Моделирование совмещенных процессов термообработки гетерогенных систем, интенсифицированных комбинированным подводом энергии

В настоящее время процессы термообработки гетерогенных систем, совмещенные с измельчением и механоактивацией частиц дисперсной фазы, находят все более щирокое применение в самых различных отраслях промышленности. В химической отрасли тепломассообменные процессы в гетерогенных средах, в том числе осложненные химическими и фазовыми превращениями, такие как измельчение — сушка, измельчение — активация — обжиг, измельчение — активация — сублимация и др., приобретают первостепенное значение. Совмещение термообработки с измельчением и механоактивацией дисперсной фазы позволяет задействовать разные по физической природе механизмы ускорения явлений переноса, как в веществе, так и на границе раздела фаз. Среди этих механизмов, в первую очередь, следует выделить постоянное обновление и увеличение поверхности контакта дисперсной и дисперсионной фазпоявление дополнительных внутренних источников теплоты (стоков массы) — изменение физико-химических свойств вещества. В итоге резко интенсифицируется технологический процесс.

Следует, однако, заметить, что проблема построения теории совмещенных процессов, протекающих в комбинированных аппаратах интенсивного действия, находится на стадии становления. В последние годы появился целый ряд теоретических работ, в которых затронуты вопросы моделирования внутреннего тепломассопереноса в процессах измельчения — с) чпки [1,2, 3], измельчения — активации — обжига [4]. Анализ отдельных результатов успешной практической реализации комбинированных процессов Термообработки показывает, что эти процессы чрезвьшайно перспективны. Их внедрение позволяет существенно увеличить производительность оборудования, уменьшить его габариты, энергои металлоемкость, улучшить экологическую обстановку.

Несмотря на известные успехи в развитии теории и практики совмещенных процессов, теоретические основы данных процессов разработаны явно недостаточно. Это тормозит создание научно обоснованных методов их моделирования, расчета, оптимизации и оптимального проектирования. Дальнейшее ускоренное развитие теоретических основ совмещенных процессов термообработки гетерогенных систем возможно только на базе методологии системного анализа, основным инструментом которого является математическое моделирование.

Основой для моделирования совмещенных процессов термообработки гетерогенных систем является теория тепломассопереноса. Значительный вклад в ее развитие внесли российские научные школы, развивавшиеся.

A. В. Лыковым [5−7], A.M. Кутеповым [8, 9], П. Г. Романковым [10, 11],.

B. Ф. Фроловым [10, 12], В. И. Коноваловым [11, 13], СП. Рудобаштой [14, 15]. Есть определенный успех в развития математического описания процессов термической обработки дисперсных и листовых материалов [1−3,16,17]. Однако до сих пор преобладают так называемые балансовые модели. Численные методы решения задач тепломассопереноса, в особенности осложненных фазовыми или химическими превращениями, достаточно громоздки и трудоемки. На сегодняшний день в литературе отсутствуют модели, построенные на базе аналитических методов тепломассопереноса, адекватно отражающие влияние диспергирования и механоактивации частиц дисперсной фазы на явления тепломассопереноса, сопряженного с фазовым переходом или химическим превращением.

Исследования кинетики совмещенных процессов термообработки дисперсных и листовых материалов с химическими и фазовыми превращениями в твердом веществе, безусловно, требуют привлечения современных аналитических методов решения краевых задач нестационарной теплопроводности, включая краевые задачи в области с движущимися границами.

Процессы диспергирования и механоактивации занимают первую ступень в иерархической структуре различных совмещенных процессах термообработки гетерогенных систем, определяют скорость и глубину химических и фаи т-ч и зовых превращений. В развитие детерминистической теории процессов диспергирования и механоактивации особенно большой вклад внесли отечественные научные школы В. В. Кафарова и И. Н. Дорохова [18, 19], В.Н. Блини-чева [20−22], В. Е. Мизонава [23−25], В. В. Болдырева [26, 27]. Особенно следует выделить большую роль в развитии теории диспергирования научной школы, основанной В. В. Кафаровым. Им совместно с учениками впервые была развита методология системного анализа процессов диспергирования, сформулированы общие подходы к формализации и математическому описанию этих процессов. Анализируя нынешнее состояние проблем теории диспергирования и механоактивации, необходимо отметить, что только феноменологические детерминистические методы формального описания процессов диспергирования не позволяют решить весь комплекс задач перечисленных выше. Это связано с тем, что феноменологический подход не зАитывает вероятностно-статистическую природу самих дисперсных систем. Дальнейшее развитие теоретических основ процесса диспергирования немыслимо без широкого использования методов статистической теории и, прежде всего, стохастической теории марковских процессов. Фундамент стохастической теории процессов диспергирования заложен в работах отечественных ученых Е. А. Непомнящего [28,29], A.A. Александровского [30,31], А. И. Зайцева и Д. О. Бытева [32, 33. Применение методов стохастических марковских процессов и неравновесной статистической механики позволяет разрабатывать содержательные модели кинетики диспергирования, адекватно описывающие физику процессов в аппаратах с различными способами подвода энергии к обрабатываемым системам.

Отметим также, что необходимость дальнейшего развития теоретических основ процессов термообработки, диспергирования и механоактивации гетерогенных систем продиктована бурным развитием компьютерных технологий. Компьютерные технологии открывают новые возможности для создания автоматизированных систем расчета и оптимального проектирования современного оборудования. Для разработки и внедрения компьютерных технологий необходимо сформировать банк простых и удобных в практических расчетах моделей тепломассопереноса, диспергирования и механоактивации, построенных на единой методологический основе с привлечением аналитических методов.

Таким образом, актуальным и имеющим важное практическое значение является дальнейшее развитие единой методологии построения теории явлений переноса в процессах термообработки гетерогенных систем, основанной на фундаментальных принципах системного анализа, аналитических методах теории теплопроводности, теории слзЛайных марковских процессов и ее практического использования с целью создания основ компьютерного информационного банка математических моделей, необходимого для развития информационных технологий проектирования новых ресурсои энергосберегающих процессов и высокоэффективных комбинированных аппаратов многоцелевого назначения.

Диссертационная работа выполнена в Ивановском государственном химико-технологическом университете в соответствии с: координационным планом НИР РАН (направление «Теоретические основы химической технологии» — разделы 2.27.12- 2.27.4.1.7) — постановлением № 68 ГКНТ СССР от 11.03.1987 гпостановлением Правительства РФ № 1414 от 23.11.1996 г.- планами госбюджетных и договорных работ НИР Ивановского государственного химико-технологического университета (1985.2002 гг.).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: развить единую методологию построения теории явлений переноса в процессах термообработки гетерогенных систем, основанную на фундаментальных принципах системно-структурного анализа, аналитических методах теории теплопроводности, теории сл) Лайных марковсьсих процессов и физической кинетикис ее помощью сформулировать и решить задачи теплопроводности шара и пластины с учетом действия внутренних источников теплоты различной физической природы (механической и радиационно-конвективной) при граничных условиях третьего рода, решить ряд сопряженных задач теплопроводности для тел канонической формы (шара и пластины) с внутренними источниками теплоты, движущейся границей фазового перехода или химического превращения (на примере сублимации, сушки, реакции термического разложения), построить и проанализировать стохастические модели диспергирования, адекватно отражающие физику измельчения частиц дисперсной фазы в комбинированных аппаратах ударного действиясоздать основы компьютерного информационного банка перечисленных моделей, необходимого для внедрения гибких систем автоматизированного проектирования новых процессов и оборудованияна базе построенных моделей разработать теоретически обоснованные надежные методы расчета совмещенных процессов термообработки гетерогенных системосуществить расчетно-экспериментальные исследования перспективных совмещенных технологических процессоввыработать рекомендации по внедрению результатов работы в промышленность, в учебный процесс ряда Вузов и в расчетную практику проектных организаций.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1. С помощью развитых в работе аналитических методов теории теплопроводности сформулированы и решены задачи теплопроводности для шара при граничных условиях третьего рода с неравномерным (равномерным) начальным распределением температуры, при постоянной (переменной) температуре среды, с зд1етом действия внутренних источников теплоты, порождаемых импульсным ударным нагружением и потоком лучистой энергии. С помощью численного эксперимента вьивлено интенсифицирующее влияние ударного нагружения и подвода лучистой энергии на прогрев одиночной частицы.

2. На основании анализа найденного аналитического решения задачи теплопроводности пластины при граничном условии третьего рода и с учетом внутренних источников теплоты, порождаемых потоком лучистой энергии, выявлены закономерности переноса теплоты для больших значений критерия Фурье (Бо>0,7).

3. Проведен качественный анализ оптимального управления процессом нагрева тел простой канонической формы в потоке газа переменной температуры. Теоретически обоснован нестационарный подвод тепла к шару и пластине в процессе конвективного теплообмена с газовой средой.

4. С помощью системно-структурного анализа и на базе полученных решений задач теплопроводности разработана методология идентификации коэффициента теплоотдачи, позволяющая существенно сократить объем экспериментальных теплофизических исследований.

5. Аналитическими методами решена сопряженная задача теплопроводности для шара при граничных условиях третьего рода, с действующими в нем внутренними импульсными источниками теплоты, порожденными механическим нагружением и с движущейся границей химического превращения (задача Стефана). С помощью численного эксперимента выявлены закономерности эволюции температурного поля и фронта химической реакции во времени. Показано, что ударно-импульсное нагружение частицы приводит к значительному увеличению скорости гетерогенной химической реакции.

6. Методом дифференциальных рядов полечено аналитическое решение задачи теплопроводности для шара при граничных условиях третьего рода, с действующими в нем внутренними источниками теплоты различной физической природы и с движущейся границей фазового перехода вследствие сублимации (задача Стефана). Численный эксперимент позволил установить, что ударное нагружение и лучистый теплообмен значительно ускоряют явления теплои массопереноса в частице.

7. Найдено аналитическое решение сопряженной задачи теплопроводности для бесконечной пластины при граничных условиях третьего рода с движущейся границей испарения в ней (задача Стефана). Анализ полученного решения позволил выявить динамику изменения положения границы испарения жидкости из пластины.

8. На основе теории случайных марковских процессов разработаны стохастические модели кинетики измельчения частиц дисперсной фазы гетерогенных систем, адекватно отражающие физику их нагружения и разрушения, гидродинамическую обстановку в комбинированных аппаратах на основе измельчителей ударного принципа действия.

9. На основании разработанных моделей построено обобщенное математическое описание ряда совмещенных процессов.

10. Осуществлено комплексное исследование гидродинамической структуры высокоскоростных двухфазных струй, истекающих в псевдоожиженный слой, с зачетом захвата газа и твердых частиц из околоструйного пространства. Экспериментально показано, что, попадая внутрь высокоскоростной газовой струи из окружающего псевдоожиженного слоя, частицы имеют начальную скорость, отличную от нуля.

И. Методами термогравиметрического анализа установлено, что механическое ударно-импульсное нагружение кристаллических органических веществ (бензойной кислоты, дисперсных красителей) приводит к снижению их энтальпий сублимации.

12. На базе сформулированных и решенных краевых задач нестационарной теплопроводности, в том числе и задач типа Стефана, разработано обобщенное математическое описание сложного процесса удаления органического растворителя из капиллярно-пористого материала в токе перегретого водяного пара, включающее в себя математические модели следующих стадий: нагрева материала, конденсирующего влагуиспарения из него растворителя с постоянной скоростью и с падающей скоростью испаренияиспарения воды с постоянной и с падающей скоростьюнагрева материала до температуры окружающей среды.

13. Разработана и проанализирована математическая модель транспорта тепла в солнечном коллекторе, основанная на аналитическом решении задачи теплопроводности пластины с граничными условиями третьего рода и с учетом влияния внутренних источников теплоты, инициируемых ИК излучением. С помощью модели найдены оптимальные значения режимных параметров (времени) работы системы солнечный коллектор — теплообменник.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ:

1. Сформулированные и решенные на единой основе краевые задачи нестационарной теплопроводности тел канонической формы, включая задачи стефановского типа, осложненной наличием внутренних источников теплоты, инициированных механическим нагружением и ИК излзЛением, являются базисом для создания теоретически обоснованных инженерных методов расчета высокоинтенсивных совмещенных процессов термообработки гетерогенных систем.

2. Расширен банк математических моделей термообработки гетерогенных систем, необходимый для построения современных информационных технологий моделирования, расчета и автоматического проектирования нового комбинированного оборудования.

3. На основе обобщенного математического описания совмещенного процесса обжиг — измельчение — активация разработана инженерная методика расчета высокоэффективного реактора для получения качественной извести с заданным грансоставом. Создана и успешно испытана пилотная установка для получения СаОданы рекомендации по применению комбинированных аппаратов в конкретных технологических схемах.

4. Разработана теоретически обоснованная методика расчета ротороно-импульсного сублиматора, основанная на обобщенном математическом описании совмещенного процесса измельчения — активации — сублимации. На базе ротороно-импульсного сублиматора, рассчитанного по данной модели, создана энергоресурсосбеоегающая экологически чистая технологическая система колорирования волокнистых синтетических материалов, внедрение которой позволит существенно сократить выбросы вредных веществ в окружающую среду.

5. На основе математического описания непрерывного многостадийного процесса удаления органического растворителя из основы синтетической кожи построен инженерный метод его расчета. Метод расчета использован при проектировании комбинированной сушильной установки, отличающейся низкими удельными энергозатратами, высокой производительностью и малыми габаритами.

6. Разработан научно обоснованный метод инженерного расчета энергои ресурсосберегающей технологической системы солнечный коллектортеплообменник, внедрение которой позволит с высокой эффективностью использовать чистый обновляемый источник энергии — энергию солнечных лучей.

7. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение расчета процессов термообработки гетерогенных систем, совмещенных с измельчением и активацией частиц дисперсной фазы.

8. Сформулированные и решенные задачи, алгоритмы и программы используются в качестве дидактического материала в учебном процессе в ряде российских и зарубежных высших учебных заведений.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1. Формулировку и решения краевых задач нестационарной теплопроводности для тел канонической формы (шара и неограниченной пластины) с учетом действия внутренних источников теплоты, порожденных механическим, радиационно-конвективным и комбинированным способами подвода энергии извне.

2. Теоретическое обоснование нестационарного подвода тепла к телам канонической формы (шара, пластины) на основе качественного анализа задачи оптимального, по быстродействию, управления их нагревом.

3. Способ идентификации коэффициента теплоотдачи, основанный на использовании структурной модели решения задачи теплопроводности для сферической частицы в потоке газа переменной температуры.

4. Формулировку и решение с использованием метода дифференциальных рядов сопряженной задачи теплопроводности для шара при граничных условиях третьего рода, с действующими в нем импульсными источниками теплоты и с перемещающейся границей химической реакции.

5. Аналитическое решение поставленной в работе задачи теплопроводности для шара при граничных условиях третьего рода, с действующими в нем внутренними источниками теплоты различной физической природы, осложненного фазовым переходом твердое тело-газ.

6. Формулировку и решение сопряженной задачи теплопроводности для неограниченной пластины при граничных условиях третьего рода, с движущейся границей испарения жидкости в ней.

7. Разработанные на базе теории марковских процессов стохастические модели диспергирования частиц дисперсной фазы гетерогенных систем в аппаратах периодического и непрерывного действия.

8. Обобщенное математическое описание совмещенных процессов обжигизмельчение — механоактивацияизмельчение — механоактивация — сублимация.

9. Математическую модель сложного процесса удаления растворителя из капиллярно-пористого материала в производстве аналога натуральной кожи.

10. Математическую модель транспорта тепла в системе солнечный коллектор-теплообменник.

11. Результаты расчетно-экспериментальных исследований совмещенных процессов обжиг — измельчение — механоактивацияизмельчение — механо-активация — сублимациянагрев — сушка — отжимтеплообмен в солнечном коллекторе при радиационно-конвективном подводе энергии извне.

В первой главе проведен анализ современного состояния проблемы моделирования и расчета процессов термообработки гетерогенных систем, совмещенных с измельчение и механической активацией твердой фазы. Отмечено, что в настоящее время значительное место в практике инженерных расче.

ТСВ и в теории продолжают занимать эмпирические и полуэмпирические, а также балансовые модели тепломассопереноса и диспергирования. Для описания фазовых переходов обычно используются кинетические уравнения. Число работ, посвященных развитию фундаментальной теории тепломассопереноса, основанной на получении аналитических решений задач теплопроводности, в том числе задач типа Стефана, явно не достаточно. Отсутствуют работы, в которых в рамках единого системного подхода при математическом описании совмещенных процессов гетерогенных систем одновременно были бы получены и использованы модели нестационарного тепломассопереноса в твердой фазе (в том числе с движущейся границей фазового перехода), учитывающие механоактивационные эффекты, а также модели кинетики диспергирования.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию тепломассопере-носа в процессах термообработки (таких как сублимация, сушка, испарение) гетерогенных систем при различных способах подвода энергии. Системный подход к изучению данных процессов требует построения физической и математической модели процесса прогрева и фазового перехода (реакции) на уровне частицы.

Первоначально проведен краткий анализ физических представлений о механизмах возникновения внутренних источников теплоты в частицах твердой дисперсной фазы при импульсном механическом нагружении. Установлено, что природа внутренних источников теплоты разнообразна. Они могут возникать вследствие диссипации энергии упругих деформаций, перемещения дефектов структуры (дислокаций) при пластических деформациях, высокоскоростного схлопывания локальных пустот и т. д. Проведенный анализ позволил сделать заключение о том, что внутренние источники теплоты имеют импульсный характер.

Далее последовательно сформулированы и решены методом интегральных преобразований Лапласа некоторые нестационарные краевые задачи теплопроводности для тел канонической формы (шара и неограниченной пластины) при граничных условиях третьего рода с учетом действия внутренних источников теплоты, порожденных импульсным механическим нагружением и потоком лучистой энергии. Решения задач теплопроводности, с учетом их значимости для практики инженерных расчетов совмещенных процессов в аппаратах интенсивного действия, даны в удобной форме для больших (Ев >0,1) и малых {Ев < 0,1) времен осуществления процесса.

На основе принципов системно-структурного анализа построена структурная модель решения в изображениях по Лапласу задачи прогрева сферической частицы в потоке газа переменной температуры и с учетом действия внутренних источников теплоты. На базе структурной модели предложен метод идентификации коэффициента теплоотдачи а.

С помощью метода моментов проведен качественный анализ оптимального, по быстродействию, управления процессом нагрева частицы в потоке газа переменной температуры. Обоснован нестационарный подвод тепла к телам канонической формы.

В этой же главе сформулированы и методом дифференциальных рядов решены следующие задачи стефановского типа при граничных условиях третьего рода: сопряженная задача теплопроводности для шара с действующими в нем импульсными источниками теплоты и с перемещающейся границей химической реакциизадача теплопроводности для шара с действующими в нем внутренними источниками теплоты различной физической природы, осложненной фазовым переходом твердое тело-газсопряженная задача теплопроводности для бесконечной пластины с движущейся границей испарения в ней.

На базе теории случайных марковских процессов получены математические модели измельчения частиц дисперсной фазы гетерогенных систем в аппаратах периодического и непрерывно действия.

Третья глава посвящена анализу термообработки ряда гетерогенных систем при различных способах подвода энергии в конкретных совмещенных процессах. На основе качественного анализа структуры процесса измельчения — активации — фазового перехода (химической реакции) и сформулированных и решенных задач, перечисленных выше, разработаны обобщенные математические модели энергоресурсосберегающих совмещенных процессов: обжигизмельчение — механоактивация, измельчение — механоактивация — сублимация, нагрев — сушка — отжим (активация).

Приводятся результаты расчетно-экспериментального исследования совмещенного процесса обжиг — измельчение — механоактивация. Показано, что получение высококачественной окиси кальция возможно в комбинированном реакторе — измельчителе, созданном на базе аппарата с псевдоожиженным слоем. Представлены: результаты проверки адекватности предложенного математического описания совмещенного процесса, инженерная методика расчета и аппаратурное оформление топохимической реакции, на примере разложения известняка, совмещенного с измельчением и механической активацией твердой дисперсной фазы.

Далее представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований совмещенного процесса диспергирования — механоактивации — сублимации. Здесь приведены: описание схемы экспериментальной установки для комплексного изучения процессов термообработки, совмещенных с диспергированием и механоактивацией частиц твердой дисперсной фазы гетерогенных средописание методик экспериментальных исследований и характеристика выбранных объектов исследований (бензойной кислоты, дисперсных красителей «розовый «С» и «розовый Ж»). С помощью термогравиметрического исследования установлено, в частности, что их импульсное ударное нагруже-ние приводит к снижению энтальпии сублимации. Вьывлено, что энтальпия сублимации активированных механическим нагружением образцов с течением времени возвращается к исходным значениям, при этом, однако, не достигая их. Осуществлена поблочная проверка адекватности математического описания изучаемого совмещенного процесса. На основе математического описания совмещенного процесса измельчение — активация — сублимация разработан теоретически обоснованный метод расчета комбинированного ротор-но-импульсного аппарата интенсивного действия. Данный роторно-импульсный аппарат был использован при создании энергоресурсосберегающей экологически безопасной технологической системы колорирования волокнистых синтетически материалов.

В этой же главе приводятся результаты расчетно-экспериментальных исследований сложного процесса удаления растворителя из капиллярно-пористого материала (синтетической кожи) в токе перегретого водяного пара. Здесь представлены: физическая и математическая модели процесса удаления органического растворителя и воды, расчетные зависимости коэффициентов теплои массоотдачи для всех исследованных режимов обработки синтетической кожирезультаты проверки адекватности предложенной моделисхема лабораторной установки периодического действия, позволившая изучить кинетику удаления экстрагента в широком диапазоне температур (100−160°С) — инженерный метод расчета, эскизный вариант и описание комбинированной сушильной установки. Для интенсификации испарения растворителя в первой камере предусмотрены механические активаторы, позволяющие посредством обжимающего и пульсирующего воздействия на материал трех пар валков значительно увеличить скорость переноса влаги из макрокапилляров кожи на ее поверхность и в паровую среду.

В главе представлены также результаты экспериментально-расчетных исследований, направленных на исследование процесса теплообмена в солнечном коллекторе. Построена и проанализирована математическая модель транспорта тепла в системе солнечный коллектор — теплообменник, учитывающая, что количество переданного тепла должно быть максимальным. Модель основана на аналитическом решении задачи теплопроводности пластины с граничными условиями третьего рода и с учетом внутренних источников теплоты, создаваемых ИК излучением. Приведено описание экспериментальной установки солнечного коллектора с гравитационным течение теплоносителя. С помощью установки выявлены закономерности транспорта тепла в рассматриваемой системе, а также проведена проверка адекватности предложенной модели. Данная модель позволяет определить оптимальные значения определяющего параметра — времени работы экологически чистой системы солнечный коллектор — теплообменник. Методические материалы, включающие в себя предложенную физическую и математическую модели, их алгоритмическое и программное обеспечение внедрены в курс лекций «Аналитические методы теории теплопроводности», который читается студентам Краковского политехнического университета по специальности «Процессы и аппараты химических технологий».

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 42 научных труда.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

1. Сформулирован и решен методом интегральных преобразований Лапласа ряд краевых задач нестационарной теплопроводности для тел канонической формы (шара и неограниченной пластины) с учетом действия внутренних источников теплоты, порожденных механическим, радиационно-конвективным и комбинированным способами подвода энергии извне. С помощью вычислительного эксперимента выявлены закономерности явлений переноса теплоты в шаре и пластине, осложненного действием внутренних источников теплоты, для больших и малых значений критерия Фурье.

2. С помощью качественного анализа задачи оптимального, по быстродействию, управления нагревом тел канонической формы (шара, пластины) потоком газа переменной температуры теоретически обоснован нестационарный подвод к ним тепла.

3. На базе системно-структурного анализа решений задач теплопроводности разработана методология идентификации коэффициента теплоотдачи, позволяющая корректно провести теплофизический эксперимент.

4. Сформулирована и методом дифференциальных рядов решена сопряженная задача теплопроводности для шара при граничных условиях третьего рода, с действующими в нем внутренними импульсными источниками теплоты и с перемещающейся границей химической реакции. Численные эксперименты, проведенные на модели, позволили установить закономерности изменения температурного поля и фронта химического превращения во времени. Теоретически обоснована целесообразность использования импульсного механического нагружения частиц для ускорения гетерогенной химической реакции.

5. Поставлена и аналитическими методами решена задача теплопроводности для шара при граничных условиях третьего рода, с действующими в нем внутренними источниками теплоты различной физической природы, осложненной фазовым переходом твердое тело — газ. С помощью вычислительного эксперимента на модели показано, что механическое ударное нагружение и лучистый теплообмен резко ускоряют явления внутреннего тепломассопере-носа в процессе сублимации частиц.

6. Методами дифференциальных рядов получено аналитическое решение сформулированной сопряженной задачи теплопроводности для бесконечной пластины при граничных условиях третьего рода с движущейся границей испарения жидкости в ней. Выявлена динамика движения границы испарения.

7. На базе теории случайных марковских процессов разработаны математические модели измельчения частиц дисперсной фазы гетерогенных систем в аппаратах периодического и непрерывного действия.

8. На основании сформулированных и решенных задач, перечисленных выше, разработаны обобщенные математические модели энергоресурсосберегающих совмещенных процессов: обжиг — измельчение — механоактивация. измельчение — механоактивация — сублимация, нагрев — сушка — отжим (активация).

9. Построена и проанализирована математическая модель теплопереноса в солнечном коллекторе, которая основана на аналитическом решении задачи теплопроводности пластины с граничными условиям третьего рода и с учетом внутренних источников теплоты, создаваемых ИК излучением. С помош-ью данной модели найдены оптимальные значения определяющего параметравремени работы системы коллектор-теплообменник, обеспечивающего максимальную теплоотдачу.

10. Проведено расчетно-экспериментальное исследование совмещенного процесса обжиг — измельчение — механоактивация. Показано, что получение высококачественной окиси кальция возможно в комбинированном аппарате реакторе — измельчителе, созданном на базе аппарата с псевдоожиженным слоем. Экспериментально исследована гидродинамика высокоскоростных двухфазных струй в псевдоожиженном слое. Установлено, что начальная скорость частиц дисперсной фазы, попадающих из псевдоожиженного слоя внутрь струи, отлична от нуля.

11. Осуществлено расчетно-экспериментальное исследование совмещенного процесса измельчение — механоактивация — сублимация. Методами термогравиметрии установлено, что механическое импульсное нагружение кристаллических органических веществ (на примере бензойной кислоты и дисперсных красителей) приводит к снижению их энтальпий сублимации.

12. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке новых технологических и технических решений, методических материалов, ряд из которых внедрен в промышленность, в практику инженерных расчетов проектных организаций и в учебный процесс некоторых высших учебных заведений (см. приложение 4).

Автор выражает признательность доктору технических наук, профессору Блиничеву Валерьяну Николаевичу и доктору технических наук Падохину Валерию Алексеевичу за помощь в работе.