Главная
Новости
Статьи
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения




18.01.2022


17.01.2022


17.01.2022


16.01.2022


15.01.2022


15.01.2022


13.01.2022





Яндекс.Метрика

Определение коэффициентов переноса массы вещества в процессе обжига

05.03.2016

Так как процесс обжига золокерамических материалов связан с переносами тепла и массы вещества, то, следовательно, для более полного расчета режима термообработки необходимо знать условия перемещения массы в обжигаемом изделии.
Коэффициенты переноса массы вещества (коэффициенты массообмена αm и потенциалопроводности связанного вещества аm) можно определить по кривой кинетики массосодержания, а также по кривым кинетики нагрева тела.
В первом случае расчет производят по следующему методу. Известно, что в стадии регулярного режима кривая кинетики массосодержания (изменение массосодержания тела в зависимости от времени нагрева) описывается простой экспонентой:
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

В этом случае скорость массопотери связанного вещества или убыль массы в единицу времени будет прямопропорциональна среднему массосодержанию тела, т. е. будет равна
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

где u — среднее массосодержание тела; τ — время; μ1 — первый корень характеристического уравнения; R — определяющий размер тела.
Для модельных образцов (неограниченный цилиндр и пластина) μ1 может быть найдено по следующему приближенному уравнению:
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

где Bim=αmR/am — массообменный критерий БиО; П — постоянное число, для пластины равно 1, для цилиндра — 1/2; μ1∞ — первый корень характеристического уравнения при Bim→∞ для образцов цилиндрической формы равен 2,405, для пластины — 1,57.
Рассмотрим обжиг модельного образца в форме неограниченного цилиндра (l≥2d). В этом случае μ1, согласно уравнению (4.37), может быть найдено по следующему приближенному соотношению:
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

С другой стороны, скорость массопотери связанного вещества численно равна тангенсу угла наклона кривой кинетики массосодержания
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

Из уравнений (4,36, 4.38) получим
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

Пользуясь этой формулой, можно определить коэффициенты переноса массы вещества аm и αm, если известны значения tgφ и u для двух образцов различного радиуса, обожженных в одинаковых условиях.
Написав уравнение (4.40) для двух образцов различных радиусов, мы получаем систему двух уравнений, решение которых дает нам расчетные формулы соответственно для коэффициента потенциалопроводности связанного вещества
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

и коэффициента массообмена
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

Путем интегрирования уравнения (4.36) можно получить простое расчетное соотношение, из которого определяют коэффициент потенциалопроводности связанного вещества и маcсообмена для случая, когда критерий Bim→∞
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

и в окончательном виде
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

учитывая, что при Bim→∞ для цилиндра μ1 = μ1∞ = 2,405, из уравнений (4.40) и (4.43) получаем формулы для определения коэффициентов переноса вещества аm и αm:
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

Для определения аm и αm по формулам (4.44) и (4.45) достаточно использовать экспериментальный материал — кривые кинетики массообмена.
Как показали результаты работ и наши эксперименты, вышеприведенные формулы (4.44) и (4.45) могут быть с успехом применены при изучении процесса массообмена при обжиге образцов из различных глин, так как при обжиге глиняных образцов различного диаметра при одинаковых условиях они между собой будут отличаться по изменению массосодержания (скорости массопотери связанного вещества) в процессе нагрева, а конечное их относительное количество (массосодержание) потерянной массы будет одинаковым.
При обжиге же зольных и зологлиняных образцов механизм массообмена имеет некоторую особенность, обусловленную горением углерода в теле образца. Рассмотрим этот случай более подробно.
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

Так как зола ТЭС является силикатным сырьем, уже прошедшим высокотемпературную обработку, то потеря массы в зологлиняных образцах с малым содержанием глины в процессе обжига практически связана с выгоранием углерода коксового остатка, содержащегося в золе. Как отмечено выше, нами экспериментально установлено, что горение углерода в теле образца имеет зональный характер. Зона горения по мере доступа кислорода постепенно углубляется внутрь тела примерно по закону параболы и его скорость находится в обратной зависимости от толщины образцов. В связи с этим при обжиге зологлиняных, образцов различного диаметра в одинаковых условиях потеря массы, т. е. кажущееся относительное массосодержание связанного вещества (углерода), будет различно. В этом случае, на наш взгляд, для определения коэффициента потенциалопроводности связанного вещества удобно применить расчетную формулу, полученную А.В. Ралко для случая зонального углубления химических реакций в толщу тела. Согласно этой теории, механизм перемещения зоны горения в первом приближении можно принять аналогичным механизму углубления поверхности испарения при сушке влажных твердых тел. Схематически этот процесс изображен на рис. 33 применительно к неограниченной пластине толщиной 2R.
При этом концентрация связанного вещества на поверхности пластины принимается равной нулю, т. е. ω(R, τ)=0.
Обозначив расстояние нижней поверхности слоя горения от поверхности пластины через l, a кoэффициент потенциалопроводности связанного вещества через аm, можно написать
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

При этом в качестве приближения принимаем, что уменьшение концентрации ω(х, τ) в зоне горения происходит по закону прямой линии. Из соотношения (4.46) получаем
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

т. е. углубление поверхности слоя горения описывается законом параболы, что подтверждается экспериментально.
Визуальное изучение в поперечном разрезе показало, что золокерамические образцы на различных стадиях обжига-имеют три ярко выраженные зоны, различающиеся по окраске: центральная часть образца, где еще не произошло выгорание углерода, имеет черный цвет, вокруг нее наблюдается переходная зона светло-серого цвета, а наружная часть образца, где произошло полное выгорание углерода, окрашена в светло-коричневый цвет.
Это позволило нам проследить за механизмом углубления зоны горения на различных стадиях обжига (l) и из формулы (4.47) определить аm:
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

С другой стороны, из формул (4.46) и (4,47) имеем
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

При точном решении задачи диффузии связанного вещества в капилляропористом теле получаем аналогичную формулу, но с другим числовым коэффициентом:
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

Используя данные кривой кинетики обжига зологлиняных образцов, по уравнениям (4.49) и (4,50) также можно вычислить коэффициент потенциалопроводности связанного вещества:
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

Близкое совпадение величины аm, полученных по формулам (4.48), (4.51) и (4.52), должно подтвердить экспериментально установленный механизм постепенного углубления зоны горения в золокерамическом материале.
Таким образом, зная коэффициент потенциалопроводности и коэффициент массообмена золокерамических образцов, можно определить критерий подобия Фурье и Био для массопереноса
Определение коэффициентов переноса  массы вещества в процессе обжига

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: