Mathematical Model and Numerical Method of Calculating the Dynamics of High-Temperature Drying of Milled Peat for the Production of Fuel Briquettes
Вантажиться...
Дата
2023
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
MDPI
Анотація
Milled peat must be dried for the production of peat fuel briquettes. The current trend in
the creation of drying technologies is the intensification of the dehydration process while obtaining
a high-quality final product. An increase in the temperature of the drying agent, above 300 C,
significantly accelerates the reaching of the final moisture content of the peat. In the final stage,
it is also accompanied by partial thermal decomposition of the solid phase. Its first stage, which
is the decomposition of hemicellulose, contributes to a decrease in weight and an increase in the
caloric content of the dry residue. The development of high-temperature drying modes consists of
determining the temperature and velocity of the drying agent, wherein the duration of the material
reaching the equilibrium moisture content will be minimal and the temperature of the material
will not rise above the second-stage decomposition temperature of cellulose. This problem can be
solved by the mathematical modeling of the dynamics of peat particles drying in the flow. The article
presents a mathematical model of heat and mass transfer, phase transitions, and shrinkage during
the dehydration of milled peat particles. The equations of the mathematical model were built based
on the differential equation of mass transfer in open deformable systems, which, in the absence
of deformations, turns into the known equation of state. A numerical method for implementing a
mathematical model has been developed. The adequacy of the mathematical model is confirmed by
comparing the results of numerical modeling with known experimental data.
Опис
В даній роботі представляється математична модель високотемпературного сушіння фрезерного торфу, яке на заключному етапі супроводжується початковою стадією термодеструкції. Математична модель включає диференційні рівняння ене-ргії та масопереносу рідкої, парової і повітряної фаз, що побудовані на основі рівняння переносу субстанції для систем що деформуються Нікітенко М.І.. Для замикання системи рівнянь залучаються: формула Дарсі для розрахунку фільтраційних швидкостей фаз, рівняння стану для розрахунку тисків компонентів газової фази, вираз для капілярного тиску рідини, формула для площі поверхні контакту рідкої і газової фаз в порах тіла, рівняння термоконцентраційного деформування, формули для інтенсивності фазових перетворень на зовнішній і внутрішніх поверхнях частинок торфу та для коефіцієнтів дифузії рідкої і газової фаз. Термічне розкладання торфу врахо-вувалось відповідним значенням енергії активації. В [6,8] експериментально доведено активаційний характер термічного розкладання твердої фази фрезерного торфу. Обробка результатів [6] дериватографічних досліджень термічних властивостей твер-дого залишку фрезерного торфу, з використанням кінетичної моделі А.А. Broido дозволила визначити числові значення ефективної енергії активації Аef частинок зв’язаної речовини. В момент початку розкладання геміоцелюлози ефективне значення енергії активації досить різко змінюється і впливає на інтенсивність тепломасопереносу. Розроблено чисельний метод розрахунку математичної моделі, який дозволяє визначати динаміку зміни температури і об’ємних концентрацій компонентів зв’язаної речовини в пористій частинці в залежності від її теплофізичних, структурних і геометричних характеристик а також параметрів сушильного агенту. На таких обчисленнях базується розробка режимів сушіння пористих матеріалів, що забезпечують скорочення часу процесу і відповідно енергоресурсів на його проведення при збереженні високої якості кінцевого продукту.
Ключові слова
peat, dynamics of drying, mathematical modeling, heat and mass transfer, phase transitions, thermal destruction
Бібліографічний опис
Mathematical Model and Numerical Method of Calculating the Dynamics of High-Temperature Drying of Milled Peat for the Production of Fuel Briquettes / Sorokova N., Variny M., Pysmennyy Y., Kol’chik Y. // Computation. – 2023. – 11, 53. – P. 53-70.