Сложный теплообмен в энергетических установках

• Автор: Вафин, Данил Билалович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 263 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных обозначений

Введение

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ СЛОЖНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

ГЛ. Уравнения радиационной газовой динамики в турбулентных потоках

1.2. Методы решения уравнения переноса излучения

1.3. Методы расчета теплообмена в топочных устройствах

1.3.1. Суммарные методы расчета теплообмена в топочных устройствах

1.3.2. Зональные методы расчета теплообмена в топках

1.3.3. Методы расчета сложного теплообмена, основанные на дифференциальных уравнениях переноса
1.4. Радиационные свойства продуктов сгорания и их использование
для расчета теплового излучения
1.5. Методы расчета турбулентных и двухфазных течений
1.6. Методы расчета горения в энергетических установках
Выводы по первой главе
2. ПЕРЕНОС ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ В ДВУХФАЗНЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ПОТОКАХ
2.1. Уравнения динамики излучающего двухфазного потока
2.2. Уравнение переноса излучения в осесимметричной системе
2.3. Уравнения метода сферических гармоник
2.4. Решение уравнений метода сферических гармоник
в криволинейных координатах '
2.5. Радиационные свойства полидисперсных сред
2.6. Оптические константы конденсированных частиц

2.7. Коэффициенты поглощения молекулярных газов
2.8. Концентрация и функция распределения частиц конденсированной фазы по размерам
2.9. Влияние неравномерности распределения параметров
двухфазного потока на излучение среды
2.10. Зависимость излучения двухфазных потоков от температурной неравновесности фаз
2.11. Влияние процесса кристаллизации частиц А1203 на излучение двухфазных потоков
2.12. Влияние двухмерности течения продуктов сгорания
на результаты расчета излучения двухфазной среды
Выводы по второй главе
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ВНЕШНЕГО
ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКАХ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ
3.1. Постановка задачи
3.2. Математическая модель внешнего теплообмена
3.3. Решение уравнения переноса излучения методом
дискретных ординат
3.4. Численный метод расчета осредненных характеристик турбулентного потока в объемах с плоской симметрией
3.4.1. Алгоритм решения обобщенного уравнения турбулентного течения
3.4.2. Алгоритм расчета поля давления
3.4.3. Аппроксимация граничных условий
3.4.4. Линеаризация Источниковых членов
3.5. Представление уравнений переноса в переменных
вихрь - функция тока
3.6. Алгоритм совместного численного интегрирования уравнений
радиационно-конвективного теплообмена
Выводы по третьей главе

4. ОБОСНОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО МЕТОДА РАСЧЕТА ЛУЧИСТО - КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКАХ
4.1. Тестирование подпрограмм расчета переноса излучения ...!
4Л. 1. Только изотропно рассеивающая среда
4Л .2. Поглощающая и излучающая однородная среда
4Л.З. Точность расчета Р- приближения в случае плоской геометрии
4.1.4. Тестирование подпрограммы расчета переноса энергии
излучением в цилиндрической геометрии
4.2. Сравнение расчетных и экспериментальных данных по полю
течения осесимметричного турбулентного потока
4.3. Сопоставление результатов расчета сложного теплообмена
в плоском канале с экспериментальными данными
4.4. Сравнение результатов теплового расчета в цилиндрической
печи с экспериментальными данными
4.5. Сравнение результатов расчета теплообмена в печах
коробчатого типа с экспериментальными данными
4.5.1. Результаты расчета внешнего теплообмена в радиантной
камере трубчатой печи ППР -1360
4.5.2. Сравнение данных для печи ЗР2 150/6
Выводы по четвертой главе
5. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУЧИСТО -КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА В КАМЕРАХ РАДИАЦИИ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ
5.1. Сложный теплообмен в цилиндрических печах
5.1.1. Влияние переменности теплофизических свойств продуктов сгорания на результаты теплового расчета
5.1.2. Зависимости лучистых потоков от геометрических размеров цилиндрической топки и температуры трубчатого экрана
5. 2. Влияние радиационных свойств продуктов сгорания и их
селективности на сложный теплообмен в топках

Установлено, что влияние футеровки наиболее сильно проявляется в случае черной поверхности и чистого газа, так как в полной мере используются «окна прозрачности» спектра излучения дымовых газов, в которых излучение беспрепятственно достигает тепловоспринимающей поверхности. Сделан вывод, что пламя, содержащее частицы сажи, практически полностью экранирует футеровку от поверхности нагрева. Необходимо отметить, что во всех вышеперечисленных работах анализ выполнен для простых систем (бесконечный плоский слой излучающей и поглощающей среды) с выделением всего нескольких объемных и поверхностных зон.
Проведенный выше обзор методов расчета лучистого и сложного теплообмена показывает, что в настоящее время уделяется большое внимание изучению различных аспектов теплообмена в топочных устройствах. Для этой цели применяются как зональные, так и дифференциальные методы расчета. Однако количество работ, посвященных совместному рассмотрению задач радиационно-конвективного теплообмена и газовой динамики применительно к топочным устройствам крайне мало, а по топкам трубчатых печей коробчатого типа такие работы отсутствуют.
1.5. Методы расчета турбулентных и двухфазных течений
Газодинамические параметры движения продуктов сгорания в соплах и в топках печей являются одним из факторов, определяющих процессы теплообмена, влияя как на условия горения топлива, так и на условия теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке. Поля тепловых потоков и температуры формируются в тесной взаимосвязи с полями скорости движения продуктов сгорания и характеристик турбулентности. Эти обстоятельства выдвигают новые требования к методам теплового расчета энергетических установок. При проектировании современных технических устройств различного назначения (двигатели летательных аппаратов, топки технологических печей, энергетические установки) в последнее время все чаще используют численные методы расчета внутренних турбулентных течений.