Оптимизация параметров теплообменных аппаратов систем воздушного отопления

• Автор: Мелехин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.23.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение. Общая характеристика работы
ГЛАВА 1. Методы и критерии совершенствования
теплообменных аппаратов
1.1. Обзор методов оптимизации теплообменных поверхностей теплообменных аппаратов
1.2. Выбор критериев оптимальности для совершенствования теплообменных аппаратов систем воздушного отопления зданий
1.3. Выводы по главе
ГЛАВА 2. Разработка математической модели оптимизации параметров теплообменных аппаратов
2.1. Техническая постановка задачи исследования. Исходные данные. Критерии оптимальности. Ограничения на параметры процесса
2.2. Основные уравнения, описывающие теплообменные процессы.
Пути интенсификации теплопередачи. Интенсификация теплопередачи за счет оребрения стенок
2.3. Постановка математической модели процесса теплообмена на оребренной поверхности теплообменного аппарата систем воздушного отопления зданий
2.4. Выбор граничных условий для постановки
математической модели
2.5. Выбор решения многопараметрической задачи оптимизации процесса теплообмена
2.6. Алгоритм решения. Описание метода решения
2.7. Тестирование модели и анализ результатов
2.8. Выводы по главе
ГЛАВА 3. Исследование процесса теплообмена
на основе визуализации тепловых полей
3.1. Задачи экспериментального исследования процесса теплообмена

3.2. Экспериментальная установка для исследования процесса теплообмена
3.3. Методика проведения исследований
3.4. Исследование температурного поля теплообменных поверхностей методом визуализации
3.5. Проверка сходимости результатов расчета по математической модели и по теоретическим зависимостям
3.6. Оценка погрешностей при экспериментальном исследовании
3.7. Выводы по главе
ГЛАВА 4. Анализ экономической эффективности результатов исследований
4.1. Исследование влияния изменения параметров теплообменного аппарата на металлоемкость и стоимость
4.2. Выводы по главе
Основные выводы и результаты
Список литературы
Приложения
№1 Акты внедрения
№2 Тепловизионные фотографии
№3 Данные тепловизионных фотографий
№4 Данные расчета математической модели

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Проведение прикладных научных исследований для оптимизации основных параметров теплообменных аппаратов обусловлено требованиями по энергосбережению в системе теплоснабжения потребителей (Федеральный закон РФ №261 от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении, и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ», ГОСТ Р 51380-99 «Энергоснабжение»).
Использование системы автоматизированного проектирования для этих целей связано с решением ряда проблем, среди которых разработка новых математических моделей, адекватных реальным процессам, и информационное обеспечение математических моделей эмпирическими данными параметров теплообменных аппаратов и процессов.
Решение задач усложняется тем, что в большинстве случаев имеются недостаточные по объему экспериментальные данные, исключающие возможность создания точных математических моделей.
Сложность разработанных достоверных методик обусловливает значительные затраты средств и времени при проведении оптимизации основных параметров теплообменных аппаратов систем воздушного отопления зданий. Поэтому разработаны методики, позволяющие на начальном этапе их проектирования выполнить анализ расчетов с целью уточнения области оптимальных решений параметров и конструктивных элементов [42,73].
Для исследования теплообменных аппаратов как сложной технической системы использованы новые методы математического моделирования с оптимизацией параметров процесса теплообмена на базе визуализации тепловых полей. Разработанный комплексный метод исследований позволяет решать данные задачи по оптимизации параметров теплообменных аппаратов систем воздушного отопления [48,49,54].

хГ<х<хГ, (2.16)
jriR -35 < Ux < 10,
45 < U2 < 95,
r = r0; 3 = 30; r — r0'; §0, X = const.

Задача поиска оптимальной высоты ребра сводится к нахождению хей в случаях, когда
Jl(xl
Таким образом, задачу можно сформулировать в следующем виде: требуется найти такие управляемые параметры элемента теплообменного аппарата (высоты ребра), которые являются оптимальными с точки зрения выбранных критериев при заданных ограничениях.
В основу математической модели положены уравнения Бесселя, описывающие распределения температур на наружной поверхности ребра [58,67, 68].
Модифицированное уравнение Бесселя для радиального ребра прямоугольного профиля имеет вид
2 d2§ <73 2 2п л
Г —г + г——тгЪ = 0, (2.18)
dr dr v J

<2Л9>
где т - безразмерный комплекс; a - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к воздуху, Вт/(м2-°С); X - теплопроводность ребра, Вт/(м-°С); 50 - толщина ребра, м.
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к воздуху, Вт/(м2-°С):
NuB -V,
у-. (2.20)