Исследование и гидродинамические расчеты внутрискважинных теплообменников с продольными ребрами

• Автор: Алхасова, Джамиля Алибековна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В РЕГИОНАХ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА
1.1. Перспективы вовлечения ресурсов низкопотенциальных термальных вод в топливно-энергетический баланс Юга России

1.2. Применение скважинных теплообменников для подогрева приповерхностных термальных вод
1.3. Использование скважинных теплообменников в системах отопления и горячего водоснабжения совместно с теплонасосными установками и задачи исследования
ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ СЪЕМА ТЕПЛА ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД
2.1. Сравнение расчетных и конструктивных характеристик различных типов теплообменных аппаратов
2.2. Расчет прямоточного внутрискважинного теплообменника
2.3. Расчет противоточного внутрискважинного теплообменника для нагрева пресной воды
2.4. Расчет прямоточного внутрискважинного теплообменника для нагрева пресной воды
ГЛАВА 3. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА ПРОДОЛЬНЫМ ОРЕБРЕНИЕМ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
3.1. Теплопередача через ребристую стенку. Вывод уравнения теплопроводности для ребра постоянной толщины в установившемся режиме
3.1.1. Осреднение температуры ребра по поперечному сечению
3.1.2. Понятие температурного пристеночного слоя
3.2. Схема сосредоточенной емкости

3.3. Расчет гидравлических сопротивлений оребренных поверхностей
ГЛАВА 4. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОТ ВНУТРЕННЕГО ПОТОКА К ВНЕШНЕМУ ПОТОКУ С УЧЕТОМ ТОЛЩИН ТРУБЫ И РЕБРА
4.1. Ребро неограниченной высоты
4.2. Ребро конечной высоты
4.3. Контактная задача
4.3.1. Часть 1 — решение для ребра
4.3.2. Часть 2 - решение для куска трубы
4.4. Решение контактной задачи установившегося распределения температур с учетом числа ребер и толщины теплопередающей трубы
4.4.1. Часть 3 - решение для куска трубы между ребрами
ГЛАВА 5. КОНЕЧНО-РАЗНОСТНЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ
5.1. Основные понятия метода конечных разностей, описание сеточной области и разностной задачи
5.2. Конечно-разностная схема для прямоугольного ребра. Применение метода матричной прогонки
5.3. Применение метода поперечно-продольной прогонки для элемента симметрии
5.4. Разностная задача для определения эффективности оребрения внутренней поверхности для теплопередачи через неподвижную кольцевую среду
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В современных энергетических устройствах и технологической аппаратуре большую роль играют теплообменные процессы. Теплообмен между двумя теплоносителями, разделенными твердой стенкой, включает в себя все известные способы передачи тепла. Знание механизма протекания процессов теплообмена и умение, в частности, надежно рассчитывать теплообмен и гидравлические потери в них необходимо как для проектирования энергетических устройств, так и для разработки надежной системы автоматического управления. Поэтому исследование процесса теплообмена и гидродинамики при течении однофазных теплоносителей в трубах и каналах и разработка методики их расчета представляют актуальную для инженерной практики задачу.
При строительстве новых геотермальных скважин перспективным является устройство в верхней части скважин внутрискважинных теплообменников типа «труба в трубе», что позволяет решать проблемы, связанные с эксплуатацией обычных теплообменников. Внутрискважинные теплообменники проще в исполнении, надежны в эксплуатации, капитальные затраты, связанные с их обустройством, не превышают затрат по изготовлению кожухотрубных теплообменников. В зависимости от параметров теплоносителей, высота скважинных теплообменников может варьироваться в различных пределах. Снижение массогабаритных характеристик теплообменных аппаратов является актуальной проблемой. Наиболее перспективный путь ее решения - интенсификация теплообмена.
В качестве одного из способов интенсификации процесса теплообмена может выступать продольное оребрение теплопередающей поверхности. Ореб-рение скважинных теплообменников продольными ребрами позволяет увеличить площадь теплопередающей поверхности вследствии чего растет общий тепловой поток от греющего теплоносителя к нагреваемому теплоносителю, циркулируемому за внешней оребренной поверхностью в коаксиальном зазоре теплообменника. Следует отметить, что прямой пропорции роста потока тепла в зависимости от роста площади поверхности нет, так как температура ребер

ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ СЪЕМА ТЕПЛА ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД
Целью данной главы является создание надежных аналитических методик расчета изменения температуры потоков, обусловленных теплообменом между ними и основанных на точных решениях дифференциальных уравнений.
2Л. Сравнение расчетных и конструктивных характеристик различных типов теплообменных аппаратов.
В настоящее время в энергетике России в основном продолжают использоваться гладкие кожухотрубные теплообменные аппараты, имеющие значительные размеры, высокую степень загрязняемости и малый срок службы трубного пучка [31]. Широкое применение трубчатых теплообменников объясняется их значительно меньшей стоимостью и простотой изготовления по сравнению с пластинчатыми аппаратами, а также возможностью работы при более высоких температуре и давлении. Но трубчатые аппараты менее компактны, а также в ряде случаев межтрубное пространство трудно поддается очистке. Поэтому в последние годы намечается тенденция к замене трубчатых теплообменников пластинчатыми. Это хорошо видно на примере широко используемых в нашей стране теплообменных аппаратов систем отопления и горячего водоснабжения. Принято считать, что разработанные фирмой «Альфа Лаваль» пластинчатые разборные аппараты примерно в 3 раза менее объемны по сравнению с соответствующими создаваемыми в настоящее время трубчатыми аппаратами той же производительности [34]
Опыт эксплуатации геотермальных энергетических установок свидетельствует о том, что снижение надежности оборудования обусловлено главным образом разрушением конструкционных материалов под воздействием геотермального теплоносителя и образований твердых отложений в элементах технологических схем. Около половины всех повреждений вызвано коррозией и примерно пятая часть - отложениями солей [80].