Вестник МГТУ, 2023, Т. 26, № 3.

Шокин Г. О. и др. К вопросу о совершенствовании математической модели процесса пиролиза. где Р - мощность генераторов инфракрасного излучения, установленных над слоем топлива, Вт; S - площадь слоя топлива, м2; h - глубина проникновения инфракрасного излучения в слой топлива, м; Z- поправочный коэффициент, учитывающий потери энергии на пути от генераторов ИК-излучения к слою топлива, доли единицы, принимается в зависимости от величины насыпной плотности опилок решением обратной задачи, а также с учетом установленного экспериментально совокупного угла освещенности опилок генераторами ИК-излучения в ИК-ДГ 2(у), доли единицы. Коэффициент а принимали с учетом обеспечения максимального приближения данных прогнозного расчета температурных полей в слое топлива реальному процессу пиролиза при решении системы (11). При составлении алгоритма решения системы дифференциальных уравнений записывали каждое из уравнений, входящее в систему, а также начальные и граничные условия в конечно-разностной форме. При решении уравнения теплопроводности использовали неявную схему, при решении уравнения диффузии - явную схему. Слой топлива рассматривали как пластину. Толщина элементарного слоя, в котором протекает пиролиз топлива в ИК-ДГ периодического действия, постоянна и составляет в среднем от 1 до 3 мм в зависимости от насыпной плотности опилок. Экспериментально установленная длительность разогрева слоя опилок до начала собственно пиролиза в ИК-ДГ периодического действия составила от 13 до 15 мин, в программе учтено максимальное значение - 15 мин. Тонкий поверхностный дымообразующий слой опилок достигает температуры пиролиза, в дальнейшем эта температура сохраняется постоянной, практически не изменяется и зависит от насыпной плотности и влажности опилок (Шокина и др., 2011). С учетом этого был разработан алгоритм решения системы уравнений для продолжительности периодического процесса 15 мин с момента начала терморадиационного нагрева топлива. Переходя к безразмерным величинам при составлении алгоритма решения системы, всю толщину слоя топлива принимали за 100 условных единиц. Реальная толщина слоя колеблется в зависимости от насыпной плотности используемых опилок от 1 до 2 см. Одна условная единица толщины слоя на графических зависимостях для опилок различной насыпной плотности составляет 1/100-ю величину от указанного диапазона в метрах. Разработанная компьютерная программа позволяет получать значения температуры и влажности для любой точки слоя топлива в любой момент времени в течение 15 мин с начала терморадиационного нагрева (Коробицин, 2008). В уравнение (11) входят ТФХ слоя топлива малой толщины, ранее определяемые расчетным путем. С разработкой метода определения ТФХ сыпучих технологических сред на основе импульсного теплового контроля (Puls Normal NDT) (Способ..., 2017) появилась возможность экспериментальным методом определить коэффициент теплопроводности слоя топлива X, В т/(мК ) и его объемную теплоемкость (С р), Дж/(м К). Результаты эксперимента по определению ТФХ слоя опилок насыпной плотностью 154 кг/м3 с влагосодержанием от 10 до 60 % на общую массу приведены ниже. На рис. 8-10 приведена графическая зависимость избыточной температуры необлученной поверхности слоя опилок с различной массовой долей влаги от времени, во всех опытах начальная температура необлученной поверхности составляла (19,9 ± 0,1) °С. На рис. 11 приведена графическая зависимость избыточной температуры облученной поверхности слоя опилок с массовой долей влаги 50 % от времени. В качестве примера гистограмма избыточной температуры после обработки снимка с использованием специального программного обеспечения тепловизора Testo приведена на рис. 12. и ар рту и т с а о р н ер х еп ремте во т п ая й ан о оч н ыот енч бзы ул Из бло ен C « ------ ♦ о ♦ -------------------- о m <**♦г <► * 4> <►О <►о 10 15 Время, мин 20 25 30 Рис. 8. Зависимость избыточной температуры необлученной поверхности слоя опилок с массовой долей влаги 10 % от времени, полученная по термограммам тепловизора Fig. 8. The dependence of the excess temperature o f the non-irradiated surface o f the sawdust layer with a mass fraction o f moisture of 10 % on time obtained from the thermogram of the thermal imager 6 5 4 3 2 1 0 0 5 326