Совершенствование тепломассобмена в конвейерных галереях горнообогатительных комбинатов

Актуальность работы обусловлена необходимостью совершенствования процесса тепломассообмена в конвейерных галереях горнообогатительных комбинатов (далее – ГОК) чёрной металлургии, где широко распространена конвейерная транспортировка влажных нагретых материалов. При данном процессе в воздух галерей поступают теплота и водяные пары. Повышенные влажность и подвижность внутреннего воздуха не обеспечивают нормативных параметров микроклимата конвейерных галерей. Конденсация влаги на внутренних поверхностях ограждающих конструкций и оборудования вызывает коррозию и сокращает срок их эксплуатации.
Степень разработанности проблемы. Исследованием мероприятий по борьбе с тепло- и влагоизбытками занимались: А.М. Гервасьев, В.М. Маринченко, В.Б. Попов, В.В. Шелекетин, Р.Н. Шумилов, Г.В. Смольников, В.Г. Караджи, T.S. Chen, C.F. Yun, A. Moutsoglou, B. Roux, D. Edwards и другие авторы. Анализ выполненных работ показал: требуется уточнение расчётных формул для определения тепловыделений от поверхности транспортируемых в конвейерных галереях ГОКов влажных нагретых материалов; данные по коэффициентам массоотдачи, необходимые для расчёта влаговыделений от поверхности влажных нагретых материалов, определены только для пяти российских ГОКов, в связи с чем требуются исследования материалов, транспортируемых на других предприятиях России; формулы для теплотехнического и аэродинамического расчётов, входящие в известный аналитический метод расчёта величины и параметров воздухообмена для конвейерных галерей ГОКов, не удовлетворяют требованиям современной нормативной литературы и требуют корректировки.
Работа выполнена в рамках приоритетного направления развития науки, технологий и техники РФ Пр-577 «Энергосберегающие технологии», критические технологии «Системы жизнеобеспечения и защиты человека», «Энергосбережение» в ходе выполнения грантовых работ РФФИ No 18-48-242001 р_мк и 18-41-242004 р_мк.
5
Объект исследований – конвейерные галереи ГОКов чёрной металлургии.
Предмет исследований – характеристики тепло- и воздухообменных процессов при конвейерной транспортировке влажных нагретых материалов.
Целью диссертационной работы является совершенствование процессов тепломассообмена в конвейерных галереях транспортировки влажных нагретых материалов ГОКов чёрной металлургии для обеспечения нормируемых параметров внутренней воздушной среды конвейерных галерей.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
1) экспериментальные исследования теплообмена при конвейерной транспортировке влажных нагретых материалов с целью получения расчётных формул для определения тепловыделений, поступающих от поверхности данных материалов;
2) экспериментальные исследования массообмена при конвейерной транспортировке влажных нагретых материалов с целью получения опытных коэффициентов, необходимых для определения влаговыделений, поступающих от поверхности данных материалов;
3)совершенствование и актуализация с учётом требований современной нормативной документации аналитического метода расчёта, позволяющего определить величину и параметры воздухообмена;
4) проверка в производственных условиях достоверности полученных в работе расчётных формул и опытных коэффициентов, а также эффективности усовершенствованного аналитического метода расчёта.
Методология и методы исследования. Для моделирования рабочих процессов в конвейерных галереях использовалась общепринятая теория тепломассообмена. Физический эксперимент проводится на специально разработанном оборудовании. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований проводилась с использованием оригинального компьютерного программного обеспечения.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:

6
1)определены расчётные формулы для расчета тепловыделений от поверхности влажных нагретых материалов при конвейерной транспортировке;
2) найдены численные значения коэффициентов для определения влаговыделений от поверхности влажных нагретых материалов;
3) предложен усовершенствованный аналитический метод расчёта величины и параметров воздухообмена для конвейерных галерей.
Значение для теории. Экспериментально определены коэффициенты, используемые при расчёте влаговыделений от поверхности транспортируемых материалов. Получены формулы для расчёта локальных и средних коэффициентов теплоотдачи. Усовершенствован аналитический метод расчёта величины и параметров воздухообмена для конвейерных галерей с учетом современной нормативной документации. Результаты создают теоретическую основу для проектирования и разработки новых энергоэффективных методов и оборудования в промышленных теплоэнергетических системах.
Практическая значимость результатов работы заключается в повышении эффективности (скорости, достоверности и точности) определения технологических и режимных параметров конвейерных галерей уже на стадии проектирования. Для инженерной практики разработана программа для ЭВМ по расчёту микроклимата «Метод расчёта величины и параметров воздухообмена для помещений с тепловлагоизбытками», проверенная в производственных условиях.
Использование полученных результатов. Разработанная программа для ЭВМ «Метод расчёта величины и параметров воздухообмена для помещений с тепловлагоизбытками» принята к использованию ООО «ГеоТехПроект».
Полученные научные и практические результаты используются в Сибирском федеральном университете при подготовке студентов по направлениям: «Теплоэнергетика и теплотехника» и «Техносферная безопасность» в бакалаврских и магистерских программах «Энергетика теплотехнологий» и «Промышленная теплоэнергетика», а также в научно-исследовательской деятельности ПИ СФУ.
Достоверность полученных результатов полученных результатов обеспечивается использованием современных методов анализа процесса

7
тепломассообмена, а также сопоставлением результатов расчёта с экспериментальными данными в ходе апробации расчётных моделей, применением сертифицированных измерительных средств, результатами экспериментальных данных, полученных при проведении физического эксперимента, удовлетворительным совпадением расчётных и экспериментальных данных.
Личный вклад автора. Автору принадлежат формализация поставленных задач, разработка аналитического метода расчёта воздухообмена для конвейерных галерей, обобщение, анализ результатов. Научные и практические результаты диссертации, положения, выносимые на защиту, разработаны и получены автором лично. Разработка и реализация общей научной идеи, формулирование основных выводов и пунктов научной новизны выполнены при участии научного руководителя. В публикациях, выполненных в соавторстве, личный вклад оценивается на уровне 75 %.
Обоснование соответствия диссертации паспорту научной специальности 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика. Работа соответствует паспорту специальности в части формулы специальности: «…объединяющая исследования по совершенствованию промышленных теплоэнергетических систем, …, сбережение энергетических ресурсов, …, защиту окружающей среды»; в части области исследования специальности: пункту 3 «Теоретические и экспериментальные исследования процессов тепло- и массопереноса в тепловых системах и установках, использующих тепло. …» и пункту 6 «Разработка и совершенствование аппаратов, использующих тепло, и создание оптимальных тепловых систем для защиты окружающей среды».
Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на: Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Проспект Свободный-2016» (Красноярск, 2016); Международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надёжность машин, приборов и оборудования» (Вологда, 2016, 2018); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы

8
архитектуры, строительства, энергоэффективности и экологии» (Тюмень, 2016); Международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» (Москва, 2016, 2017); Всероссийской научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета «Архитектура – Строительство – Транспорт» (Санкт- Петербург, 2016); Всероссийской научной конференция «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, 2017); Всероссийской научно- технической конференции «Борисовские чтения» (Красноярск, 2019).