканизации резиновых изделий, закалки стальных изделий, сушки дисперсных материалов и повышения качества изделий и материалов могут быть обеспечены при переходе на непрерывный способ осуществления этих процессов при использовании псевдоожиженных и циркуляционных сред как промежуточных теплоносителей. 2 Проведены комплексные теоретические и экспериментальные исследования структуры и гидродинамики псевдоожиженного слоя при погружении в него протяженных тел, в результате которых получены закономерности для определения расширения слоя, скорости движения газа в непрерывной фазе и распределения времени пребывания частиц в пристенной области этого тела в зависимости от режимных характеристик слоя. 3 Выяснено, что отношение и коэффициент распределения потока газа могут характеризовать реакцию (отклик) псевдоожиженного слоя (при 1,5 < N < 5 и на возмущения, вызываемые погружением в него протяженного тела (с 0,1< < 0,65). Установлены закономерности изменения отношения (структурный эффект) и (гидродинамический эффект) в зависимости от конструктивных параметров аппарата и режимных характеристик слоя. Разработана гидродинамическая модель псевдоожиженной среды, в которой впервые получено условие сохранения суммарного потока ожижающего агента (балансовое уравнение распределения потоков газа) в псевдоожиженном слое при погружении в него протяженного тела, необходимое для практического использования техники псевдоожижения. 4 Получено выражение для определения оптимального значения коэффициента эффективности псевдоожиженной среды , позволяющее решить задачи масштабного перехода при создании промышленных аппаратов. 5 Установлен единый механизм переноса теплоты для псевдоожиженного и виброгравитационного циркуляционного слоя. Разработана модель переноса теплоты с учетом структурных и гидродинамических эффектов, реализуемых у тела, погруженного в псевдоожиженный (виброгравитационный циркуляционный) слой. В основу модели положено экспериментально определенное влияние пульсаций газа и частоты смены частиц (обусловленных этими эффектами) в пристенной области протя24 женного тела, погруженного в псевдоожиженный слой, на распределение локальных коэффициентов теплоотдачи от этого тела к слою. Разработаны комбинированные способы интенсификации внешнего теплообмена в псевдоожиженных и виброгравитационных циркуляционных средах, которые приводят не только к улучшению условий внешнего теплообмена и выравниванию локальных коэффициентов теплоотдачи по поверхности термообрабатываемых изделий, но и формируют предпосылки для эффективного управления и автоматизации рассматриваемых процессов. 6 Выявлено, что в пристенном слое около перемещающегося в псевдоожиженной среде протяженного тела наблюдаются две части: лобовая с пульсирующей газовой полостью, заполненной частицами, и боковая - с интенсивно движущимся двухфазным потоком. Научно обоснована их роль в процессе переноса теплоты. Показано, что перемещение (включая вращение) протяженного тела в псевдоожиженном слое и интенсифицирует теплоперенос, и улучшает равномерность нагрева по поверхности тела, что повышает качество его термообработки. Влияние скорости перемещения тела на интенсивность переноса тепла особенно значительно при 2,0. На этой основе разработаны и обоснованы новые способы интенсификации теплопереноса при термообработке круглых длинномерных изделий (резиновых рукавов на дорне и стальных труб): за счет вращения вокруг своей оси и одновременном перемещении вокруг оси ванны по замкнутому контуру. 7 Разработан способ закалки протяженных стальных изделий в псевдоожиженном слое, основанный на впрыскивании 60...70 % жидкости на лобовую часть, а остальной - на боковую часть изделия с одновременной подачей гетерогенных струй и использовании газораспределения при профиле «Б». По предлагаемому способу достигается существенно более высокая равномерность свойств по высоте протяженного изделия. При этом среднеквадратичное отклонение твердости и коробление изделия значительно меньше, чем после обработки по известным способам. 8 Доказана эффективность применения принципиально новой среды виброгравитационного циркуляционного слоя для непрерывной вулканизации длинномерных и штучных резиновых изделий и сушки дисперсных материалов. 9 Научно обоснованные конструктивно-технологические схемы, разработанные методы расчета процессов и усовершенствования оборудования для непрерывной термообработки изделий в псевдоожиженных и циркуляционных средах, позволяющие улучшить качество термообрабатываемых изделий, снизить габариты и металлоемкость оборудования при осуществлении непрерывных процессов вулканизации, сушки и закалки, получили широкое внедрение в практику. Суммарный экономический эффект от внедрения этих разработок, новизна которых подтверждена 16 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения, составляет 62,685 млн. рублей (в ценах 2002 г.). 25 ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Основные материалы, отражающие результаты диссертационной работы, изложены в публикациях: 1 Нагорнов С.А Управление процессами переноса теплоты в неоднородных псевдоожиженных и виброциркуляционных средах / С.А. Нагорнов. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2002. - 101 с. 2 Мищенко СВ. Управление процессами переноса теплоты движением тел в неоднородных псевдоожиженных средах / С.В. Мищенко, С.А. Нагорнов. — Тамбов: ВИИТиН, 2003. - 43 с. 3 Мищенко СВ. Управление процессами переноса теплоты в неоднородных псевдоожиженных средах / СВ. Мищенко, С.А. Нагорнов. — Тамбов: ВИИТиН, 2003. - 62 с. 4 Мищенко СВ. Управление процессами переноса теплоты в циркуляционном слое / СВ. Мищенко, С.А. Нагорнов. - Тамбов: ВИИТиН, 2003. - 57 с. 5 Некоторые особенности гидродинамики и внешнего теплообмена в псевдоожиженном слое / Н.Б. Кондуков, Л.И. Френкель, С.А. Нагорнов, Н.Я. Романенко, В.П. Таров // Доклады АН СССР. - 1975. - Т. 224. - № 5. - С. 1138 - 1140. 6 Влияние на гидродинамику и внешний теплообмен погруженного в псевдоожиженный слой тела / Л.И. Френкель, С.А Нагорнов, Н.Я. Романенко, В.П. Таров, Н.Б. Кондуков // Теоретические основы химической технологии. 1978.-Т. 1 2 . - № 6 . - С . 920-923. 7 Nagornov S.A. Fluidized bed heat exchange with a submerged heated surface / S.A Nagornov, G.G. Serebrennikov // Heat Transfer Sov.Rec. - 1986. - Vol.18. - № 2. P. 81-84. 26 8 Особенности термической обработки длинномерных стальных деталей в кипящем слое / Б.В. Панков, С.А. Нагорнов, С.Н. Кузьмин, И.А. Черепенников // Металловедение и термообработка металлов. - 1990. ~№ 11. - С. 16-19. 9 Нагорнов С.А. К расчету относительного расширения кипящего слоя с погруженным в него вертикальным телом / С.А. Нагорнов, И.М. Цырульников // Хим. и нефтяное машиностроение. - 1991. - № 7. - С. 1 0 - 1 1 . 10 Three-Phase fluidized bed for quenching steel parts / B.V. Pankov, S.A. Nagornov, S.N. Kuzmin, LA. Cherepennikov // Heat Transfer Research. - 1993. - Vol. 25. № 8 . - P . 925-929. 11 Нагорнов С.А. О некоторых закономерностях гидродинамики неоднородного псевдоожиженного слоя с погруженным в него протяженным телом / С.А. Нагорнов, В.П. Таров // Вестник ТГТУ. - 1995. - Т. 1. - № 1 - 2. С. 106-112. 12 Толчеев Г.Г. Автоматическая обработка длинномерных изделий в непрерывных вулканизаторах с псевдоожиженным слоем / Г.Г. Толчеев, С.А. Нагорнов, В.П. Таров // Вестник ТГТУ. - 1995. - ТЛ. - № 3 - 4. - С. 289 - 295. 13 Цырульников И.М. Расчет коэффициентов теплоотдачи в вулканизаторах с кипящим слоем / И.М. Цырульников, С.А. Нагорнов // Хим. и нефтегазовое машиностроение. - 1999. - № 1. - С. 12 - 13. 14 Tsyruinikov I.M. Calculation of coefficients of convective heat transfer in fluid-bed vulcanizers / I.M. Tsyruinikov, S.A. Nagornov // Chem. and Petroleum Eng. 1999.-Vol. 3 5 . - № 1 - 2 . - P . 16-19. 15 Оценка эффективности неравномерного газораспределения в вулканизаторах с псевдоожиженным слоем / Ю.А. Буевич, И.М. Цырульников, С.А. Нагорнов, Б.В. Панков // Исследование и разработка оборудования для непрерывных процессов переработки полимерных материалов в изделия: Сб. науч. тр. / ВНИИрезинотехнического машиностроения. - Тамбов: ВНИИРТмаш, 1983. - С. 35 - 38. 16 Нагорнов С.А. Влияние деформации профиля скорости воздуха в основании псевдоожиженного слоя на теплообмен с погруженной в слой поверхностью нагрева / С.А. Нагорнов, Г.Г. Серебренников // Теплообмен и теплофизические свойства веществ: Сб. науч. тр. / Ин-т технич. теплофизики АН УССР. - Киев, 1984.-С. 95-100. 17 Королев В.Н. Экспериментальное исследование организованных псевдоожиженных систем магнитометрическим методом / В.Н. Королев, С.А. Нагорнов, И.М. Цырульников // Физико-химическая гидродинамика: Сб. науч. тр. / УрГУ им. A.M. Горького. - Свердловск, 1986. - С. 60 - 65. 18 Нагорнов С.А. О взаимосвязи внешнего теплообмена с пульсационными значениями параметров в неоднородном псевдоожиженном слое / С.А. Нагорнов, И.М. Цырульников, Б.В. Панков // Физ.-хим. гидродинамика: Сб. науч. тр. / УрГУ им. А.М. Горького. - Свердловск: Изд. УрГУ, 1988. - С. 92 - 98. 19 Нагорнов С.А. Особенности интенсификации внешнего теплообмена в вулканизаторах с неоднородным псевдоожиженным слоем / С.А. Нагорнов, И.М. Цырульников // Новое высокопроизводительное оборудование для полимерной и бумагоделательной промышленности: Сб. науч.тр. / ВНИИ резинотехнического машиностроения. - Тамбов: ВНИИРТмаш, 1989. - С. 101-104. 20 Цырульников И.М. К методике расчета коэффициентов теплоотдачи при нестационарном теплообмене в вулканизаторах с кипящим слоем / И.М. Цырульни- 27 ков, С.А. Нагорнов // Новое высокопроизводительное оборудование для полимерной и бумагоделательной промышленности: Сб. науч.тр. / ВНИИ резинотехнического машиностроения. - Тамбов, ВНИИРТмаш, 1989. - С. 96 - 100. 21 Нагорнов С.А. К расчету основных закономерностей гидродинамики при конструировании вулканизаторов с псевдоожиженным слоем / С.А. Нагорнов, И.М. Цырульников // Современные тенденции конструирования отечественного полимерного и бумагоделательного оборудования: Сб. науч.тр. / ВНИИ резинотехнического машиностроения. - Тамбов: ВНИИРТмаш, 1990. - С. 35 - 38. 22 Нагорнов С.А. Влияние скорости движения изделия на интенсивность теплообмена в вулканизаторах с кипящим слоем / С.А. Нагорнов, И.М. Цырульников // Современные тенденции конструирования отечественного полимерного и бумагоделательного оборудования: Сб. науч.тр. / ВНИИ резинотехнического машиностроения. - Тамбов: ВНИИРТмаш, 1990. - С. 89 - 92. 23 Нагорнов С.А. Особенности расширения псевдоожиженного слоя при интенсивном процессе термообработки сыпучего материала / С.А. Нагорнов, В.П. Таров // Интенсивная механическая технология сыпучих материалов: Межвуз. сб. науч. тр. /Ивановский хим.-технологич. ин-т. - Иваново, 1990. - С . 123 - 126. 24 Нагорнов С.А. О кондуктивной составляющей внешнего теплообмена в неоднородном псевдоожиженном слое / С.А. Нагорнов, И.М. Цырульников // Исследование и разработка оборудования для полимерного и бумагоделательного производств: Сб. науч. тр. / ВНИИ резинотехнического машиностроения. - Тамбов: ВНИИРТмаш, 1991. - С. 86 - 91. 25 Нагорнов С.А. Методология управления процессами тепло- и массообмена в псевдоожиженных средах / С.А. Нагорнов, B.C. Замбржицкий, В.Н. Королев // Эффективная энергетика: Сб. науч. тр. / УГТУ-УПИ. - Екатеринбург, 2000. С. 130-132. 26 Способы интенсификации процесса внешнего теплообмена в псевдоожиженном слое / В.Н. Королев, С.А. Нагорнов, А.В. Островская, И.А. Осинцев // Теоретические основы теплотехники: Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. В.П. Семенова, Г.П. Ясникова, Н.И. Платонова. - Магнитогорск: МаГУ, 2000. - С. 9 6 - 102. 27 Нагорнов С.А. Об интенсификации процесса сушки зерна / С.А. Нагорнов, О.А. Клейменов, Д.О. Матвеев // Технологическое и техническое обеспечение производства продукции растениеводства: Научные труды / ВИМ. - М, 2002. — Т. 141 — 4 . 2 . - С . 157-163. 28 Нагорнов С.А. Выбор методов исследования интенсификации процесса сушки зерна в аппаратах виброциркуляционного слоя / С.А. Нагорнов, О.А. Клейменов, Д.О. Матвеев // Технологическое и техническое обеспечение производства продукции растениеводства: Научные труды / ВИМ. - М, 2002. - Т. 141 - Ч. 2. С. 163-171. 29 Нагорнов С.А. Перспективы внедрения котлов с топками циркуляционного слоя / С.А. Нагорнов // Методы и средства повышения эффективности использования техники в животноводстве: Сб. науч. тр. / ГНУ ВИИТиН. — Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2003. - Вып. 3. - Т. 1. - С. 24 -.30. 30 Нагорнов С.А. Эффекты, развивающиеся при сушке зерновок в виброциркуляционных средах / С.А. Нагорнов, О,А. Клейменов, Д.О. Матвеев // Методы и средства повышения эффективности использования техники в животноводстве: Сб. науч. тр. / ГНУ ВИИТиН. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2003. - Вып. 3. - Т . 1. - С. 43 - 49. 28 31 Нагорнов С.А. Управление теплопереносом в виброциркуляционных аппаратах / С.А. Нагорнов // Методы и средства повышения эффективности использования техники в животноводстве: Сб. науч. тр. / ГНУ ВИИТиН. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2003. - Вып. 3. - Т. I. - С. 50 - 54. 32 Нагорнов С.А. Теплообмен в аппаратах виброциркуляционного слоя / С.А. Нагорнов, О.А. Клейменов, Д.О. Матвеев // Методы и средства повышения эффективности использования техники в животноводстве: Сб. науч. тр. / ГНУ ВИИТиН. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2003. - Вып. 3. - Т. 1. - С. 55 - 61. 33 Нагорнов С.А. Управление массопереносом в виброциркуляционных аппаратах / С.А. Нагорнов // Методы и средства повышения эффективности использования техники в животноводстве: Сб. науч. тр. / ГНУ ВИИТиН. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2003. - Вып. 3. - Т. 1. - С. 62 - 66. 34 Методика исследования тепломассообмена в аппаратах виброциркуляционного слоя при сушке зерновых культур / С.А. Нагорнов, О.А. Клейменов, Д.О. Матвеев, В.М. Дмитриев // Методы и средства повышения эффективности использования техники в животноводстве: Сб. науч. тр. / ГНУ ВИИТиН. - Тамбов, 2003. - Вып. 3. - Т. 1. - С. 67 - 76. 35 Исследование гидродинамики и теплообмена между псевдоожиженным слоем и погруженной в него поверхностью / Н.Б. Кондуков, Л.И. Френкель, С.А. Нагорнов, Н.Я. Романенко, В.П. Таров // Основные направления научноисследовательских работ по аппаратурному оформлению электротермических и высокотемпературных процессов химических производств в 10-й пятилетке «ТЕРМИЯ-75»: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. совещания (г. Ленинград, 1975). Ленинград, 1975.-С. 107-111. 36 О влиянии различных факторов на внешний теплообмен в псевдоожиженном слое / Л.И. Френкель, Н.Б. Кондуков, Ю.А. Буевич, В.П. Таров, С.А. Нагорнов и др. // Тепломассообмен-VI. - Минск, 1980. - Т. VI. - Ч. 1. - С. 58 - 61. 37 Нагорнов С.А. Оптимальные условия внешнего теплообмена в аппаратах с псевдоожиженным слоем / С.А. Нагорнов, М.Б. Клиот // Тез. докл. 3-й Всесоюз. конф. молодых исследователей и конструкторов хим. машиностроения. — М.: ЦИНТИХИМНефтемаш, 1981. - С. 43-44. 38 Нагорнов С.А. Особенности размещения вертикального теплообменника в аппарате с псевдоожиженным слоем / С.А. Нагорнов, Г.Г. Серебренников // Эффективность тепло- и массообменных аппаратов и реакторов: Материалы 2-го Всесоюз. науч.-техн. совещания (г. Сумы, 1982). Сумы, 1982. - 4.2. - С. 131 -132. 39 Нагорнов С.А. Исследование расширения псевдоожиженного слоя с погруженным телом / С.А. Нагорнов, В.П. Таров // Современные машины и аппараты химических производств «ХИМТЕХНИКА-83»: Тез. докл. 3-й Всесоюз. науч. конф. Ч. 1. Грануляторы. Кристаллизаторы. Аппараты с псевдоожиженным слоем. Ташкент, 1983. - С. 96 - 98. 40 Нагорнов С.А. Определение скорости и расхода воздуха вблизи тел, погруженных в псевдоожиженный слой / С.А. Нагорнов, Б.В. Панков, Г.Г. Серебренников // Современные машины и аппараты химических производств «ХИМТЕХНИКА-83»: Тез. докл. 3-й Всесоюз. науч. конф. Ч. 1. Грануляторы. Кристаллизаторы. Аппараты с псевдоожиженным слоем. - Ташкент, 1983. - С. 101-103. 41 Нагорнов С.А. Расчет гидродинамических параметров псевдоожиженного слоя в присутствии погруженных тел / С.А. Нагорнов, Б.В. Панков, Г.Г. Сереб29 ренников // Тез. докл. 2-й Всесоюз. науч.-техн. конф. по гидромеханическим процессам разделения неоднородных смесей (г. Курган, 1983). - М., 1983. - С. 67. 42 Нагорнов С.А. К вопросу об интенсификации внешнего теплообмена в неоднородном псевдоожиженном слое / С.А. Нагорнов, И.М. Цырульников, Б.В. Панков // Тепломассообмен-VII: Материалы VII Всесоюз. конф. по тепломассообмену. Т. V. Теплообмен в реологических и дисперсных системах. Ч. 1. Тепломассообмен в дисперсных системах. - Минск: ИТМО им. А.В. Лыкова, 1984. — С. 87 — 92. 43 Кузьмин С.Н. Интенсификация процесса теплопереноса в аппаратах с псевдоожиженным слоем / С.Н. Кузьмин, Г.Г. Толчеев, С.А. Нагорнов // Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов хим. производств «ПАХТ-85»: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. - Харьков, 1985. - Ч. V. — С. 48 - 50. 44 О взаимосвязи внешнего теплообмена с пульсационными параметрами неоднородного псевдоожиженного слоя / Н.И. Сыромятников, В.Н. Королев, С.А. Нагорнов, Б.В. Панков // Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов хим. производств «ПАХТ-85»: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. (г. Харьков, 1985). - Харьков, 1985. - Ч. 2. - С. 28. 45 Нагорнов С.А. Расчет процессов переноса в аппаратах с псевдоожиженным слоем при производстве полимерных материалов / С.А. Нагорнов, Г.Г. Толчеев // Процессы и аппараты производства полимерных материалов, методы и оборудование для переработки их в изделия: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. (г. Москва, 1986). - М., 1986. - Т. 2. - С. 112. 46 Предпосылки роботизации технологических процессов, использующих кипящий слой / С.А. Нагорнов, Б.В. Панков, С.Н. Кузьмин, Г.Г. Серебренников // Автоматизация и роботизация в хим. промышленности: Краткие тез. докл. к Всесоюз. науч. конф. (г. Тамбов, 1986). — Тамбов, 1986. — С. 60 — 61. 47 Использование трехфазного кипящего слоя для закалки стальных изделий / Б.В. Панков, С.А. Нагорнов, С.Н, Кузьмин, И.А. Черепенников // Тепломассообмен ММФ-92: 2-й Минский междунар. форум, (г. Минск, 1992). Т. 5. Тепломассообмен в дисперсных системах. — Минск: АНК «ИТМО им. А.В. Лыкова», 1992.-С. 5 2 - 5 5 . 48 Теплообмен вертикально движущейся в псевдоожиженном слое поверхности / В.Н. Королев, С.А. Нагорнов, А.В. Островская, Н.Н. Шмакова // Труды 2-й Российской национ. конф. по теплообмену. Т. 5. Двухфазные течения. Дисперсные потоки и пористые среды. - М.: Изд-во МЭИ, 1998. - С. 212 - 214. 49 Нагорнов С.А. Использование аппаратов виброциркуляционного слоя в сельскохозяйственном производстве / С.А. Нагорнов // Энергосбережение в сельском хоз-ве: Труды 2-й Междунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. - М.: ВИЭСХ, 2000. С. 182-185. 50 Нагорнов С.А. Использование виброциркуляционного слоя в сельскохозяйственном производстве / С.А. Нагорнов // Машинные технологии и новая сельскохозяйственная техника для условий Евро-Северо-Востока России: Материалы II Междунар. науч.-практ. конф.: В 3-х т. - Киров, 2000. - Т. 2. — С. 89 - 92. 51 Влияние размера и формы движущихся в псевдоожиженном слое тел на интенсивность теплообмена / С.А. Нагорнов, И.А. Осинцев, А.В.Островская, В.Н. Королев // Тепломассообмен ММФ-2000: Тр. IV Минского междунар. форума. Т. 6. Теплообмен в дисперсных системах. - Минск: АНК «Ин-т тепло- и массооб- мена им. А.В. Лыкова» НАНБ, 2000. - С. 161 - 164. 30 52 Скорость газовой фазы псевдоожиженного слоя при размещении в нем протяженного по высоте тела / С.А. Нагорнов, B.C. Замбржицкий, В.В. Мамаев, В.Н. Королев // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. / Урал. гос. лесотехн. акад. Екатеринбург, 2001.-С. 188. 53 Внешний теплообмен псевдоожиженной среды в аппарате кольцевого поперечного сечения / B.C. Замбржицкий, А.В. Лун-Фу, С.А. Нагорнов, В.Н. Королев // Труды 3-й Российской национ. конф. по теплообмену. Т. 5. Двухфазные течения. Дисперсные потоки и пористые среды. - М: Изд-во МЭИ, 2002. - С. 221 -222. 54 Нагорнов С.А. Использование аппаратов циркуляционного слоя в животноводстве / С.А. Нагорнов // Проблемы использования техники в животноводстве: Сб. тр. научно-практ. совещания-семинара. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2003. Вып. 4 . - Т . 2 . - С . 4 4 - 5 3 . 55 Нагорнов С.А. Перспективы внедрения котлов с топками циркуляционного слоя в животноводстве / С.А. Нагорнов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: Труды 4-й Междунар. науч.-техн. конф. (г. Москва, ГНУ ВИЭСХ). Ч. 3. Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. - С. 349 - 353. 56 Нагорнов С.А. Перспективы внедрения аппаратов газоциркуляционного слоя в животноводстве / С.А. Нагорнов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: Труды 4-й Междунар. науч.-техн. конф. (г. Москва, ГНУ ВИЭСХ). Ч. 3. Энергосберегающие технологии в животноводстве и стационарной энергетике. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. - С. 364 - 369. Новизна предложенных технических решений подтверждена авторскими свидетельствами и патентами на изобретения: 57 А. с. 865901 RU, С 12 М 1/00. Устройство для дезинтеграции клеток микроорганизмов / В.В. Константинов, С.А. Нагорнов, В.П. Таров (Тамбовский ин-т хим. машиностроения). - № 2855360/28-13; Заявл. 20.12.1979 // Бюл. изобрет е н и й . - 1 9 8 1 . - № 3 5 . - С . 111. 58 А. с. 1027048 RU, В 29 Н 5/28. Устройство для вулканизации резиновых изделий в псевдоожиженном слое / С.А. Нагорнов, И.В. Поляков (ВНИИ резинотехнического машиностроения). - № 3406919/23-05; Заявл. 15.03.1983 // Бюл. изобретений. - 1983. - № 25. - С. 66. 59 А. с. 1095981 RU, В 01 J 8/24. Аппарат с псевдоожиженным слоем / С.А. Нагорнов, И.В. Поляков (ВНИИ резинотехнического машиностроения). - № 3480936/23-26; Заявл. 08.07.1982 // Бюл. изобретений. -1984. -№ 21. - С. 21. 60 А. с. 1098821 RU, В 29 Н 5/28. Устройство для непрерывной вулканизации длинномерных изделий / С.А. Нагорнов, И.В. Поляков (ВНИИ резинотехнического машиностроения). - № 3595128/23-05; Заявл. 24.05.1983 // Бюл. изобретений. 1 9 8 4 . - № 2 3 . - С . 62. 61 А. с. 1143607 RU, В 29 D 23/22. Устройство для перемещения дорнов / И.В. Поляков, С.А. Нагорнов, И.А. Кашников (ВНИИ резинотехнического машиностроения). - № 3530867/23-05; Заявл. 12.10.1982 // Бюл. изобретений. - 1985. № 9. - С. 64. 62 А. с. 1162617 RU, В 29 С 35/00. Устройство для непрерывной вулканизации длинномерных изделий / С.А. Нагорнов, Г.Г. Толчеев (ВНИИ резинотехниче- 31 ского машиностроения). -№ 3649037/23-05; Заявл. 05.10.1983 // Бюл. изобретений. 1985.-№23.-С. 49. 63 А. с. 1381001 RU, В 29 D 23/22, В 29 С 33/46. Устройство для съема трубчатых изделий с дорнов / Г.Г. Толчеев, С.А. Нагорнов (ВНИИ резинотехнического машиностроения). - № 4040212/23-05; Заявл. 24.03.1986 // Бюл. изобретений. - 1988. - № 10. - С. 74. 64 А. с. 1437238 RU, В 29 С 35/02, 71/02. Устройство для термообработки цилиндрических полимерных изделий / С.А. Нагорнов, Г.Г. Толчеев, В.Н. Королев, Сыромятников Н.И. (Тамбовское НПО «Тамбовполимермаш»). - № 4157818/23-05; Заявл. 08.12.1986//Бюл. изобретений.- 1 9 8 8 . - № 4 2 . - С . 72. 65 А. с. 1446172 RU, С 21 D 1/60. Способ закалки стальных изделий / Б.В. Панков, С.А. Нагорнов, С.Н. Кузьмин, И.А. Черепенников (Тамбовский ин-т хим. машиностроения). - № 4101548/23-02; Заявл. 20.05.1986 // Бюл. изобретений. - 1988. № 4 7 . - С . 124. 66 А. с. 1453787 RU, В 29 С 35/06. Устройство для термообработки длинномерных резиновых изделий / С.А. Нагорнов, И.В. Поляков, И.А. Кашников (Тамбовское НПО «Тамбовполимермаш»). - № 4238574/23-05; Заявл. 04.05.1987 // Бюл. изобретений. - 198 9. - № 3. - С. 273. 67 ' А. с. 1545438 RU, В 29 С 35/06. Устройство для термообработки резиновых изделий / С.А. Нагорнов, И.В. Поляков, И.А. Кашников (Тамбовское НПО «Тамбовполимермаш»). - № 4455204/23-05; Заявл. 05.07.1988 // Бюл. изобретений. 1990.-№ 7.-С.249. 68 А. с. 1709675 RU, В 29 С 35/06. Устройство для непрерывной термообработки длинномерных резиновых изделий / С.А. Нагорнов, И.В. Поляков, И.А. Кашников (ВНИИ резинотехнического машиностроения). - № 4804194/05; Заявл. 20.03.1990//Бюл.изобретений.-1992.-№ 4.-С.251. 69 А. с. 1748384 RU, В 29 С 35/06. Устройство для термообработки резиновых изделий / С.А. Нагорнов, И.В. Поляков, И.А. Кашников (ВНИИ резинотехнического машиностроения). - № 4872744/05; Заявл. 08.10.1990 // Бюл. изобретений. 1992.-№ 2 6 . - С . 229. 70 Пат, 2127422 RU, С1 6G 01 F 11/00. Дозатор / Н.П. Тишанинов, А.А. Амельянц, С.А. Нагорнов (ВИИТиН). - № 97113554; Заявл. 22.07.1997 // Бюл. изобретений. - 1999.-№ 7. - С. 487. 71 Пат. 2215252 RU, 7 F 26 В 17/10. Установка для сушки сыпучих материалов, паст и суспензий / С.А. Нагорнов, О.А. Клейменов, Д.О. Матвеев (ГНУ ВИИТиН). - № 2002108994/06; Заявл. 08.04.2002 // Бюл. изобретений. - 2003. № 3 0 . - С . 463. 72 Пат. 2215958 RU, 7 F 26 В 17/26. Устройство для непрерывной сушки сыпучих материалов в виброциркуляционном слое / С.А. Нагорнов, О.А. Клейменов, Д.О. Матвеев (ГНУ ВИИТиН). - № 2002108995/06; Заявл. 08.04.2002 // Бюл. изобретений. - 2003. - № 31. - С. 559. 32 Подписано к печати 24.09.2004 Гарнитура Times New Roman. Формат 60 х 84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем: 1,86 усл. печ. л.; 1,8 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. С. 641 Издательско-полиграфический центр ТГТУ 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14
