Developing and Studying a Model of Thermal Field within the Pyrolysis Regenerator Reaction Chamber

Authors

  • V. A. Glushkov Kalashnikov ISTU
  • V. G. Gravshin Kalashnikov ISTU

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2018-4-208-216

Keywords:

non-steady heat transfer, pyrolysis regeneration, long RC line, fractional-order differential equation, finite elements method, schematic modeling

Abstract

The paper considers an approach to model the dynamics of heat propagation through homogeneous material within the pyrolysis regenerator reaction chamber with due account for the heaters located inside the chamber. The following ways to estimate thermal fields are considered: analytical solution (direct solution of Fourier partial differential equation), numerical solution (finite difference method, finite elements method), using equivalent circuits, computer simulation. It is shown that this dynamics is described by fractional-order differential equations. The form of the equations that specify the dependencies between the currents through the branches of the electrical circuit and the voltages at its nodes is just like the form of the equations that set the relations between the heat flux through a media and the temperatures of its certain points. Hence, the solution of the differential equation is replaced by simulation of time-domain operation of the electric circuit. Thermal conductivity schematic models are proposed for such space elements as the rod and the corresponding plane element, the column and the spatial region. These elements are used to simulate non-steady heat transfer through the medium. The schematic modeling validity is proved by means of special software performing classical finite element method.

Author Biographies

V. A. Glushkov, Kalashnikov ISTU

PhD in Engineering, Associate Professor

V. G. Gravshin, Kalashnikov ISTU

Post-graduate

References

Глушков В. А. Анализ проблемы поиска альтернативы нефти и природному газу. М. ; Ижевск : Изд-во НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2007. 200 с.

Технологические режимы получения энергоносителей путем переработки биомассы : монография / В. А. Глушков, В. П. Тарануха, А. Ю. Печенкин, И. Г. Русяк. Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2011. 112 с.

Задачник по технической термодинамике и теории тепломассообмена : учеб. пособие / В. Н. Афанасьев, С. И. Исаев, И. А. Кожинов и др.] ; под ред. В. И. Крутова и Г. Б. Петражицкого. 2-е изд., стер. СПб. : БХВ-Петербург, 2011. 384 с.

Теплотехника : учебник для вузов / В. Н. Луканин, М. Г. Шатров, Г. М. Камфер [и др.] ; под ред. В. Н. Луканина. 6-е изд., стер. М. : Высш. шк., 2008. 671 с.

Теоретические основы термодинамики и теплопередачи : учеб. пособие / А. Н. Ларионов [и др.]. Воронеж : Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра Первого, 2015. 200 c. URL: http://www.iprbookshop.ru/72761.html. ISBN 978-5-7267-0836-2.

Перевозчиков С. М., Загребин Л. Д., Артанов А. М. Определение температуропроводности для образцов в форме цилиндра // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2016. № 2. С. 72-74.

Кузнецов Г. В., Шеремет М. А. Разностные методы решения задач теплопроводности : учеб. пособие. Томск : Изд-во ТПУ, 2007. 172 с.

Попов Д. Н., Диденко В. Н., Касимов Р. З. Методика численного моделирования фазовых переходов теплоаккумулирующих материалов, заключенных в двумерный объем // Интеллектуальные системы в производстве. 2015. № 1. С. 26-30.

Решение задач теплопроводности методом конечных элементов : учеб. пособие / Н. П. Жуков, Н. Ф. Майникова, С. С. Никулин, О. А. Антонов. Тамбов : Изд-во ТГТУ, 2014. 80 с.

Дульнев Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре : учебник для вузов по специальности «Конструирование и производство радиоаппаратуры». М. : Высш. шк., 1984. 247 с.

Sierociuk D. Diffusion process modeling by using fractional-order models, Appl. Math. Comput. (2014), http://dx.doi.org/10.1016/j.amc.2014.11.028.

Решение задач теплопроводности методом конечных элементов.

Шутов В. С. К расчету температурного поля продуктов сгорания в дымовых трубах теплогенерирующих установок // Интеллектуальные системы в производстве. 2016. № 1. С. 96-99.

Володин В. Я. LTspice: компьютерное моделирование электронных схем / Санкт-Петербург : Изд-во БХВ-Петербург, 2010. 400 с.

Sierociuk D. Diffusion process modeling by using fractional-order models, Appl. Math. Comput. 2014. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.amc.2014.11.028.

Sierociuk D. Diffusion process modeling by using fractional-order models, Appl. Math. Comput. 2014. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.amc.2014.11.028.

Published

25.02.2019

How to Cite

Glushkov В. А., & Gravshin В. Г. (2019). Developing and Studying a Model of Thermal Field within the Pyrolysis Regenerator Reaction Chamber. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 21(4), 208–216. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2018-4-208-216

Issue

Section

Articles