Материал: Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура

где n — число элементарных площадок на поверхности F.

Аналогичным способом получены выражения для определения локального углового коэффициента излучения линейного источника на поверхность элементарной площадки, расположенной на произвольных плоскостях.

Энергетические установки с вихревыми топочными устройствами, применяемые при теплоснабжении зданий и сооружений, позволят добиться равномерного распределения температуры в топках котлов и тем самым увеличить период их эксплуатации.

Выводы

1.Наличие в топочной камере вращательных скоростей уменьшает расходную составляющую вектора абсолютной скорости, что приводит к увеличению времени пребывания горячих газов в топочной камере и уменьшению потерь теплоты как с химическим, так и с механическим недожогом.

2.Использование вихревых топок позволит повысить интенсивность теплопереноса, а также увеличить долговечность котла за счет обеспечения равномерного распределения температуры в пределах топки и снизить капитальные и эксплуатационные затраты.

3.На основании проведенных аналитических исследований получены уравнения для определения локальных угловых коэффициентов излучения линейного источника на элементарную площадку при нахождении ее на горизонтальных, вертикальных, наклонных поверхностях теплообмена. Полученные аналитические выражения дополняют известные данные по угловым коэффициентам излучения и значительно расширяют возможности расчета теплообмена излучением в вихревых топках котлов.

Библиографический список

1. Бабич, А. С. Разработка алгоритма оптимизации расхода топлива источником теплоты / А. С. Бабич, М. А. Кирнова, К. Н. Сотникова // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. —

2009. — № 1. — С. 125—131.

2. Макаров, А. Н. Теория и практика теплообмена в электродуговых и факельных печах, топках, камерах сгорания: в 2 ч. Ч. 2. Теплообмен в факельных печах, топках, камерах сгорания / А. Н. Макаров. —

К. Н. Сотникова, А. В. Муратов // Вестник Воронежского государственного технического университета. —

2008. —№ 12. — С. 48—50.

5.Сотникова, К. Н. Моделирование гибридной экспертной системы для проектирования зданий «зеленого строительства» / К. Н. Сотникова, Н. В. Колосова, Р. А. Драпалюк // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. — 2012. — № 2. — С. 105—113.

6.Сотникова, К. Н. Повышение эффективности энергоснабжения потребителей в системах с нетрадиционными источниками теплоты / К. Н. Сотникова // Вестник Воронежского государственного технического университета. — 2009. — № 4. — С. 66—71.

7.Сотникова, К. Н. Разработка модели синтеза состава традиционных систем теплоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии / К. Н. Сотникова // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2009. — № 3. — С. 25—31.

8.Сотникова, О. А. Обоснование перспективных направлений снижения интенсивности коррозии теплообменных поверхностей котлов теплогенерирующих установок систем теплоснабжения / О. А. Сотникова, С. И. Черенков // Инженерные системы и сооружения. — 2009. — № 1. — С. 99—107.

9.Сотникова, О. А. Расчет экономической эффективности применения конденсационных теплообменных устройств теплогенерирующих установок / О. А. Сотникова, Н. А. Петрикеева // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2008. — № 1. — С. 113—117.

10.Сотникова, О. А. Математическая модель процессов конденсации водяных паров на теплообменных поверхностях/ О. А. Сотникова, Н. А. Петрикеева, В. С. Турбин // Известия Тульского государственного университета. Сер.: Строительство, архитектура и реставрация. — 2006. — № 10. — С. 159.

61

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

11.Сотникова, О. А. Обоснование перспективных направлений снижения интенсивности коррозии теплообменных поверхностей котлов теплогенерирующих установок систем теплоснабжения / О. А. Сотникова, C. И. Черенков // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. — 2009. — № 1. — С. 99—107.

12.Сотникова, О. А. Применение нетрадиционных возобновляемых источников энергии при решении проблем энергоснабжения и экологической безопасности / О. А. Сотникова, Д. М. Чудинов, А. И. Колосов // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. — 2009. — № 1. — С. 80—87.

13.Сотникова, О. А. Экологическая безопасность вентилируемых помещений ресторанных комплексов / О. А. Сотникова, С. Г. Булыгина // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. —

2012. — № 1. — С. 154—163.

14.Турбин, В. С. Разработка математической модели тепломассообмена в напорных теплоутилизаторах / В. С. Турбин, О. А. Сотникова, Н. А. Петрикеева // Вестник Воронежского государственного технического университета. — 2005. — Т. 1, № 6. — С. 79.

15.Эффективность сжигания твердых бытовых отходов в модульных установках систем децентрализованного теплоснабжения / Э. В. Сазонов [и др.] // Известия вузов. Строительство. — 2006. — № 2. — С. 68—73.

16.Durbin, P. A. Separated Flow Computations with K-S-O-Model / P. A. Durbin // AIAA J. — 1995. — Vol. 33, № 4. — P. 659 — 664.

17.Edwards, D. К. Molecular Gas Band Radiation / D. К. Edwards // Advanes in Heat Transfer. — 1976. — Vol. 12. — P. 115 — 193.

18.Hubbard, G. L. Infrared Mean Absorption Coefficients of Luminous Flames and Smoke / G. L. Hubbard, C. L. Tien // J. Heat Transfer. — 1978. — Vol. 100. — P. 235—239.

19.Mengiic, M. P. On the Radiative Properties of Polydispersions: a Simplified Approach / M. P. Mengiic, R. Viscanta // Combast. Sci. and Technol. — 1985. — Vol. 44, № 3, 4. — P. 143—159.

20.Tomeczek, J. Radiation and Burner Geometry in the Mathematical Modeling of a Flat Gaseous Flame / J. Tomeczek, R. Weber // Combast. and Flame. — 1981. — Vol. 41, № 2. — P. 149—156.

S.125—131.

2.Makarov, A. N. Teoriya i praktika teploobmena v elektrodugovykh i fakel'nykh pechakh, topkakh, kamerakh sgoraniya: v 2 ch. Ch. 2. Teploobmen v fakel'nykh pechakh, topkakh, kamerakh sgoraniya / A. N. Makarov. — Tver': TGTU, 2009. — 152 s.

K. N. Sotnikova, A. V. Muratov // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. — 2008. —

№12. — S. 48—50.

5.Sotnikova, K. N. Modelirovanie gibridnoi ekspertnoi sistemy dlya proektirovaniya zdanii «zelenogo stroitel'stva» / K. N. Sotnikova, N. V. Kolosova, R. A. Drapalyuk // Nauchnyi zhurnal. Inzhenernye sistemy i sooruzheniya. — 2012. — № 2. — S. 105—113.

6.Sotnikova, K. N. Povyshenie effektivnosti energosnabzheniya potrebitelei v sistemakh s netraditsionnymi istochnikami teploty / K. N. Sotnikova // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. — 2009. — № 4. — S. 66—71.

7.Sotnikova, K. N. Razrabotka modeli sinteza sostava traditsionnykh sistem teplosnabzheniya s ispol'zovaniem vozobnovlyaemykh istochnikov energii / K. N. Sotnikova // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2009. — № 3. — S. 25—31.

8.Sotnikova, O. A. Obosnovanie perspektivnykh napravlenii snizheniya intensivnosti korrozii

teploobmennykh poverkhnostei kotlov teplogeneriruyushchikh ustanovok sistem teplosnabzheniya / O. A. Sotnikova,

S.I. Cherenkov // Inzhenernye sistemy i sooruzheniya. — 2009. — № 1. — S. 99—107.

9.Sotnikova, O. A. Raschet ekonomicheskoi effektivnosti primeneniya kondensatsionnykh teploobmennykh ustroistv teplogeneriruyushchikh ustanovok / O. A. Sotnikova, N. A. Petrikeeva // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2008. — № 1. — S. 113— 117.

10.Sotnikova, O. A. Matematicheskaya model' protsessov kondensatsii vodyanykh parov na teploobmennykh poverkhnostyakh/ O. A. Sotnikova, N. A. Petrikeeva, V. S. Turbin // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Ser.: Stroitel'stvo, arkhitektura i restavratsiya. — 2006. — № 10. — S. 159.

11.Sotnikova, O. A. Obosnovanie perspektivnykh napravlenii snizheniya intensivnosti korrozii

teploobmennykh poverkhnostei kotlov teplogeneriruyushchikh ustanovok sistem teplosnabzheniya / O. A. Sotnikova, C. I. Cherenkov // Nauchnyi zhurnal. Inzhenernye sistemy i sooruzheniya. — 2009. — № 1. — S. 99—107.

62

12.Sotnikova, O. A. Primenenie netraditsionnykh vozobnovlyaemykh istochnikov energii pri reshenii problem energosnabzheniya i ekologicheskoi bezopasnosti / O. A. Sotnikova, D. M. Chudinov, A. I. Kolosov // Nauchnyi zhurnal. Inzhenernye sistemy i sooruzheniya. — 2009. — № 1. — S. 80—87.

13.Sotnikova, O. A. Ekologicheskaya bezopasnost' ventiliruemykh pomeshchenii restorannykh kompleksov / O. A. Sotnikova, S. G. Bulygina // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2012. — № 1. — S. 154—163.

14. Turbin, V. S. Razrabotka matematicheskoi modeli teplomassoobmena v napornykh teploutilizatorakh / V. S. Turbin, O. A. Sotnikova, N. A. Petrikeeva // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. — 2005. — T. 1, № 6. — S. 79.

15.Effektivnost' szhiganiya tverdykh bytovykh otkhodov v modul'nykh ustanovkakh sistem detsentralizovannogo teplosnabzheniya / E. V. Sazonov [i dr.] // Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. — 2006. — № 2. — S. 68—73.

16.Durbin, P. A. Separated Flow Computations with K-S-O-Model / P. A. Durbin // AIAA J. — 1995. — Vol. 33, № 4. — P. 659 — 664.

17.Edwards, D. K. Molecular Gas Band Radiation / D. K. Edwards // Advanes in Heat Transfer. — 1976. — Vol. 12. — P. 115 — 193.

18.Hubbard, G. L. Infrared Mean Absorption Coefficients of Luminous Flames and Smoke / G. L. Hubbard, C. L. Tien // J. Heat Transfer. — 1978. — Vol. 100. — P. 235—239.

19.Mengiic, M. P. On the Radiative Properties of Polydispersions: a Simplified Approach / M. P. Mengiic, R. Viscanta // Combast. Sci. and Technol. — 1985. — Vol. 44, № 3, 4. — P. 143—159.

20.Tomeczek, J. Radiation and Burner Geometry in the Mathematical Modeling of a Flat Gaseous Flame / J. Tomeczek, R. Weber // Combast. and Flame. — 1981. — Vol. 41, № 2. — P. 149—156.

RADIATIVE HEAT EXCHANGE IN HEAT GENERATORS

WITH VORTEX FURNACES

O. A. Sotnikova

Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh, tel.: (473) 277-43-39, e-mail: hundred@vgasu.vrn.ru

O. A. Sotnikova, D. Sc. in Engineering,

Prof. of the Dept. of Design of Buildings and Structures Named after N. V. Troitsky

Statement of the problem. Vortex motion of smoke gases in a furnace allows one to achieve a uniform temperature distribution within a furnace. Thus processes of heat transfer grow more intense and the reliability of boiler and longevity increases. Vortex principle of burning of fuel leads to rotational speeds, which reduces the expenditure component of the vector of the absolute velocity of smoke gases in the combustion chamber of boilers. This in turn leads to a reduction in the heat losses from chemical and mechanical underburning due to keeping hot gases in a combustion chamber for longer.

Results. An attempt was made to create a vortex furnace of the boiler and the approximate method of its calculation including radiative heat transfer Established in the combustion chamber rotational speeds reduces the expenditure component of the vector of absolute velocity, which leads to an increase in the residence time of hot gases in the combustion chamber and reduce heat loss as chemical and mechanical underburning.

Conclusions. Analytical studies were performed which enabled us to obtain the equations to determine the local angular radiation coefficients of linear source on an elementary area for its different locations: on a horizontal, vertical and inclined heat transfer surface. The analytical expressions are complementary to the known data on the angular radiation coefficients and significantly enhance the radiative heat transfer calculation in the vortex boiler furnaces. The use of vortex burners will allow one to increase the intensity of heat transfer, and increase the longevity of a boiler by providing a uniform temperature distribution within the furnace and to reduce capital and operating costs.

Keywords: radiative heat transfer, angular coefficient of radiation, heat, boiler, vortex furnace, heat exchange, heat transfer.

63

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

УДК 628.16

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ОПРЕСНЁННОЙ ВОДЫ ДЛЯ ПИТЬЕВЫХ НУЖД (В УСЛОВИЯХ ИРАКА)

З. Аль-Амри, В. И. Щербаков, В. В. Помогаева

Воронежский государственный технический университет

Россия, г. Воронеж, тел.: (473) 2-76-40-10, e-mail: scher@vgasu.vrn.ru

З. Аль-Амри, аспирант, кафедры гидравлики, водоснабжения и водоотведения В. И. Щербаков, д-р техн. наук, проф. кафедры гидравлики, водоснабжения и водоотведения

В. В. Помогаева, канд. техн. наук, доцент кафедры гидравлики, водоснабжения и водоотведения

Постановка задачи. Рассматриваются задачи подготовки некондиционных вод, микроминеральный состав которых отличается от естественного фона питьевой воды, и улучшения качества некондиционированных вод методами термической дистилляции, электродиализа, ионного обмена, обратного осмоса с учетом современных технических достижений и современных санитарногигиенических и экологических критериев.

Результаты. Проведены экспериментальные исследования по оценке эффективности обогащения имитата пермеата II ступени с применением минеральной кислоты и кальций-карбонатной загрузки. Эксперименты по обогащению имитата пермеата Са (НСО3)2 проводились на модели фильтра диаметром 30 мм с загрузкой из гранулированного ракушечника крупностью 0,5—3,0 мм. Подготовка питьевой воды осуществлялась из пермеата II ступени путѐм его фильтрационного обогащения гидрокарбонатом кальция с последующим кондиционированием в соответствии с санитарными требованиями.

Выводы. Определены параметры коррекционной обработки обогащенной гидрокарбонатом кальция опресненной воды по схеме «фторирование + обеззараживание + стабилизация» при различном физико-химическом составе питьевой опресненной воды. Делается вывод о целесообразности подготовки питьевой воды из пермеата II ступени путѐм его фильтрационного обогащения гидрокарбонатом кальция с последующим кондиционированием в соответствии с санитарными требованиями.

Ключевые слова: имитат пермеата, ракушечник, кондиционирование опресненной воды, термическая дистилляция, электродиализ, ионный обмен, метод обратного осмоса, фильтрационное обогащение.

Введение. Приготовление питьевой воды из пермеата морской воды является альтернативой существующей технологии водоподготовки в Ираке на основе промышленного дистиллята опреснительных дистилляционных установок, эксплуатирующихся в ряде приморских городов в районе Персидскего залива [1—11, 16, 22].

Всуществующей практике предусматривается предварительная подготовка морской воды.

Всвязи с наличием в морской воде биологически активного компонента — бора — и отсутствием в настоящее время селективных мембран для его удаления опреснение обычно ведут в две ступени с подщелачиванием пермеата I ступени до рН = 10. Подготовку питьевой воды осуществляют из пермеата II ступени путѐм его фильтрационного обогащения гидрокарбонатом кальция с последующим кондиционированием в соответствии с СанПиН 2.4.1.3049-13.

© Аль-Амри З., Щербаков В. И., Помогаева В. В., 2016

64

1. Цели и задачи экспериментальных исследований. Для решения задач улучшения качества некондиционированных вод проведены эксперименты по оценке эффективности обогащения имитата пермеата II ступени с применением минеральной кислоты и кальцийкарбонатной загрузки [12—16, 19, 20].

Целью экспериментальных исследований являлось:

получение рабочего графика зависимости выходной концентрации кальций-иона от дозы серной кислоты, внесенной в опресненную воду, фильтруемую через загрузку ракушечника;

определение параметров кондиционирования опресненной воды, обогащенной гидрокарбонатом кальция, до питьевого качества в соответствии с СанПиН.

2. Методика проведения экспериментальных исследований. Эксперименты по обо-

гащению имитата пермеата Са (НСО3)2 проводились на модели фильтра из оргстекла с внутренним диаметром 30 мм, где высота слоя загрузки фильтра — гранулированного ракушечника (табл. 1) — 875 мм, крупность загрузки — 0,5—3,0 мм (выделено из дисперсного природного материала с помощью стандартных сит), скорость фильтрования — 7,5 м/час, время контакта в загрузке — 7 мин.

Таблица 1

Характеристика природного ракушечника

Перед экспериментами в динамических условиях загрузку ракушечника взрыхляли обратным током дистиллята с объемным расширением 30—35 % в течение 3—5 мин. В имитаты вносили различные дозы серной кислоты, согласовывая их со значениями экспериментально определенной кислотности среды. После вытеснения объема дистиллята из свободного и межзернового пространства фильтра в процессе фильтрования производили отбор проб фильтрата через каждые 10 мин.

В пробах определяли следующие показатели: рН, щелочность общую Що, жесткость общую Жо, катионы жесткости Жк — кальций, магний, сульфаты, хлориды, сухой остаток.

3. Результаты экспериментальных исследований. Определение параметров коррек-

ционной обработки обогащенной гидрокарбонатом кальция опресненной воды по схеме «фторирование + обеззараживание + стабилизация», а также физико-химического состава питьевой опресненной воды производили расчетным путем [2, 7, 12, 17].

Результаты экспериментальных исследований и расчетные характеристики состава питьевой воды приведены в табл. 2, 3.

65