Численное исследование взаимодействия пульсирующего сушильного агента с твердой пористой увлажненной частицей

Об авторах:

Зайнутдинова Динара Айдаровна, аспирант, кафедра специальных технологий в образовании, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева — КАИ, Казань, Россия; zajjnutdinova-dinara@mail.ru, https://orcid.org/0009-0002-1482-6391

Павлов Григорий Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой специальных технологий в образовании, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева — КАИ, Казань, Россия; pvlov16@mail.ru

Теляшов Дмитрий Александрович, кандидат технических наук, учебный мастер, кафедра специальных технологий в образовании, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия; assaulttelov@mail.ru

Аннотация:

В данной работе исследовалось взаимодействие сушильного агента с твердой увлажненной сферической частицей, имеющей пористую структуру. В качестве сушильного агента рассматривался воздух с разными режимами течения - стационарным и пульсирующим. Наложением пульсаций на газовый поток тепло- и массоперенос между газами и частицами можно существенно интенсифицировать. Однако это происходит не во всех случаях и зависит от множества факторов. Выявление этих факторов и закономерностей их влияния на тепломассобмен является актуальной научной задачей. В данной работе исследовалась скорость удаления влаги из пористых частиц сферической формы разных диаметров, с начальным содержанием влаги 50, 70 и 90% по массе, при обдуве воздухом с разными режимами течения, подогретым до температур 50, 100 и 150 °С. Имеется достаточное количество работ, посвященных данной теме. В основном, в них рассмотрены влияние колебаний на тепломассобменные процессы в диапазоне низких или ультразвуковых частот. В то же время, в редких работах отмечается, что выявленные при использовании колебаний преимущества, могли бы оказать положительное влияние на тепломассобмен в диапазоне звуковых колебаний, на частотах 50 Гц и выше — до 500 Гц. В известных работах результаты детальных исследований в данной области частот отсутствуют, хотя, в общем, отмечается перспективность использования таких колебаний с целью интенсификации теплофизических процессов. В связи с этим авторами работы сформулированы цели и задачи исследований, призванные дополнить имеющийся материал по воздействию колебаний на тепломассообменные процессы новыми данными. Исследование проводилось численным методом в программной среде COMSOL Multiphysics.

Список литературы:

Alhanif M., Kumoro A. C., Wardhani D. H. Thin-layer drying of papaya Carica papaya seeds: drying kinetics, mathematical modeling and effective moisture diffusivity // AIP Conference Proceedings. 2022. Vol. 2610.

Акулич П. В., Акулич А. В. Конвективные сушильные установки: методы и примеры расчета: учебное пособие. Минск: Вышэйшая школа, 2019. 376 с.

Бокун И. А. Гидродинамика и теплообмен в процессе сушки древесных отходов в пульсирующем слое // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2011. № 2. С. 52–55.

Гороховский А. Г., Шишкина Е. Е. Особенности тепломассообмена при сушке пиломатериалов бесступенчатыми режимами // Хвойные бореальной зоны. 2019. № 2. С. 139–143.

De Munck M. J. A., Peters E. A. J. F., Kuipers J. A. M. Experimental study on vibrating fluidized bed solids drying // Chemical Engineering Journal. 2023. Vol. 472. P. 1–14.

Жилин А. А. Исследование процесса сушки пористых материалов при высокоинтенсивном акустическом воздействии // Инженерно-физический журнал, 2025. Т. 98, №7. С. 1949–1960.

Зайнутдинова Д. А., Павлов Г. И., Горбунова О. А. Экспериментально-теоретическое исследование взаимодействия сушильного агента с твердой увлажненной частицей: сборник трудов XXXVII сессии Российского акустического общества. М.: ООО «Издательство «ГЕОС», 2025. С. 1020–1027.

Zhilin A. A., Kravchenko A. S., Fedorova N. N. Mathematical modeling of flow in the working part of an acoustoconvective drying system. AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 1939. Article ID 020018.

Ефремов Г. И. Моделирование кинетики сушки с периодом прогрева // 6-й Минский международный форум по тепломассопереносу MIF, 19–23 мая 2008 г., г. Минск. Минск, 2008.

Jia D., Cathary O., Peng J. et al. Fluidization and drying of biomass particles in a vibrating fluidized bed with pulsed gas flow // Fuel Processing Technology. 2015. Vol. 138. P. 471–482.

Jin H., Wu Q., Wang S., He Y. Heat and mass transfer performance of non-spherical wet particles in a fluidized bed dryer // Applied Thermal Engineering. 2024. Vol. 236. P. 1–10.

Jin H., Wang S., He Y. Investigation of drying process of non-spherical particle in a pulsed fluidized bed // Particuology. 2025. Vol. 98. P. 134–141.

Каримов А. А., Мукольянц А. А., Сотникова И. В. Влияние пульсирующего потока на интенсификацию тепло- и массообмена // 4-я МНТК «Современные инновации в науке и технике». 2014. Т. 2. С. 223–226.

Кудашев С. Ф., Кудашева О. В., Душутина О. В., Равилов Р. Р. Интенсификация теплопередачи в пластинчатом теплообменнике за счет пульсации потока теплоносителя // Modern High Technologies. 2019. № 10.

Митропов В. В., Цветков О. Б. Основы теории массообмена. СПб.: Университет ИТМО, 2019. 126 с.

Nabipoor Hassankiadeh M., Zarepour M., Zhang L.et al. Energy and exergy analysis of drying of potash particles in a pulsationg-assisted fluidized bed // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2024. Vol. 222. P. 1–10.

Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости : пер. с англ. / под ред. В. Д. Виленского. М.: Энергоатомиздат, 1984. 145 с.

Плотников Л. В., Осипов Л. Е., Григорьев Н. И. и др. Газодинамика и теплообмен стационарных и пульсирующих потоков воздуха в круглой и треугольной прямолинейных трубопроводах при разной степени турбулентности // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2025.Т. 27, № 1. С. 88–102.

Сажин Б. С. Основы техники сушки. М.: Химия, 1984. 316 с.

Setareh M., Assari M. R., Tabrizi H. B. Experimental and drying kinetics study on millet particles by a pulsating fluidized bed dryer // Heliyon. 2024. Vol. 10. P. 1–16.

Синельников А. С. Применение метода пульсационных потоков в химической технологии топлива // Труды всесоюзной научно-технической конференции по вибрационному и пульсирующему горению. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1963. С. 163–166.

Стабников В. Н., Баранцев В. И. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Пищевая промышленность, 1974.356 с.

Токтаров Д. Д., Ильясова З. А., Березовская И. Э., Габитова З. Х. Компьютерное моделирование для изучения физических процессов // Universum: технические науки. 2022. № 4 (97). С. 64–68.

Tu Q., Ma Z., Wang H. Investigation of wet particle drying process in a fluidized bed dryer by CFD simulation and experimental measurement / Q. Tu// Chemical Engineering Journal. 2023. Vol. 452. P. 4–15.

Chen Li, Blocka Carter, Zhang Lifeng. Experimental investigation on drying performance of pharmaceutical granules in a pulsation-assisted fluidized bed // The Canadian Journal of Chemical Engineering. 2022. P. 2608-2622.

Хмелёв В. Н., Шалунов А. В., Терентьев С. А., Голых Р. Н., Нестеров В. А. Выявление и исследование механизма удаления влаги из материалов при ультразвуковом бесконтактном воздействии // Инженерно-физический журнал. 2024. Т. 97, №4. С. 939–950.