Search

The article presents the results of the performed analytical and experimental studies of the hydrodynamics of the translationalrotational motion of a viscous incompressible gas flow in the working space of a vortex heat generator of variable geometry, analytically determined the dependences of the effect of device performance, confuser opening angles, confuser channel width on the hydrodynamic parameters of the device and, as a consequence, its energy efficiency. The degree of energy efficiency of the swirler screw for the operation of a vortex heat generator at various loads on the working path has been experimentally estimated, according to the Euler number EUc. It has been proven that the energy efficiency of its operation is on average 35% higher when the swirler screw is installed. The influence of the geometry of the nozzle on the axial symmetry and smoothness of the flow of incompressible gas in the vortex chamber is investigated. It was found that the specified indicator is most satisfactory for a nozzle with a rectangular cross-section. The distribution of the temperature field of a moving incompressible gas along the height of the vortex chamber is investigated depending on the taper angle. The distribution of angular velocities along the axis of the flow swirler is investigated at various values of productivity. It was found that the angular velocity decreases according to the law of potential fluid flow. A mathematical model has been developed to optimize the operating modes and parameters of the vortex heat generator. A software block was built based on the mathematical package MathCAD version 11 for the implementation of the developed mathematical model. An optimal design of a vortex heat generator with a variable geometry of the working space has been developed, which has been tested in laboratory conditions. Laboratory studies have proven its high energy efficiency at the level of modern standards and the feasibility of using the device for heating buildings and structures in industry and the domestic sector. Keywords: incompressible gas, hydrodynamics of an incompressible gas flow, vortex motion, mathematical model, equation of motion, continuity equation, vortex heat generator, thermal energy, cavitation, turbulence, vortex zone, MathCAD package.

The further evidence is presented for the phenomenon existence of the electrochemical phase formation of metals and alloys through the stage of the overcooled liquid state. An idea is proposed about the possible occurrence of wave-like shapes on the surface of metal deposits, electrodepositing under weak force impact. First it was predicted and then revealed experimentally, a wave-like vibration of a solidifying surface of the metal being electrodeposited in the form of ripples or choppiness under the weak force impact in parallel to the crystallization front. A mathematical model has been obtained describing the liquid state behaviour of metals being electrodeposited under the impact of centrifugal force on the annular plate. The generalized Maxwell model was used as the basic rheological equation of a state. The difference between the results obtained is testified when considering Newtonian and non-Newtonian (power-law) liquid. The software blocks for solving the obtained mathematical model, based on the MathCAD package, have been developed.

The object of research is an apparatus with jet injection gas filling. The studies are conducted on an experimental installation of a working medium of water-air. The distribution of gas phase bubbles is studied depending on the operating parameters of the apparatus. The value of the local and total gas content, as well as the specific surface of the phase contact, is determined. The gas content and the contact surface of the phases in the downflow pipes of the circulation apparatus with jet injection gas filling are investigated. The use of circulating apparatuses with jet injection gas filling is promising for carrying out mass transfer and reaction mass transfer processes. Due to the use of water energy for gas filling of the reaction space, the devices have advantages over airlift and gas-lift devices, bubble columns in chemisorption processes with slightly soluble gases. Experimental studies of the gas content and the contact surfaces of the phases from the operating-technological and hardware-structural parameters makes it possible to determine the optimal operating conditions. According to the results of studies, it is found that the diameter of the bubbles increases with an increase in the number of revolutions of the shaft of the mixing device. The mode of suspension of the gas phase took place at shaft rotation numbers from 600 rpm up to 750 rpm. With an increase in the number of revolutions, the resistance to the force of bubbling of bubbles increases and the suspension mode switches to the gas-liquid flow circulation mode. The ability to control the gas saturation process due to fluid circulation, regardless of the fluid load of the apparatus, is one of the advantages of the developed design. It is established that the total gas content in the downflow channels varies from 0.07–0.10 to 0.1–0.18, which is typical for gas-liquid devices. The total gas content in the downflow channels of the apparatus is in the range from 100 to 260 m2/m3of the reaction volume and is typical for most gas-liquid bubblers. The results of studies of the operating modes of the apparatus with jet injection gas filling in the suspension mode of the gas phase can be used to calculate the mass transfer coefficient

The object of research is a mathematical model of a new design of a vortex heat generator with translational-rotational flow in a variable geometry working space. One of the most problematic areas in the development of new and promising designs of heat generators by the method of physical modeling is the search for its optimal operating-technological and instrumental-design parameters. The implementation of a preliminary analysis of such structures by the method of mathematical modeling will significantly reduce the time and material costs for the development of promising designs of heat generators. The studies of the design of the new vortex heat generator, carried out by the method of mathematical modeling, made it possible to determine the range of its operation, to evaluate the operating-technological and hardware-design parameters that affect the efficiency of work. Studies of the hydrodynamics of the translational-rotational motion of a viscous fluid flow in the working space of a new vortex heat generator with a variable geometry of the working space made it possible to determine the critical velocity and pressure, the influence of the geometric parameters of the device on the generation of vortices that promote cavitation. Model studies were carried out in the range of fluid load changes in the range from 0.001 m3/s to 0.01 m3/s. The study of changes in the velocity field in the channels was carried out for the geometry of the channel with a taper anglefrom 0° to 25°. The width of the working channel of the space Wnvaried in the range of 130, 70 and 40mm. It has been established that a good axial symmetry and smoothness of the coolant flow in the vortex zone along the swirler screw provides the coolant inlet through a nozzle with a rectangular cross-section. The dependence of the influence of the flow area of the nozzle for introducing the coolant into the vortex zone on the energy efficiency of the vortex apparatus as a whole is found experimentally. The research carried out makes it possible to design vortex heat generators with geometric parameters that meet modern energy efficiency requirements. The geometry of the swirler screw is determined, which increases the efficiency of the heat generator by 35% in comparison with similar designs of vortex heat generators given in the literature.

An analytical method for calculating the chemical potentials of the components of the gas-solid system based on thermodynamic calculations of carbon potentials of the С–О–Н–N gas mixture (combustion products of the methane-air mixture) and the solid phase (alloyed steel) is developed. Dependences describing the influence of the main parameters of heating the medium composition, flow rate, as well as their interaction, on metal losses associated with decarburization are obtained. Thermodynamic calculations of carbon potentials of alloyed steel and natural gas combustion products of different composition (α=0.2÷1.2), metal and combustion products temperatures of 1,100÷1,500 K are performed. Based on the analysis of the structure of the thermal and diffusion boundary layers, it is proved that the decrease in the temperature of the layer of combustion product flowing around the solid product and surface flow rate reduces the diffusion flow of carbon in the boundary layer. This effect reduces the decarburization of steel. It is found that when heating the heat unit according to the principle of indirect radiant heating (IRH) during the operation of the flat-flame burner, the main gas volume, localized at the metal surface, has a temperature significantly lower than the layer adjacent to the lining. This reduces the metal loss with decarburization compared with furnaces of the traditional heating system. Combustion of gas in flat-flame burners with an intense circulation of combustion products in the working space of the heat unit ensures that the heated products have a uniform composition of combustion products corresponding to a practically equilibrium one. This allows recommending flat-flame burners for widespread use in modern heat-power units in the industry

The experimental studies of the influence of the degree of masonry development (geometry) and aerodynamics of the combustion chambers (circuits of combustion products removal) on the energy-technological indicators of the processes in the system gas-solid (in combustion chambers) were carried out. The experimental research into the influence of geometry and aerodynamics of the combustion chamber on the energy-technological indicators in the system gas – solid body was conducted at the industrial large-scale fire bench. It was shown that a decrease in the height of the working space of the combustion chamber, equipped with flat flame burners, affects the use of fuel due to heat exchange intensification, including direct convection. The dependence is caused by a decrease in heat losses with flue gases and due to a decrease in losses through the masonry. It was established that at the height of the working space of 800÷1,000 mm of the combustion furnace, fuel consumption decreases by 20÷30 %. The design of the combustion space of the furnace of continuous operation mode was developed. The distinctive feature of the furnace of the developed design is the elimination of discreteness and implementation of the stable continuous operation mode of the heating unit. The longitudinal channels were made on the lateral surfaces of the cars and the furnace along the entire length of the latter, which makes it possible to implement the continuous removal of combustion products from the combustion space through canalized hearth of the cars into the longitudinal lateral channels, made in the walls of the furnace. Additional aerodynamic compaction of the working space of the furnace is ensured at any speed of the motion of the cars. It was found that energy-technological efficiency at the arch heating of the combustion units with flat flame burners and combustion products removal under the workpiece (lower smoke removal) is on average by 1.3 times higher than at use of the circuit of products removal above the workpiece (lateral smoke removal), which is used in currently operating furnaces. The design was developed and the tunnel furnace was put into operation. It was for chemical and thermal treatment of metallic and non-metallic materials and products during their heating by the assigned schedule.

Methods to increase travel distance of mine electric locomotive from one charging at the expense of fuel cells with proton-exchange membrane and to improve efficiency of the process as a result of using selective composite materials have been considered. It has been demonstrated that the use of activated natural materials will make it possible to increase membrane conductance up to 3.6·10−2Cm·cm−1; that will allow increasing energy-efficiency of fuel cells for their operation in terms of mine electric locomotives.

The improved industrial sample of the rotor-pulse heat generator (RPH), integrated into the thermal heating systems of industrial buildings, was produced. Rotor-pulse generators do not occupy significant positions in the market of heating equipment because of the lack of reliable data on effectiveness of the use of such equipment in the thermal heating systems of industrial facilities. The design of the developed cavitation chamber was changed, parameters of the channels, located between the rotor and the stator, were determined. It was found that the optimal width of the gap between the rotor and the stator channels at maximum efficiency of 0.7 was 8–10 mm. When integrating the cavitation chamber of the RPH into the thermal system, the design of the heat exchanger "pipe-in-pipe" was changed into the plate one. Bench tests of energy efficiency of the thermal system operation were conducted. Indicators of energy efficiency of the system with the improved RPH were determined, the analysis was performed by comparing with analogues, described in the literature. It was proved that improvement of the thermal system allowed obtaining the improved indicators of energy efficiency. Bench testing showed that efficiency of the improved thermal system is by ≈17 % higher than efficiency of thermal systems based on the multi-stage RPH. The automatic system of monitoring and control of the thermal system with the use of vibration-frequency sensors for assessment of cavitation process effectiveness was developed. The conducted commissioning works made it possible to determine the possibility of applying the developed automatic system with appropriate software for monitoring and control of the thermal system operation. The obtained data of comparative analysis allow recommending the developed rotor-pulse heat generator as a credible alternative to the used thermal devices in thermal heating systems of industrial buildings.

One of the promising approaches to reducing the energy consumption in the thermal distillation of liquid toxic waste is the use of immersion combustion units with the efficiency of more than 100 % relative to the lower calorific value. The development of the method of LTW thermal distillation (evaporation) in volume by means of immersion combustion units will allow wide application of the technology in the industry. The energy-efficient technological system based on deep thermal evaporation in the ICU is developed. It is shown that the developed EETS has improved characteristics in comparison with the existing thermal treatment systems. The proposed solutions allow simplifying the vat residue processing after the LTW treatment process. The final product of thermal distillation of toxic waste is a dry residue that does not require repeated or additional processing. As an efficiency indicator of the LTW distillation complex, it is proposed to use the density of evaporated effluents. The paper proposes to use the vibration method of density control with simultaneous measurement of density and viscosity of controlled LTW. The structure of the automatic density control scheme allows compensating for a decrease in the resonator quality factor due to the damping of its vibrations by a viscous medium

The cavitation heat generator for decentralized heating of industrial buildings and facilities was examined and implemented for actual operation. On this basis, a thermal system for decentralized heating of buildings was designed and studied. The circuit of the thermal system differs by the following feature: two connected cavitation heat generators are connected in series for heating of the liquid. At the same time, the heated liquid passes through a heat generator operating at high frequency, then through a heat generator operating at lower frequency. In the generator with high frequency, smaller cavitation embryos are excited, which increase in size in the generator with low frequency. This leads to increased impulses of cavitation pressure and increases the effect of cavitation. On this basis, a heat system for decentralized heating of buildings was designed, and studied, with its energy efficiency. To increase energy efficiency of the thermal system with cavitation heat generators, their sequential installation was proposed. The heated liquid must pass successively through a heat generator operating at high frequency, then through a heat generator operating at lower frequency. The efficiency of the system developed exceeds 18 % compared to the system of centralized heating by natural gas, which is a convincing prospect of use. A method for effective control over the cavitation process during operation of a heat generator was developed, based on the suppression of waves of oscillatory energy of the object. The method is based on direct measurements of vibrations – a parameter characterizing the process of cavitation. Approbation of the method for control over effectiveness of the cavitation process was carried out by measuring the vibrations at various temperatures of liquid at the outlet.

To date, thermal rectors with submersible combustion devices with efficiency of more than 100 % relative to the lowest heat of combustion are known. This method of heating is more universal and energy efficient due to the absence of heat losses in transportation and maximum utilization of the carrier heat. This opens up broad prospects for the use of these energotechnological facilities in residential gas heating systems. This work has studied the effect of electromagnetic fields having intensity gradient in the direction of motion of the contacting phases on the process of mass transfer between counter-current-moving gas and liquid phases. It was shown that the optimal method of intensification of heat and mass transfer in the submerged combustion devices is oscillation of the contacting phases under action of an electric spark discharge. Design solutions were proposed for intensifying the heat and mass transfer process and increasing the energy efficiency of operation of thermal reactors with the submersible combustion devices. To evaluate the effect of magnetic and electric fields upon their application, it was proposed to use the developed vibrofrequency measuring transducer with a cylindrical-type resonator. Application of such control method makes it possible to measure total frequency-modular oscillations of the contacting phases. In this case, there is no need to control characteristics of magnetic and electric fields and assess their individual effects on the intensity of oscillations in the contacting gas-liquid phases.

We examined the formation of oscillations of contacting phases (gas–fluid) in the thermal reactors, equipped with submerged combustion apparatuses, with the help of the cyclic input of energy for the intensification of heat-mass-exchange processes and improvement in the energy efficiency of their operation. It is established that the cyclic input of external energy increases the mass transfer by 2–2.5 times, as well as energy effectiveness of the process as a whole. A distinctive feature of the thermal reactor with the cyclic input of energy is in the fact that the air, preheated in the thermal installation with SCA that works on the principle of a "vapor pump", enters the upper and lower collectors of SAD. In this case, the air is dispersed depending on the angle of blade rotation, which contributes to the turbulization of phase boundary, which improves energy efficiency of the reactor operation. Based on the conducted studies, we designed a thermal reactor with the built-in submerged combustion apparatuses and the cyclic input of external energy for creating the turbulent pulsations that works on the principle of a "vapor pump". The performance characteristics of the device with the cyclic input of external energy were determined based on the obtained results. The developed thermal reactor makes it possible to control the process of heating and can be easily modified, depending on the technological requirements. The energy-technological indicators of the designed thermal reactor meet the world requirements: the content of nitrogen oxides does not exceed 56.8 mg/m 3 at high-temperature water heating – to 70–80 °С. The thermodynamic efficiency of the thermal reactor operation reaches 98.6 % (by direct balance).

The paper reports an analytical study into the influence of basic parameters of channels in the pulse disk devices on the efficiency of processes of heat exchange and hydrodynamics under the pulse effect on a heat-carrier. A procedure has been proposed for determining basic parameters for the processes of heat exchange and hydrodynamics (flow rate, pressure, a heat-carrier’s temperature) when a liquid is exposed to the pulse effect. Mathematical models have been constructed for the influence of structural and technological parameters of channels in the disk pulse devices on the efficiency of processes of heat exchange and hydrodynamics. Adequacy of the mathematical models has been confirmed by a series of experimental studies involving devices with a single- and multi-step system of the pulse treatment of a heat-carrier. Based on this, we have designed, tested, and implemented industrial structures of the pulse disk heat generators for decentralized heating of buildings for industrial and residential purposes with the single- and two-step pulse influence. The constructed method for a multi-step pulse influence, taking into consideration the results from mathematical modeling, experimentally confirmed and implemented in the structural design of a working chamber in a disk pulse heat generator, has made it possible to improve its energy efficiency by 12%. We have defined the most efficient geometry for a disk pulse heat generator aimed at its further integration into the system of decentralized heating. A series of experimental studies has been performed, which confirm energy efficiency of the designed devices. One of the designed heat generators with a multistep pulse influence on a heat-carrier has been integrated into a heating system for a shopping mall. Indicators of the heat generator operation meet modern standards of energy efficiency at the level of 0.86‒0.9.

The paper reports an analytical study into the influence of basic parameters of channels in the pulse disk devices on the efficiency of processes of heat exchange and hydrodynamics under the pulse effect on a heat-carrier. A procedure has been proposed for determining basic parameters for the processes of heat exchange and hydrodynamics (flow rate, pressure, a heat-carrier’s temperature) when a liquid is exposed to the pulse effect. Mathematical models have been constructed for the influence of structural and technological parameters of channels in the disk pulse devices on the efficiency of processes of heat exchange and hydrodynamics. Adequacy of the mathematical models has been confirmed by a series of experimental studies involving devices with a single- and multi-step system of the pulse treatment of a heat-carrier. Based on this, we have designed, tested, and implemented industrial structures of the pulse disk heat generators for decentralized heating of buildings for industrial and residential purposes with the single- and two-step pulse influence. The constructed method for a multi-step pulse influence, taking into consideration the results from mathematical modeling, experimentally confirmed and implemented in the structural design of a working chamber in a disk pulse heat generator, has made it possible to improve its energy efficiency by 12 %. We have defined the most efficient geometry for a disk pulse heat generator aimed at its further integration into the system of decentralized heating.A series of experimental studies has been performed, which confirm energy efficiency of the designed devices. One of the designed heat generators with a multistep pulse influence on a heat-carrier has been integrated into a heating system for a shopping mall. Indicators of the heat generator operation meet modern standards of energy efficiency at the level of 0.86‒0.9., Аналітично досліджено вплив основних параметрів каналів дискових імпульсних апаратів, на ефективність процесів гідродинаміки і теплообміну при імпульсному впливі на теплоносій. Запропоновано методологію визначення основних параметрів процесів гідродинаміки і теплообміну (швидкості, тиску, температури теплоносія) при імпульсному впливі на рідину. Отримано математичні моделі впливу конструктивних і технологічних параметрів каналів дискових імпульсних апаратів на ефективність процесів гідродинаміки і теплообміну. Адекватність математичних моделей підтверджена серією експериментальних досліджень на апаратах з одного і багатоступінчастої системою імпульсної обробки теплоносія. На цій основі розроблено, апробовано та впроваджено промислові конструкції імпульсних дискових теплогенераторів для децентралізованого обігріву будівель промислового і побутового призначення з одного і двох ступенями імпульсного впливу. Розроблений метод багатоступінчастого імпульсного впливу, з урахуванням результатів математичного моделювання, експериментально підтвердженого і реалізованого в конструктивному оформленні робочої камери дискового імпульсного теплогенератора, дозволив підвищити його енергоефективність на 12 %. Визначено найбільш ефективна геометрія дискового імпульсного теплогенератора для подальшої інтеграції його в систему децентралізованого теплопостачання.Проведена серія експериментальних досліджень, які підтверджують енергоефективність розроблених пристроїв. Один з розроблених теплогенераторів з багатоступеневим імпульсною дією на теплоносій інтегрований в систему обігріву торгового комплексу. Показники роботи теплогенератора відповідають сучасному рівню енергоефективності з ККД=0,86–0,9, Аналитически исследовано влияние основных параметров каналов дисковых импульсных аппаратов, на эффективность процессов гидродинамики и теплообмена при импульсном воздействии на теплоноситель. Предложена методология определения основных параметров процессов гидродинамики и теплообмена (скорости, давления, температуры теплоносителя) при импульсном воздействии на жидкость. Получены математические модели влияния конструктивных и технологических параметров каналов дисковых импульсных аппаратов на эффективность процессов гидродинамики и теплообмена. Адекватность математических моделей подтверждена серией экспериментальных исследований на аппаратах с одной и многоступенчатой системой импульсной обработки теплоносителя. На этой основе разработаны, апробированы и внедрены промышленные конструкции импульсных дисковых теплогенераторов для децентрализованного обогрева зданий промышленного и бытового назначения с одной и двух ступенями импульсного воздействия. Разработанный метод многоступенчатого импульсного воздействия, с учетом результатов математического моделирования, экспериментально подтвержденного и реализованного в конструктивном оформлении рабочей камеры дискового импульсного теплогенератора, позволил повысить его энергоэффективность на 12 %. Определена наиболее эффективная геометрия дискового импульсного теплогенератора для последующей интеграции его в систему децентрализованного теплоснабжения.Проведена серия экспериментальных исследований, подтверждающих энергоэффективность разработанных устройств. Один из разработанных теплогенераторов с многоступенчатым импульсным воздействием на теплоноситель интегрирован в систему обогрева торгового комплекса. Показатели работы теплогенератора соответствуют современному уровню энергоэффективности с КПД=0,86–0,9

The object of research is an apparatus with jet injection gas filling. The studies are conducted on an experimental installation of a working medium of water-air. The distribution of gas phase bubbles is studied depending on the operating parameters of the apparatus. The value of the local and total gas content, as well as the specific surface of the phase contact, is determined. The gas content and the contact surface of the phases in the downflow pipes of the circulation apparatus with jet injection gas filling are investigated. The use of circulating apparatuses with jet injection gas filling is promising for carrying out mass transfer and reaction mass transfer processes. Due to the use of water energy for gas filling of the reaction space, the devices have advantages over airlift and gas-lift devices, bubble columns in chemisorption processes with slightly soluble gases. Experimental studies of the gas content and the contact surfaces of the phases from the operating-technological and hardware-structural parameters makes it possible to determine the optimal operating conditions. According to the results of studies, it is found that the diameter of the bubbles increases with an increase in the number of revolutions of the shaft of the mixing device. The mode of suspension of the gas phase took place at shaft rotation numbers from 600 rpm up to 750 rpm. With an increase in the number of revolutions, the resistance to the force of bubbling of bubbles increases and the suspension mode switches to the gas-liquid flow circulation mode. The ability to control the gas saturation process due to fluid circulation, regardless of the fluid load of the apparatus, is one of the advantages of the developed design. It is established that the total gas content in the downflow channels varies from 0.07–0.10 to 0.1–0.18, which is typical for gas-liquid devices. The total gas content in the downflow channels of the apparatus is in the range from 100 to 260 m2/m3 of the reaction volume and is typical for most gas-liquid bubblers. The results of studies of the operating modes of the apparatus with jet injection gas filling in the suspension mode of the gas phase can be used to calculate the mass transfer coefficient., Объектом исследования является аппарат со струйно-инжекционным газонаполнением. Исследования проводились на экспериментальной установке на рабочей среде вода-воздух. Исследовано распределение пузырей газовой фазы в зависимости от рабочих параметров аппарата. Определено значение локального и общего газосодержания, а также удельной поверхности контакта фаз. Исследовано газосодержание и поверхность контакта фаз в опускных трубах циркуляционного аппарата со струйно-инжекционным газонаполнением. Использование циркуляционных аппаратов со струйно-инжекционным газонаполнением является перспективным для проведения массообменных и реакционно-массообменных процессов. Благодаря использованию энергии воды для газонаполнения реакционного пространства, аппараты имеют преимущества по сравнению с эрлифтными и газлифтными аппаратами, барботажными колоннами при проведении хемосорбционных процессов со слаборастворимыми газами. Экспериментальные исследования газосодержания и поверхности контакта фаз от режимно-технологических и аппаратурно-конструктивных параметров позволили определить оптимальные режимы работы. По результатам исследований установлено, что диаметр пузырьков увеличивается с увеличением числа оборотов вала перемешивающего устройства. Режим подвисания газовой фазы имел место при числах оборота вала от 600 об/мин. до 750 об/мин. При увеличении числа оборотов увеличивается противодействие силе всплытия пузырьков и режим подвисания переходит в режим циркуляции газожидкостного потока. Возможность управлять процессом газонасыщения благодаря циркуляции жидкости независимо от нагрузки по жидкости аппарата является одним из преимуществ разработанной конструкции. Установлено, что общее газосодержание в опускных каналах менялся от 0,07..0,10 к 0,1..0,18, что характерно для газожидкостных аппаратов. Общее газосодержание в опускных каналах аппарата находится в диапазоне от 100 до 260 м2/м3 реакционного объема и характерно для большинства газожидкостных аппаратов барботажного типа. Полученные результаты исследований режимов работы аппарата со струйно-инжекционным газонаполнением, в режиме подвешивания газовой фазы, могут быть использованы для расчета коэффициента массопереноса., Об’єктом дослідження є апарат зі струменево-інжекційним газонаповненням. Дослідження проводились на експериментальній установці на робочому середовищі вода-повітря. Досліджено розподіл бульбашок газової фази в залежності від робочих параметрів апарату. Визначено значення локального та загального газовмісту, а також питомої поверхні контакту фаз. Досліджено газовміст та поверхню контакту фаз в опускних трубах циркуляційного апарату зі струменево-інжекціцйним газонаповненням. Використання циркуляційних апаратів зі струменево-інжекційним газонаповненням є перспективним для проведення масообмінних та реакційно-масообмінних процесів. Завдяки використанню енергії рідини для газонаповнення реакційного простору, апарати мають переваги у порівнянні з ерліфтними та газліфтними апаратами, барботажними колонами при проведенні хемосорбційних процесів зі слаборозчинними газами. Експериментальні дослідження газовмісту та поверхні контакту фаз від режимно-технологічних та апаратурно-конструктивних параметрів дозволили визначити оптимальні режими роботи. За результатами досліджень встановлено, що діаметр бульбашок збільшується зі збільшенням числа обертів валу перемішуючого пристрою. Режим підвисання газової фази мав місце при числах оберту валу від 600 об/хв. до 750 об/хв.. При збільшенні числа обертів збільшується протидія силі спливання бульбашок і режим підвисання переходить в режим циркуляції газорідинного потоку. Можливість керувати процесом газонасичення завдяки циркуляції рідини незалежно від навантаження по рідині апарату є однією з переваг розробленої конструкції. Встановлено, що загальний газовміст в опускних каналах змінювався від 0,07..0,10 до 0,1..0,18, що є характерним для газорідинних апаратів. Загальний газовміст в опускних каналах апарату знаходиться в діапазоні від 100 до 260 м2/м3 реакційного об’єму і є характерним для більшості газорідинних апаратів барботажного типу. Отримані результати досліджень режимів роботи апарату зі струменево-інжекційним газонаповненням в режимі підвішування газової фази можуть бути використаними для розрахунку коефіцієнту масопереносу.

The effect of basic parameters of the channels of disk pulse devices on the heat exchange efficiency was studied both analytically and experimentally, especially in terms of pulse acting on the heat carrier. A methodology to determine the main parameters, namely the pressure and the temperature of the heat carrier as well as the pulse effect on the fluid, was proposed. The mathematical models of the effect of the structural and technological parameters of the channels in the disk pulse device on the heat exchange efficiency were developed. The models’ adequacy was proved based on a series of experimental studies involving devices with one-stage and multistage systems of pulsed heat carrier processing. This enabled the development, testing, and implementation of practical construction designs of pulse disk heat generators for decentralized heating of commercial and domestic buildings with one-stage and multistage systems of pulsed heat carrier processing. Taking into account the results of the mathematical modeling, the developed method of multistage pulse action was proved experimentally and implemented in regard to the structural design of a working chamber of the disk pulse heat generator. An efficient geometry of the working chamber of the disk pulse heat generator was specified for its further integration into the system of decentralized heat supply. One of the developed heat generators with the multistage pulse action on the heat carrier was integrated into the heating system of a greenhouse complex with a 0.86–0.9 efficiency coefficient.

An analytical method for calculating the chemical potentials of the components of the gas-solid system based on thermodynamic calculations of carbon potentials of the С–О–Н–N gas mixture (combustion products of the methane-air mixture) and the solid phase (alloyed steel) is developed. Dependences describing the influence of the main parameters of heating the medium composition, flow rate, as well as their interaction, on metal losses associated with decarburization are obtained.Thermodynamic calculations of carbon potentials of alloyed steel and natural gas combustion products of different composition (α=0.2÷1.2), metal and combustion products temperatures of 1,100÷1,500 K are performed.Based on the analysis of the structure of the thermal and diffusion boundary layers, it is proved that the decrease in the temperature of the layer of combustion product flowing around the solid product and surface flow rate reduces the diffusion flow of carbon in the boundary layer. This effect reduces the decarburization of steel.It is found that when heating the heat unit according to the principle of indirect radiant heating (IRH) during the operation of the flat-flame burner, the main gas volume, localized at the metal surface, has a temperature significantly lower than the layer adjacent to the lining. This reduces the metal loss with decarburization compared with furnaces of the traditional heating system.Combustion of gas in flat-flame burners with an intense circulation of combustion products in the working space of the heat unit ensures that the heated products have a uniform composition of combustion products corresponding to a practically equilibrium one. This allows recommending flat-flame burners for widespread use in modern heat-power units in the industry, Разработан аналитический способ расчета химических потенциалов компонентов в системе газ-твердое, основанный на термодинамических расчетах углеродных потенциалов газовой смеси С-О-Н-N (продуктов сгорания метанно-воздушной смеси) и твердой фазы (легированной стали). Получены расчетные зависимости, описывающие влияние основных параметров нагрева состава среды, скорости обтекания, а также их взаимодействие, на потери металла, связанные с обезуглероживанием.Выполнены термодинамические расчёты углеродных потенциалов легированной стали и продуктов сгорания природного газа различного компонентного состава (α=0,2÷1,2), температур металла и продуктов сгорания 1100÷1500 K.На основе анализа структуры теплового и диффузионного пограничных слоев доказано, что уменьшение температуры слоя продуктов сгорания, омывающей твердое изделие, и скорости обтекания поверхности уменьшает диффузионный поток углерода в пограничном слое. Данный эффект способствует снижению обезуглероживания стали.Установлено, что при обогреве теплоагрегата по принципу косвенного радиационного нагрева (КРН) при работе плоскопламенной горелки, основной газовый объем, локализированный у поверхности металла, имеет температуру существенно меньшую, чем слой, прилегающий к кладке. Это уменьшает потери металла с обезуглероживанием по сравнению с печами традиционной системы обогреваСжигание газа в плоскопламенных горелках при интенсивной циркуляции продуктов сгорания внутри рабочего пространства теплоагрегата обеспечивает у нагреваемых изделий однородный состав продуктов сгорания, соответствующий практически равновесному. Это позволяет рекомендовать плоскопламенные горелки к широкому применению в современных энерготехнологических аппаратах в промышленности, Розроблено аналітичний спосіб розрахунку хімічних потенціалів компонентів в системі газ-тверде, заснований на термодинамічних розрахунках вуглецевих потенціалів газової суміші С-О-Н-N (продуктів згоряння метано-повітряної суміші) і твердої фази (легованої сталі). Отримано розрахункові залежності описують вплив основних параметрів нагріву складу середовища, швидкості обтікання, а також взаємодію на втрати металу, пов'язані з обзневуглецюванням.Виконано термодинамічні розрахунки вуглецевих потенціалів легованої сталі і продуктів згоряння природного газу різного компонентного складу (α=0,2 ÷ 1,2), температур металу і продуктів згоряння 1100÷1500 K.На основі аналізу структури теплового і дифузійного приграничних шарів доведено, що зменшення температури шару продуктів згоряння, що омиває тверде виріб, і швидкості обтікання поверхні зменшує дифузний потік вуглецю в приграничному шарі. Даний ефект сприяє зниженню зневуглецювання сталі.Встановлено, що при обігріві теплоагрегату за принципом непрямого радіаційного обігріву (НРО) при роботі плоскополум'яного пальника, основний газовий обсяг, локалізований у поверхні металу, має температуру істотно меншу, ніж шар, прилеглий до кладки. Це зменшує втрати металу з зневуглецюванням в порівнянні з печами традиційної системи обігрівуСпалювання газу в плоскополум'яних пальниках при інтенсивній циркуляції продуктів згоряння всередині робочого простору теплоагрегату забезпечує оброблюваних виробів однорідний склад продуктів згоряння, що є відповідним практично до рівноважного. Це дозволяє рекомендувати плоскополум'яні пальники до широкого застосування в сучасних енерготехнологічних апаратах в промисловості

The improved industrial sample of the rotor-pulse heat generator (RPH), integrated into the thermal heating systems of industrial buildings, was produced. Rotor-pulse generators do not occupy significant positions in the market of heating equipment because of the lack of reliable data on effectiveness of the use of such equipment in the thermal heating systems of industrial facilities.The design of the developed cavitation chamber was changed, parameters of the channels, located between the rotor and the stator, were determined. It was found that the optimal width of the gap between the rotor and the stator channels at maximum efficiency of 0.7 was 8–10 mm. When integrating the cavitation chamber of the RPH into the thermal system, the design of the heat exchanger "pipe-in-pipe" was changed into the plate one.Bench tests of energy efficiency of the thermal system operation were conducted. Indicators of energy efficiency of the system with the improved RPH were determined, the analysis was performed by comparing with analogues, described in the literature. It was proved that improvement of the thermal system allowed obtaining the improved indicators of energy efficiency. Bench testing showed that efficiency of the improved thermal system is by ≈17 % higher than efficiency of thermal systems based on the multi-stage RPH.The automatic system of monitoring and control of the thermal system with the use of vibration-frequency sensors for assessment of cavitation process effectiveness was developed. The conducted commissioning works made it possible to determine the possibility of applying the developed automatic system with appropriate software for monitoring and control of the thermal system operation.The obtained data of comparative analysis allow recommending the developed rotor-pulse heat generator as a credible alternative to the used thermal devices in thermal heating systems of industrial buildings., Изготовлен усовершенствованный промышленный образец роторно-импульсного теплогенератора (РИТ), интегрированный в тепловую систему отопления промышленного сооружения. Роторно-импульсные теплогенераторы не занимают существенных позиций на рынке отопительной техники по причине отсутствия достоверных данных об эффективности использования такого оборудования в тепловых системах отопления промышленных сооружений.Была изменена конструкция разработанной кавитационной камеры, определены параметры каналов, расположенных между ротором и статором. Установлено, что оптимальная ширина зазора между каналами ротора и статора при максимальном КПД 0,7 составила 8–10 мм. При интегрировании кавитационной камеры РИТ в тепловую систему была изменена конструкция теплообменника «труба в трубе» на пластинчатый.Проведены стендовые исследования энергоэффективности работы тепловой системы. Определены показатели энергоэффективности системы с усовершенствованным РИТ, выполнен анализ путем сравнения с аналогами, приведенными в литературе. Доказано, что совершенствование тепловой системы позволило получить улучшенные показатели энергоэффективности. Стендовые испытания показали, что КПД усовершенствованной тепловой системы на ≈17 % выше КПД тепловых систем на основе многоступенчатых РИТ.Разработана автоматическая система контроля и управления тепловой системой с использованием виброчастотных датчиков для оценки эффективности процесса кавитации. Проведённые пуско-наладочные работы позволили определить возможность применения разработанной автоматической системы с соответствующим программным обеспечением для контроля и управления работой тепловой системы.Полученные данные сравнительного анализа позволяет рекомендовать разработанный роторно-импульсный теплогенератор в качестве достойной альтернативы используемым теплоагрегатам в тепловых системах отопления промышленных зданий и сооружений, Виготовлений вдосконалений промисловий зразок роторно-імпульсного теплогенератора (РІТ), інтегрований в теплову систему опалення промислової споруди. Роторно-імпульсні теплогенератори не займають істотних позицій на ринку опалювальної техніки через відсутність достовірних даних про ефективність використання такого обладнання в теплових системах опалення промислових споруд.Була змінена конструкція розробленої кавтационной камери, визначені параметри каналів, розташованих між ротором і статором. Встановлено, що оптимальна ширина зазору між каналами ротора і статора при максимальному ККД 0,7 склала 8–10 мм. При інтегруванні кавітацiйної камери РІТ в теплову систему була змінена конструкція теплообмінника «труба в трубі» на пластинчастий.Проведено стендові дослідження енергоефективності роботи теплової системи. Визначено показники енергоефективності системи з удосконаленим роторно-імпульсним теплогенератором, виконаний аналіз шляхом порівняння з аналогами, приведеними в літературі. Доведено, що вдосконалення теплової системи дозволило отримати поліпшені показники енергоефективності. Стендові випробування показали, що ККД вдосконаленою теплової системи на ≈17% вище ККД теплових систем на основі багатоступеневих РІТ.Розроблено автоматичну систему контролю і управління тепловою системою з використанням віброчастотних датчиків для оцінки ефективності процесу кавітації. Проведені пуско-налагоджувальні роботи дозволили визначити можливість застосування розробленої автоматичної системи з відповідним програмним забезпеченням для контролю і управління роботою теплової системи.Отримані дані порівняльного аналізу дозволяє рекомендувати розроблений роторно-імпульсний теплогенератор як гідну альтернативу використовуваним теплоагрегатам в теплових системах опалення промислових будівель і споруд

Hydraulic calculation of the circulation unit of the appatatus with jet-injection gas filling is considered. Equations of the circulation unit of the apparatus with jet injection gas filling for the gas phase suspension regime along the height of the diplegs are obtained. The equation of the coefficient of hydraulic resistance of the circulation unit is obtained, and a method is developed for selecting a mixing device to overcome the hydraulic resistance in the circulation unit and gas filling of the diplegs

Hydraulic calculation of the circulation unit of the appatatus with jet-injection gas filling is considered. Equations of the circulation unit of the apparatus with jet injection gas filling for the gas phase suspension regime along the height of the diplegs are obtained. The equation of the coefficient of hydraulic resistance of the circulation unit is obtained, and a method is developed for selecting a mixing device to overcome the hydraulic resistance in the circulation unit and gas filling of the diplegs, Розглянуто гідравлічний розрахунок циркуляційного контуру апарату зі струменево-інжекційним газонаповненням. Отримано рівняння циркуляційного контуру апарату зі струменево-інжекційним газонаповненням для режиму підвішування газової фази по висоті опускних труб. Отримано рівняння коефіцієнту гідравлічного опору циркуляційного контуру, та розроблено методику підбору перемішуючого пристрою, який забезпечує подолання гідравлічного опору в циркуляційному контурі і газонаповнення опускних труб

We conducted experimental studies aimed at determining the purity of hydrogen obtained at the electrolysis installation made by Hydrogen Technologies (Norway) at the pipe plant Centravis Production Ukraine in the city of Nikopol, Ukraine.It was established that the determination of hydrogen purity and the degree of its purification from impurities (nitrogen) in microconcentrations involves two stages of measurements:− research into the presence of nitrogen in the samples of production hydrogen in the microconcentrations of [[N2] 0.001−0.01 % (rough estimate);− research into the presence of nitrogen in the samples of production hydrogen in the microconcentrations of [[N2] 0.001−0.01 % (fine assessment).We determined that the purity of production hydrogen, obtained during research, was 99.9±0.1 %. A given value for purity does not match certification indicators for purity of production hydrogen claimed by the manufacturer to equal 99.9999 %.We analyzed the reasons for the mismatch between the purity of obtained hydrogen and claimed characteristics. A detailed analysis revealed that the possible cause of high nitrogen concentration in hydrogen is the worn piston rings in the stage of compressor pistons, which causes the penetration of nitrogen in microconcentrations into production hydrogen. Piston rings in the compressor's stage were replaced. Repeated studies into purity of production hydrogen indicate that the purity of production hydrogen amounted to 99.99±0.01 %, which corresponds to the hydrogen of grade A., На діючій електролізній установці на водневій станції отримання водню виконані дослідження чистоти продукційного водню високого ступеню очищення на вміст у ньому мікроконцентрації азоту на рівні 0,00005−0,0001 %. Для достовірності контролю чистоти технічного водню застосована цифрова фільтрація сигналу хроматографа, що заснована на байєсовському підході при мовах априорної невизначеності результатів досліджень. Визначена чистота отриманого продукційного водню на відповідність сертифікаційним показниками чистоти водню марки А, На действующей электролизной установке водородной станции получения водорода выполнены исследования чистоты продукционного водорода высокой степени очистки на содержание в нем микроконцентрации азота на уровне 0,00005−0,0001 %. Для достоверности контроля чистоты технического водорода применена цифровая фильтрация сигнала хроматографа, основанная на байесовском подходе при условии априорной неопределенности результатов исследований. Определенна чистота полученного продукционного водорода на соответствие сертификационным показателями чистоты водорода марки А

To date, thermal rectors with submersible combustion devices with efficiency of more than 100 % relative to the lowest heat of combustion are known. This method of heating is more universal and energy efficient due to the absence of heat losses in transportation and maximum utilization of the carrier heat. This opens up broad prospects for the use of these energotechnological facilities in residential gas heating systems.This work has studied the effect of electromagnetic fields having intensity gradient in the direction of motion of the contacting phases on the process of mass transfer between counter-current-moving gas and liquid phases. It was shown that the optimal method of intensification of heat and mass transfer in the submerged combustion devices is oscillation of the contacting phases under action of an electric spark discharge. Design solutions were proposed for intensifying the heat and mass transfer process and increasing the energy efficiency of operation of thermal reactors with the submersible combustion devices.To evaluate the effect of magnetic and electric fields upon their application, it was proposed to use the developed vibrofrequency measuring transducer with a cylindrical-type resonator. Application of such control method makes it possible to measure total frequency-modular oscillations of the contacting phases. In this case, there is no need to control characteristics of magnetic and electric fields and assess their individual effects on the intensity of oscillations in the contacting gas-liquid phases., Аналитически и экспериментально исследовано влияние магнитных и электрических полей с градиентом напряжения в направлении движения контактирующих фаз газ-жидкость. Выполнен выбор наиболее эффективного метода воздействия на процесс тепломассообмена с целью повышения энергоэффективности аппаратов погружного горения. Предложен метод контроля колебаний в контактирующих фазах газ-жидкость с использованием измерительного преобразователя с цилиндрическим резонатором, Аналітично і експериментально досліджено вплив магнітних і електричних полів з градієнтом напруги в напрямку руху контактуючих фаз газ-рідина. Виконано вибір найбільш ефективного методу впливу на процес тепломасообміну з метою підвищення енергоефективності апаратів погружного горіння. Запропоновано метод контролю коливань у контактуючих фазах газ-рідина з використанням вібраційного вимірювального перетворювача з циліндричним резонатором

We examined the formation of oscillations of contacting phases (gas–fluid) in the thermal reactors, equipped with submerged combustion apparatuses, with the help of the cyclic input of energy for the intensification of heat-mass-exchange processes and improvement in the energy efficiency of their operation. It is established that the cyclic input of external energy increases the mass transfer by 2–2.5 times, as well as energy effectiveness of the process as a whole. A distinctive feature of the thermal reactor with the cyclic input of energy is in the fact that the air, preheated in the thermal installation with SCA that works on the principle of a "vapor pump", enters the upper and lower collectors of SAD. In this case, the air is dispersed depending on the angle of blade rotation, which contributes to the turbulization of phase boundary, which improves energy efficiency of the reactor operation.Based on the conducted studies, we designed a thermal reactor with the built-in submerged combustion apparatuses and the cyclic input of external energy for creating the turbulent pulsations that works on the principle of a "vapor pump". The performance characteristics of the device with the cyclic input of external energy were determined based on the obtained results. The developed thermal reactor makes it possible to control the process of heating and can be easily modified, depending on the technological requirements. The energy-technological indicators of the designed thermal reactor meet the world requirements: the content of nitrogen oxides does not exceed 56.8 mg/m3 at high-temperature water heating – to 70–80 °С. The thermodynamic efficiency of the thermal reactor operation reaches 98.6 % (by direct balance)., Исследовано создание колебаний контактирующих фаз (газ – жидкость) в тепловых реакторах, оборудованных аппаратами погружного горения, с помощью циклического ввода энергии для интенсификации тепломассообменных процессов и повышения энергоэффективности их работы. Аналитически и экспериментально определены характеристики процесса и их влияние на интенсивность турбулентных пульсаций. Предложена и исследована конструкция теплового реактора, оборудованная аппаратом погружного горения с циклическим вводом внешней энергии, Досліджено утворення коливань контактуючих фаз (газ – рідина) в теплових реакторах, обладнаних апаратами зануреного горіння, за допомогою циклічного вводу енергії для інтенсифікації тепломасообмінних процесів і підвищення енергоефективності їх роботи. Аналітично і експериментально визначено характеристики процесу і їх вплив на інтенсивність турбулентних пульсацій. Запропонована і досліджена конструкція теплового реактора, обладнаного апаратом зануреного горіння з циклічним введенням зовнішньої енергії