Термодинамический анализ рабочих процессов в пневматических системах подачи сыпучих материалов
Ключевые слова:
термодинамический анализ, пневматические системы, сыпучие материалы, энергетическая эффективность, двухфазный поток, теплообмен, строительные машиныАннотация
Исследование посвящено комплексному термодинамическому анализу рабочих процессов в пневматических системах подачи сыпучих материалов в строительном производстве. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения энергетической эффективности транспортных систем при возрастающих требованиях к экологической безопасности и производительности строительных процессов. Методология исследования базируется на применении современных термодинамических подходов к анализу газо-твердофазных потоков, включая экспериментальное моделирование процессов теплообмена и массопереноса в горизонтальных и вертикальных участках пневматических трасс. Эмпирическая база включает результаты натурных экспериментов на промышленных установках различной производительности с регистрацией параметров температурных полей, давлений и скоростных характеристик двухфазного потока. Установлено, что оптимизация термодинамических параметров позволяет снизить удельное энергопотребление на 18-24% при одновременном повышении производительности системы на 12-16%. Выявлены критические зависимости между температурным режимом транспортирующего агента и эффективностью передачи энергии частицам материала, определяющие границы устойчивых режимов работы. Разработанная математическая модель термодинамических процессов демонстрирует высокую корреляцию с экспериментальными данными, что подтверждает возможность ее практического применения для проектирования высокоэффективных пневматических систем. Результаты исследования создают теоретическую основу для инженерных решений в области автоматизированных систем подачи строительных материалов.Библиографические ссылки
Мещеряков И.В. Актуальные задачи современной термодинамики // Вестник Самарского государственного университета. 2013. № 6. С. 203-212.
Dhurandhar R., Behera N., Barik A.K., Mishra B.K. The recent progress in momentum, heat and mass transfer studies on pneumatic conveying: a review // Heat and mass transfer. 2018. Vol. 54. № 9. pp. 2617-2634.
Dikty M. Analysis of pressure fluctuations in pneumatic conveying systems via pressure sensors - a review // Powder technology. 2024. Vol. 434. pp. 119382.
Freitas A.G., Santos R.B., Riascos L.A.M., Munive-Hernandez J.E., Kuang S., Zou R., Yu A. Experimental design and optimization of a novel solids feeder device in energy efficient pneumatic conveying systems // Energy reports. 2023. Vol. 9. Suppl. 9. pp. 387-400.
Guo P., Ly Q.H., Saw W.L., Lim K.-S., Ashman P.J., Nathan G.J. A technical assessment of pneumatic conveying of solids for a high temperature particle receiver // AIP conf. proc. 2019. Vol. 2126. pp. 030025.
Hilton J.E., Cleary P.W. The influence of particle shape on flow modes in pneumatic conveying // Chemical engineering science. 2011. Vol. 66. pp. 231-240.
Klinzing G.E. Pneumatic conveying technology: recent advances and future outlook // Engineering proceedings. 2023. Vol. 56. № 1. pp. 205.
Lech M. Mass flow rate measurement in vertical pneumatic conveying of solid // Powder technology. 2001. Vol. 114. pp. 55-58.
Li J., Kuang S., Huang F., Liu P., Yu A. CFD-DEM modelling and analysis of proppant transportation inside tortuous hydraulic fractures // Powder technology. 2024. Vol. 432. pp. 119-155.
Meng W., Niu X. Pneumatic conveying systems. Handbook of port machinery. Eds. by D. Tao, Y. Yan, D. Dong, D. Zhang. Singapore: Springer, 2024. pp. 675-720.
Mills D. Pneumatic conveying design guide. 3rd Edition. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2016. 650 р.
Molerus O. Overview: pneumatic transport of solid // Powder technology. 1996. Vol. 88. pp. 309- 321.
Oguzhan E., Ooi J.Y., Gupta P., Capozzi L., Hanley K.J. Parameters affecting plug characteristics in dense phase pneumatic conveying of ellipsoidal particles // Powder technology. 2024. Vol. 437. pp. 119-561.
Pan R. Material properties and flow modes in pneumatic conveying // Powder technology. 1999. Vol. 104. pp. 157-163.
Rajan K.S., Dhasandhan K., Srivastava S.N., Pitchumani B. Studies on gas-solid heat transfer during pneumatic conveying // International journal of heat and mass transfer. 2008. Vol. 51. pp. 2801-2813.
Rajan K.S., Srivastava S.N., Pitchumani B., Surendiran V. Thermal conductance of pneumatic conveying preheater for air-gypsum and air-sand heat transfer // International journal of thermal sciences. 2010. Vol. 49. pp. 182-186.
Wang C., Li W., Li B., Jia Z., Jiao S., Ma H. Study on the influence of different factors on pneumatic conveying in horizontal pipe // Applied sciences. 2023. Vol. 13. № 9. pp. 5483.
Zhao Z., Zhou L., Bai L., Wang B., Agarwal R. Recent advances and perspectives of CFD-DEM simulation in fluidized bed // Archives of computational methods in engineering. 2024. Vol. 31. № 2. pp. 871- 918.
