Метод расчета радиационного теплообмена в топках котлов при сжигании твердого топлива

• Автор: Якупов, Алик Адикович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Глава I. Уравнение переноса энергии излучения
§1.1. Вывод уравнения переноса энергии излучения
§1.2. Радиационные свойства дисперсной среды
§1.3. Радиационные свойства изолированной частицы
§1.4. Распределение частиц дисперсной фазы по размерам
Глава II Решение уравнения методом сферических гармоник
§2.1. Свойства сферических функций. Преобразование уравнения переноса энергии излучения
§2.2. метод сферических гармоник.
§2.3. Д-приближение метода сферических гармоник
§2.4. Граничные условия Д- приближения метода сферических гармоник
§ 2.5. Алгоритм решения систем уравнений
§ 2.6. Блок схема решения уравнения переноса энергии излучения
Глава III Численное исследование радиационных свойств топочных газов и радиационных тепловых потоков.
§3.1. Исходные данные, принятые при выполнении расчетных исследований.
§3.2. Радиационные свойства дисперсной фазы продуктов сгорания.
§3.3. Распределение радиационных тепловых потоков к стенкам парогенерирующих групп.
Основные выводы диссертационной работы
Литература

Актуальность темы. Рабочая среда многих энергоустановок представляет двухфазную (дисперсную) среду. В то время как дисперсные рабочие тела в ракетных двигателях твердого топлива являются естественными продуктами сгорания смесевых твердых топлив, в авиационных двигателях и в двигателях внутреннего сгорания образование дисперсной фазы представляет серьезную экономическую и
экологическую проблему, в значительной мере определяющую конкурентоспособность изделия.
Наличие дисперсной фазы существенно увеличивает излучательную способность пламени. Излучение продуктов сгорания приобретает сплошной характер на селективном фоне поглощения газов. Присутствие &-фазы приводит к усложнению методики расчета переноса энергии излучения ввиду необходимости учета рассеяния тепловых
(электромагнитных) волн на фазовых неоднородностях среды. Расчет переноса энергии излучения в дисперсных средах базируется на решении кинетического уравнения Больцмана.
Для решения уравнения переноса излучения выбран метод сферических гармоник. Для практических расчетов радиационного теплообмена в энергоустановках используют низкое Р
Дз - приближения метода сферических гармоник. Однако сравнение Р - и Дз - приближений в топках котлов показывает отличие результатов более чем в 1,5 раза. Поэтому имеется необходимость совершенствование метода расчета радиационного теплообмена в объёмах прямоугольной геометрии со сложным распределением параметров среды.
Цель работы. Расчетное исследование радиационных свойств
дисперсной фазы продуктов сгорания твердых топлив в энергетических котлах. Исследование ограничения порядка разложения в методе сферических гармоник в объемах трехмерной прямоугольной геометрии с учетом распределения параметров, приближенных к реальным. Сопоставление результатов с данными полученными низкими нечетными приближениями.
Научная новизна. Установлено что, Р$- и Р$- приближения метода сферических гармоник являются достаточными, обеспечивающими точность расчета плотности радиационных тепловых потоков к стенке топки котла. Расчетным путем получены основные закономерности радиационных свойств дисперсной фазы топочных газов. Разработан алгоритм разложения интегро-диффрениального кинетического уравнения Больцмана в Рп -приближении метода сферических гармоник. Получена система дифференциальных уравнений в Р$ -приближении метода сферических гармоник, как для ядра потока, так и для граничных условий. Разработан алгоритм и программный комплекс расчета радиационных тепловых потоков qr, получено распределение qr на поверхностях стенок топок энергетического котла.
На защиту выносятся:
1. алгоритм решения интегро-диффрениального кинетического уравнения Больцмана в Рп - приближении метода сферических гармоник;
2. система дифференциальных уравнений Р$ -приближения метода сферических гармоник для ядра потока и граничных условий;
3. векторно-матричное представление систем уравнений;
4. Результаты исследования радиационных свойств дисперсной фазы топочных газов.
5. распределение радиационных тепловых потоков к стенкам поверхности излучающего объема.
Практическая ценность. Результаты исследований позволяют сделать обоснованный вывод о возможности ограничения порядка