Повышение эффективности теплонасосных установок на основе численного и физического моделирования

• Автор: Гуреев, Виктор Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 416 с. : ил.

Содержание

Условные обозначения

Введение

Глава 1. Теоретические основы работы тепловых насосов

1.1. Общие сведения о работе теплового насоса

1.2. Источники низкопотенциальной теплоты

1.3. Перспективы применения альтернативных рабочих тел в тепловых насосах

1.4. Опыт применения ПТНУ с электрическим приводом в России и зарубежом

1.5. Опыт применения ПТНУ с приводом от ДВС

1.6. Опыт использования газовых теплонасосных установок

1.7. Обзор программных комплексов для термогазодинамических расчетов энергетических установок
1.8. Анализ причин снижения эффективности ТНУ
Глава 2. Программный комплекс «Поток» для численного моделирования термогазодинамических процессов в ТНУ
2.1. Общее описание
2.2. Основные элементы модернизации программного комплекса «Поток»
2.3. Основные уравнения, используемые в программном комплексе ПОТОК
2.3.1. Уравнение первого закона термодинамики
2.3.2. Уравнение энергии
2.3.3. Уравнение адиабаты
2.3.4. Уравнение расхода
2.3.5. Уравнение импульсов
2.3.6. Уравнение термодинамического равновесия рабочего
тела (подпрограмма ОАУТЫА)
2.3.7. Уравнение для расчёта степени сухости газа при расширении
2.3.8. Уравнение для расчёта расхода топлива в камере сгорания
2.4. Вычисление величин термодинамических функций для газообразных рабочих тел
2.4.1. Теплоёмкость при постоянном давлении СР
2.4.2. Энтальпия газа (удельная) Н
2.4.3. Энтропия газа ь (удельная)
2.4.4. Теплота конденсации г (подпрограмма ТЕРЫБ)
2.4.5. Термодинамические параметры реальных газов
2.4.6. Программа расчёта термодинамических функций для газов (подпрограмма ЕЦМК21)

2.5. Вычисление величин термодинамических функций для
жидких рабочих тел (подпрограмма T_FULI)
2.6. Вычисление величин термодинамических функций для двухфазных рабочих тел
2.6.1. Расчёт термодинамического равновесия смеси из
нескольких компонентов (подпрограмма RKOND)
2.6.2. Расчёт энтальпии по температуре и давлению
(подпрограмма Т_Н)
2.6.3. Расчёт температуры по заданной энтальпии и давлению (подпрограмма Н_Т)
2.6.4. Расчёт энтропии по температуре и давлению
(подпрограмма T_S)
2.6.5. Расчёт температуры по заданной энтропии и давлению (подпрограмма S_T)
2.6.6. Расчёт давления по заданной энтропии и температуре (подпрограмма P_S_T)
2.6.7. Расчёт давления по заданной энтропии и энтальпии (подпрограмма P_S_H)
2.6.8. Расчёт удельного объёма моновещества по температуре и давлению (подпрограмма RASV)
2.6.9. Расчёт плотности рабочего тела по температуре и давлению (подпрограмма PLOT)
2.6.10. Расчёт давления по заданной плотности и температуре (подпрограмма PROT)
2.6.11. Расчёт давления по заданной плотности и энтальпии (подпрограмма P_RO_H)
2.7.Системы уравнений
2.7.1. Расчёт параметров потока в критическом сечении сопла (подпрограмма KRPAR)
2.7.2. Расчёт статических параметров газового потока (подпрограмма BSP)
2.7.3. Расчёт равновесного расширения конденсируемого газа (подпрограмма RRAS)
2.7.4. Расчёт скачка конденсации (подпрограмма SKKON)
2.7.5. Расчёт расширения потока в конденсационной турбине (подпрограмма RASKT)
2.8. Алгоритмы описания узлов энергоустановок
2.8.1. Входное устройство (подпрограмма WXOD)
2.8.2. Впрыск жидкости (подпрограмма WPRISK)
2.8.3. Камера сгорания (подпрограмма KAMSG)
2.8.4. Теплообменник контактный (подпрограмма KONDK)
2.8.5. Магистраль (подпрограмма MAGISTR)
2.8.6. Разделение потока (подпрограмма RPOT)
2.8.7.0тбор (подпрограмма OTBOR)

2.8.8. Подвод (подпрограмма PODWOD)
2.8.9. Методика расчета теплообменного аппарата (подпрограмма ТЕРЬО)
і 2.8.10. Методика расчета дросселя (DROSSEL)
| 2.8.11. Расширение потока жидкости (подпрограмма RPG)
I 2.8.12. Двигатель (подпрограмма DWIG).
: 2.8.13. Методика расчета компрессора
2.9. Подготовка входных данных
2.9.1. Файл описания установки
2.9.2. Файл описания задачи
2.9.2.1. Файл описания задачи «Расчет характеристики»
2.9.2.2. Файл описания задачи «Расчет неустановившегося режима»
2.9.2.3. Файл описания задачи «Расчет охлаждения в
холодильной камере»
2.9.3. Файл характеристик узлов установки
2.9.4. Файл наименований параметров
2.9.5. Данные аппроксимации характеристик узлов
2.10. Результаты расчетов
2.10.1. Результаты расчётных задач
2.10.2. Результаты расчета после аппроксимации характеристики
2.11. Методика представления термодинамических и теплофизических функций
Глава 3. Парокомпрессионные теплонасосные установки с
электрическим приводом
3.1. Традиционная методика расчета парокомпрессионных ТНУ.
3.2. Методика расчета параметров парокомпрессионных теплонасосных установок
3.2.1. Постановка задачи проектирования ПТНУ
3.2.2. Выбор марки рабочего тела
3.2.3. Выбор основных параметров ПТНУ
3.2.4. Описание метода проектирования ПТНУ с использованием результатов численного анализа их параметров, полученных с использованием программного комплекса «ПОТОК»
3.3. Вычислительная модель ПТНУ с электроприводом в
программном комплексе «Поток»
3.4. Экспериментальный стенд для исследования характеристик ПТНУ с электрическим приводом
3.5. Анализ результатов численных и экспериментальных
исследований теплотехнических параметров ПТНУ с электрическим приводом

Так как» металлургия является > основным потребителем энергии в промышленности США, она использует около 6% всей» энергии, расходуемой в стране, или около 17% от всей потребности в энергии промышленности' [21].
Хотя результаты энергосбережения в металлургии ведущих капиталистических стан весьма значительны, резервы в этой области далеко не исчерпаны. По термодинамическому минимуму только*производство чугуна требует больших затрат энергии, в остальных процессах они могут быть незначительными.
Термодинамический минимум: производство стали из железной руды составляет 240 кг у.т./т., для производства стали из металлолома - 24 кг у.т./т. [22]. Отсюда видно, что энергетически производство стали из вторичного сырья на много выгоднее.
В работе [23] приведены результаты оценки резервов повышения продуктивности использования энергоресурсов в черной металлургии методом сопоставимых затрат.
Задачей энергетического анализа является ранжирование процессов в металлургии по значимости, то есть выделение тех из них, сбережение в которых принесет больший эффект. В работе [24] приведено сопоставление удельных расходов энергоресурсов на производство 1 тонны полуфабрикатов в черной металлургии, представленное в табл. 1.2.5.
Из анализа таблицы видно, что почти во всех процессах имеются значительные резервы экономии энергоресурсов. Особенно велики они в производстве кокса, чугуна и проката. Наиболее технически совершенное металлургическое производство Японии расходует на 19% больше энергии на 1 тонну конечного продукта, чем образцовый комбинат, а мексиканский - в 2 раза больше.
Важными энергосберегающими мероприятиями в металлургии являются внедрение установок по сухому тушению кокса и снижение расхода кокса на 1 тонну чугуна в доменном производстве^ США он снизился с 630 до 561).
Одним из процессов, где не требуется затрат энергии, так как процесс эндотермический, является процесс производства стали из чугуна. За счет выделяющейся теплоты может плавиться металлолом (до четверти общего объема металла). Энергия здесь в основном тратится на производство кислорода и дутье.
По энергоемкости на 1 т. продукта лидирующее положение занимают цветные металлы. Но так как производятся и потребляются эти металлы в сравнительно небольших количествах, доля отрасли в промышленном энергопотреблении составляет около 5%. Темп роста производства алюминия за период с 1940 по 1970 год составил 5,7% в год, а на период до 2000 года - 3,8% в год [18].
Производство и потребление цветных металлов увеличивается сравнительно медленно. Современные технологии производства цветных металлов экологически вредны и требуют большого количества электроэнергии, в связи с этим комбинаты размещаются рядом с электростанциями. Эти причины привели к тому, что развитые капиталистические страны предпочитают импортировать цветные металлы или размещать производство за рубежом. Япония полно-