Визначення ефективних значень теплофізичних властивостей сипких матеріалів

Автор(и)

  • Anton Karvatskii Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-2421-4700
  • Yevgen Panov Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-4885-2777
  • Gennadiy Vasylchenko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-4026-8661
  • Victor Vytvytskyi Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-0184-3838
  • Kateryna Korolenko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-4636-6510

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.164791

Ключові слова:

сипкий матеріал, дискретна і континуальна моделі, ефективні теплофізичні властивості, матеріальний і гранулометричний склад

Анотація

Розроблено методику визначення ефективних теплофізичних властивостей сипких матеріалів різного гранулометричного та матеріального складу, що базується на поєднанні дискретного і континуального уявлень про середовище. Сформульовано задачу механотермічного стану циліндричного шару сипкого матеріалу для визначення його ефективних теплофізичних властивостей. На базі дискретно-континуальних уявлень про сипке середовище запропоновано підхід та розроблено методику розв’язання поставленої задачі. Розроблено алгоритм визначення ефективних значень теплофізичних властивостей сипких матеріалів. Числову реалізацію розробленої методики виконано з використанням вільно відкритого програмного забезпечення (LIGGGHTS, ParaView). Пропонована методика дає змогу визначити ефективні значення теплофізичних властивостей сипкого матеріалу (насипної густини, ефективного коефіцієнта теплопровідності та ефективного значення ізобарної масової теплоємності) довільного матеріального й гранулометричного складу. У цьому разі потрібне проведення мінімального обсягу складних і витратних експериментальних досліджень з наступним числовим моделюванням процесу механотермічного стану досліджуваного сипкого матеріалу. При цьому істинні фізичні властивості можна брати з довідників. На прикладі модельного матеріалу визначено ефективні теплофізичні властивості сипких матеріалів за різного гранулометричного складу та проведено верифікацію розробленої методики. Встановлено, що дані розрахунків ефективної теплопровідності за розробленою методикою відрізняються від даних, отриманих за осередненими теоретичними залежностями, в межах 0,8–9,0 %. Результати дослідження є корисними для числового аналізу в континуальному наближенні теплових режимів процесів та обладнання, де застосовуються сипкі матеріали

Біографії авторів

Anton Karvatskii, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор технічних наук, професор

Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування

Yevgen Panov, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор технічних наук, професор

Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування

Gennadiy Vasylchenko, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування

Victor Vytvytskyi, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Аспірант

Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування

Kateryna Korolenko, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кафедра хімічного, полімерного та силікатного машинобудування

Посилання

  1. Chung, D. D. L. (2010). Composite Materials: Science and Applications. Springer, 349. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-84882-831-5
  2. Mikulenok, I. O. (2012). Klassifikaciya termoplasticheskih kompozicionnyh materialov i ih napolniteley. Plasticheskie massy, 9, 29–38.
  3. Mikulenok, I. O. (2013). Determining the Thermophysical Properties of Thermoplastic Composite Materials. International Polymer Science and Technology, 40 (9), 23–28. doi: https://doi.org/10.1177/0307174x1304000905
  4. Yaws, C. L. (1999). Chemical properties handbook: physical, thermodynamic, environmental, transport, and health related properties for organic and inorganic chemicals. New York: The McGraw-Hill Companies, 779.
  5. Piven', A. N., Novikov, V. V. (1989). Metody rascheta teplo- i temperaturoprovodnosti polimernyh materialov. Kyiv: UMK VO, 108.
  6. Lipatov, Yu. S. (Ed.) (1986). Fizikohimiya mnogokomponentnyh polimernyh sistem. Vol. 1-2. Napolnennye polimery. Polimernye smesi i splavy. Kyiv: Nauk. dumka, 376, 384.
  7. Djellal, L., Bouguelia, A., Trari, M. (2008). Physical and photoelectrochemical properties of p-CuInSe2 bulk material. Materials Chemistry and Physics, 109 (1), 99–104. doi: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.10.038
  8. Katter, M., Zellmann, V., Reppel, G. W., Uestuener, K. (2008). Magnetocaloric Properties of La(Fe, Co, Si)13 Bulk Material Prepared by Powder Metallurgy. IEEE Transactions on Magnetics, 44 (11), 3044–3047. doi: https://doi.org/10.1109/tmag.2008.2002523
  9. Kleinke, H. (2010). New bulk Materials for Thermoelectric Power Generation: Clathrates and Complex Antimonides. Chemistry of Materials, 22 (3), 604–611. doi: https://doi.org/10.1021/cm901591d
  10. Zehetbauer, M. J., Zhu, Y. T. (Eds.) (2009). Bulk Nanostructured Materials. Wiley, 736. doi: https://doi.org/10.1002/9783527626892
  11. Valiev, R. Z., Zhilyaev, A. P., Langdon, T. G. (2014). Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications. Wiley, 470. doi: https://doi.org/10.1002/9781118742679
  12. Karvatskii, A. Y., Vasilchenko, G. M., Panov, E. M., Leleka, S. V., Lazariev, T. V., Pedchenko, A. Y., Chirka, T. V. (2019). Thermoelectric Properties of Granular Carbon Materials. Advanced Thermoelectric Materials, 437–467. doi: https://doi.org/10.1002/9781119407348.ch10
  13. Karvatskii, A. Ya., Vasilchenko, G. M., Korolenko, K. M., Chirka, T. V. (2017). Renewal of thermal and physical properties of granular materials using the inverse heat conduction problem solution. Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu. Seriya: Tekhnichni nauky, 4, 159–166.
  14. Göncü, F. (2012). Mechanics of granular materials: constitutive behavior and pattern transformation. Ipskamp Drukkers, 144.
  15. Rao, K. K., Nott, P. R. (2008). An Introduction to Granular Flow. New York: Cambridge University Press, 490. doi: https://doi.org/10.1017/cbo9780511611513
  16. Pöschel, T., Schwager, T. (2005). Computational granular dynamics. Models and algorithms. Springer, 322. doi: https://doi.org/10.1007/3-540-27720-x
  17. Ai, J., Chen, J.-F., Rotter, J. M., Ooi, J. Y. (2011). Assessment of rolling resistance models in discrete element simulations. Powder Technology, 206 (3), 269–282. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2010.09.030
  18. Makse, H. A., Gland, N., Johnson, D. L., Schwartz, L. (2004). Granular packings: Nonlinear elasticity, sound propagation, and collective relaxation dynamics. Physical Review E, 70 (6). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.70.061302
  19. Karvatskii, A. Y., Lazarev, T. V. (2014). Evaluation of the Discrete Element Method for Predicting the Behavior of Granular Media Using Petroleum Coke as an Example. Chemical and Petroleum Engineering, 50 (3-4), 186–192. doi: https://doi.org/10.1007/s10556-014-9877-y
  20. Chaudhuri, B., Muzzio, F. J., Tomassone, M. S. (2006). Modeling of heat transfer in granular flow in rotating vessels. Chemical Engineering Science, 61 (19). 6348–6360. doi: https://doi.org/10.1016/j.ces.2006.05.034
  21. Lykov, V. I. (1967). Teoriya teploprovodnosti. Moscow: Vysshaya shkola, 600.
  22. LIGGGHTS Open Source Discrete Element Method Particle Simulation Code. Available at: https://www.cfdem.com/liggghts-open-source-discrete-element-method-particle-simulation-code
  23. ParaView. An open-source, multi-platform data analysis and visualization application. Available at: http://www.paraview.org/
  24. Zamotrinskaya, E. A., Nesterov, V. M., Mihaylova, T. S. (1976). Ob elektroprovodnosti smesey, soderzhashchih komponenty s bol'shoy provodimost'yu. Izvestiya vuzov. Fizika, 9, 117–119.
  25. Dul'nev, G. N., Zarichnyak, Yu. P. (1974). Teploprovodnost' smesey i kompozicionnyh materialov. Leningrad: Energiya, 264.
  26. Grigor'ev, I. S., Meylihov, E. Z. (Eds.) (1991). Fizicheskie velichiny. Moscow: Energoatomizdat, 1232.
  27. Kutuzov, S. V., Buryak, V. V., Derkach, V. V., Panov, E. N., Karvatskii, A. Y., Vasil’chenko, G. N. et. al. (2014). Making the Heat-Insulating Charge of Acheson Graphitization Furnaces More Efficient. Refractories and Industrial Ceramics, 55 (1), 15–16. doi: https://doi.org/10.1007/s11148-014-9648-5
  28. Karvatskii, A., Leleka, S., Pedchenko, A., Lazariev, T. (2016). Numerical analysis of the physical fields in the process of electrode blanks graphitization in the castner furnace. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (84)), 19–25. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.83191

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-04-24

Як цитувати

Karvatskii, A., Panov, Y., Vasylchenko, G., Vytvytskyi, V., & Korolenko, K. (2019). Визначення ефективних значень теплофізичних властивостей сипких матеріалів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(5 (98), 55–62. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.164791

Номер

Том 2 № 5 (98) (2019): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Anton Karvatskii, Yevgen Panov, Gennadiy Vasylchenko, Victor Vytvytskyi, Kateryna Korolenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.