Отзыв оппонента 2 (Повышение энергетической эффективности производства карбида кремния на основе моделирования плавильного процесса)

отзыв официального оппонента на диссертацию Закожурниковой Галины Сергеевны «Повышение энергетической эффективности производства карбида кремния на основе моделирования плавильного процесса», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.04 — «Промышленная теплоэнергетика» Актуальность работы тепломассообмена, экспериментальных математического моделирования, методы исследований.

Экспериментальные исследования используются для верификации разработанной автором математической модели. В последнее время расширяются сферы применения карбида кремния и увеличивается потребность в его производстве. Само производство требует больших затрат электроэнергии. Диссертационная работа Закожурниковой Г.С. посвящена повышению энергетической эффективности производства ЯС в электрической печи сопротивления через совершенствование технологического процесса на основе анализа результатов моделирования процессов тепломассообмена, сопровождающих производство карбида кремния. Актуальность диссертационной работы Закожурниковой Г.С.

определяется: — необходимостью физического и математического описания и изучения совокупности физико - химических явлений, протекающих в печах сопротивления для производства карбида кремния; — необходимостью создания математических моделей тепломассопереноса, позволяющих решать задачу улучшения режимов работы технологических печей; — возможностью достижения экономии энергетических ресурсов.

В работе использованы фундаментальные методы теории Содержание работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы включающего 103 наименования и приложений. Во введении автором обоснована актуальность темы работы, сформулированы цели исследования, научная новизна, практическая значимость и положения выносимые на защиту; обоснована достоверность полученных результатов и выводов по работе, указан личный вклад автора; приведены сведения о научных публикациях и об апробации результатов диссертации. В первой главе диссертации рассмотрены химические основы получения карбида кремния, а также представлены варианты технологии получения ЯС в существующих печах сопротивления различных конструкций.

По результатам обзора литературных источников сформулированы выводы и поставлены задачи исследования. Во второй главе рассмотрены существующие математические модели процессов взаимосвязанного тепло- и массопереноса получения карбида кремния. Показано, что отсутствуют модели, учитывающие в совокупности тепломассоперенос в пористой среде с химическими реакциями, фильтрацию и влагоудаление в ходе процесса плавки ЯС. В третьей главе приводится общая модель тепломассопереноса в электрических печах сопротивления при производстве карбида кремния. Разработанная математическая модель является комплексной, описывающей частные взаимосвязанные процессы: - нестационарный процесс теплопроводности; - сушку; - распределение давления газов в шихте и фильтрацию газа; — подвод теплоты за счет внутреннего нагрева керна электрическим током; - теплоту химических реакций.

В чеиыертой главе проведена верификация отдельных составляющих математической модели (подмоделей). Продемонстрирована их работоспособность. Представлены экспериментальные данные по измерению давления в печи и по выделению газов из печи в процессе получения карбида кремния. В пятой главе приведены результаты экспериментальных и расчетных исследований нестационарных температурных полей при производстве карбида кремния. Составлена математическая модель, представляющая собой систему уравнений в частных производных, замыкающих соотношений, начальных и граничных условий, необходимых для решения задачи. На основании модели построен алгоритм, позволяющий получить основные характеристики процесса.

На основе алгоритма разработана программа в среде МаВсад, предназначенная для расчета и анализа тепловых процессов в печи для производства карбида кремния. Проведены численные эксперименты, позволяющие сократить количество промышленных экспериментов, что приведет к экономии энергетических ресурсов и уменьшению вредных выбросов в окружающую среду. Полученные результаты расчетов позволяют рекомендовать разработанную программу для анализа влияния процессов фильтрации и влагопереноса на температурные поля в печах. Приведены результаты численных расчетов экономии электрической энергии и определена величина этой экономии.

Приведены расчеты по снижению мощности на 1 МВт после 10 часов плавки и показана экономия в размере 14 МВт ч электроэнергии за один цикл работы печи. Научная новизна и значимость полученных результатов определяются: 1. Разработанной и верифицированой математической моделью процесса производства карбида кремния, учитывающей перенос тепла в пористой среде теплопроводностью с внутренними источниками тепла, фильтрацию газа, перенос теплоты излучением и химические реакции, сопровождающие процесс карбидообразования. 2. Полученными новыми данными, определяющими влияние различных явлений, таких, как влагоперенос и фильтрация в шихте, на температурные поля в печи сопротивления.

3. Полученными результатами численных экспериментов, на основе которых показана возможность уменьшения потребления электроэнергии на завершающем этапе процесса образования карбида кремния без сокращения размеров реакционной зоны. Практическая значимость работы заключается в следующих основных результатах диссертационных исследований: 1. Приведена количественная оценка снижения удельной энергоемкости продукции в процессе производства карбида кремния посредством выбора оптимального режима подвода электроэнергии. Полученные результаты могут быть использованы непосредственно на производстве, что приведет к отказу от дорогостоящих и трудоемких промышленных экспериментов и снижению потребления электроэнергии. 2.

Автором проведены исследования, которые могут быть использованы при проектировании печей сопротивления с целью выбора геометрических параметров реакционной зоны и предельной мощности установки. 3. Разработанное автором программно-алгоритмическое обеспечение на основе предложенной математической модели, может использоваться при выборе режима плавки и состава шихты с целью повышения энергетической эффективности технологического процесса получения карбида кремния. Достоверность результатов диссертации Достоверность полученных в диссертационной работе результатов подтверждается хорошим совпадением численных расчетов с данными промышленных экспериментов. Апробация работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались на многочисленных научных конференциях, включая международные.

Всего по результатам работы опубликованы семнадцать научных трудов, четыре из которых в журналах, входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ. Автореферат полностью отражает основное содержание диссертации. Замечания и вопросы по содержанию диссертационной работы: 1. Не понятно, эффективный коэффициент теплопроводности рассчитывается по формуле, предложенной автором, или по известной из литературы (формула 3.50)? Во втором случае должна быть ссылка. 2. Каким образом при определении эффективного коэффициента теплопроводности учитывалась конвективная составляющая процесса передачи теплоты, наличие которой оговаривается в литературном обзоре (стр.45)? 3.

В порах шихты находятся различные газы, Они не все диатермичны. Как учитывалось излучение трехатомных газов? Если нет, то в описании модели должно быть допущение. 4. Решение системы дифференциальных уравнений производится при граничных условиях 3 рода (стр.96). Как был определен коэффициент теплоотдачи? 5. Основным показателем энергоэффективности работы установки является КПД, определяемый на основе теплового баланса печи.

В диссертации нет балансовых расчетов. Не оценено влияние предлагаемых мероприятий на КПД установки 6. Какова погрешность эксперимента (рис.5.2. и 5.4)? 7. По моему мнению, литературный обзор необоснованно растянут на две главы. 8. Некорректное оформление списка литературы. Заключение по работе Приведенные замечания не затрагивают существа основных положений„ выводов и рекомендаций диссертации, являющейся самостоятельным завершенным научным трудом. Официальный оппонент кандидат технических наук, доцент кафедры «Энергетика теплотехнологий и газоснабжение» ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И.

Ленина», 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д.34, е-та11: 1со11-ЬаЬа(®та11.гп тел.: (4932)269615 8 -910-685-73-36 Колибаба ОльгаБорисовна Подпись О.Б. Колибабы з Ученый секретарь Совета 03.12.2015г. О.А. Ширяева На основании проведенных автором экспериментальных и расчетных исследований предложены энергосберегающие разработки по совершенствованию режимов работы электрических печей сопротивления для получения карбида кремния, вносящие реальный вклад в развитие теории и практики плавильного производства. Представленная диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены новые научно обоснованные технические и технологические решения и разработки, имеющие существенное значение для развития страны, и она отвечает требованиям п. 9 «Положения о присуждении ученых степеней», утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 24 сентября 2013 г.

Х 842, а ее автор, Закожурникова Галина Сергеевна, заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.04 «Промышленная теплоэнергетика». .