РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ДРЕВЕСНОЙ БИОМАССЫ
Authors: Митрофанов А.В. , Василевич С.В. , Огурцов А.В. , Зарубин З.В. , Шпейнова Н.С. 
Published: October 2024

Целью работы является разработка математической модели процесса пиролиза в аппарате периодического принципа действия с радиальным подводом теплоты и ее экспериментальная проверка. Построение модели выполнено в одномерной постановке задачи с использованием явной разностной схемы для описания тепло- и массопереноса в слое дисперсного материала. Процессы межфазного взаимодействия описаны с использованием известных из литературы критериальных зависимостей. Отличительной особенностью модели является то, что аппарат как объект исследования описывается на промежуточном (мезоскопическом) масштабе моделирования, что позволяет рассчитывать процессы переноса по локальным параметрам состояния. Последнее обстоятельство повышает адекватность описания процессов переноса и предъявляет специфические требования к проверке математической модели и организации натурного эксперимента. В процессе эксперимента были произведены замеры локальных значений температур в различных радиальных координатах. Полученные таким образом радиальные распределения температур для различных моментов времени процесса были сравнены с расчетными прогнозами. Результаты сравнения позволяют сделать вывод о достаточной прогнозирующей эффективности предложенной физико-математической модели и позволяют рассматривать ее в качестве достоверной научной основы для операционного контроля и проектирования подобных реакторов. Кроме того, полученные данные показывают существенную пространственную неоднородность условий протекания процесса внутри аппарата и подтверждают необходимость его анализа как объекта с распределенными характеристиками.

The purpose of the study is to create a mathematical model of the pyrolysis procedure in the batch apparatus with radial heat supply and to test that model through experimentation. The model is constructed in a one-dimensional formulation of the problem using an explicit differ-ence scheme to describe heat and mass transfer in a bed of dispersed material. The processes of interphase interaction are described using the published criteria dependencies. The device is de-scribed on an intermediate (mesoscopic) modelling scale, which enables the calculation of the transfer processes by local state parameters. This is a distinguishing characteristic of the model. The latter condition increases the adequacy of the descriptionof the transfer processes and im-poses specific requirements for the verification of the mathematical model and the organization of a full-scale experiment. The local temperature values were measured in various radial coordi-nates during the experiment. Theradial temperature distributions obtained in this way for differ-ent time moments of the process were compared with the calculated forecasts. As a conse-quence of the comparison, it is possible to draw the reasonable conclusion that the physical and mathematical model is adequately predictive and that it provides a solid scientific foundation for the operational control and design of such reactors.In addition, the obtained data show a signifi-cant spatial heterogeneity of the process conditions inside the apparatus and confirm the need for its analysis as an object with distributed characteristics.