Теплообмен при ламинарном течении вязкой ньютоновской жидкости в профильно-винтовых каналах

• Автор: Колин, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 112 с. : ил

Глава первая. Анализ состояния вопроса

1.1. Классификация и эффективность различных методов интенсификации конвективного теплообмена в трубах и каналах
1.2. Математическое моделирование процессов теплообмена при ламинарных течениях в винтовых каналах
1.3. Обзор основных конструкций и эффективность серийно-выпускаемых мазутоподогревателей ТЭС
1.4. Выводы

Глава вторая. Теоретическое исследование процессов гидродинамики и

теплообмена при течении вязкой ньютоновской жидкости в профильно- винтовых каналах

2.1. Общая постановка задачи

2.2. Постановка гидродинамической части задачи в галеркинском приближении

2.3. Уравнение энергии в винтовой системе координат

Глава третья. Численные исследования процессов гидродинамики и

теплообмена при ламинарном течении вязкой ньютоновской жидкости в профильно-винтовых каналах
3.1. Алгоритм и методика расчета задачи теплообмена при течении
вязкой ньютоновской жидкости в профильно винтовых каналах
3.2 Методика решения уравнения энергии методом Фаэдо-Галеркина
3.3. Результаты численных исследований процессов гидродинамики и теплообмена при течении вязкой ньютоновской жидкости в профильно винтовых каналах
*■ Глава четвертая. Практическое использование профильно- винтовых труб
в мазутоподогревателях
4.1. Методика уточненного теплогидравлического расчета подогревателей мазута с применением методов интенсификации теплообмена
4.2. Результаты исследований и рекомендации по модернизации гладкотрубных подогревателей мазута серии ПМ
4.3. Технико-экономическая эффективность совершенствования схем мазутных хозяйств за счет интенсификации теплообмена в мазутоподогревателях ТЭС
Заключение
Список литературы

Актуальность проблемы.
Исторически сложилась ситуация когда большинство работ в области интенсификации конвективного теплообмена посвящено исследованию интенсификации теплообмена применительно к аппаратам и теплоносителям, работающим в условиях турбулентного или переходного режимов течения и только в последние годы был проявлен конкретный интерес к области ламинарного режима течения.
Появились достаточно строгие обоснования, что именно ламинарный и переходный режимы течения являются наиболее перспективной областью применения методов интенсификации конвективного теплообмена. Опубликованы работы, показывающие, что именно в этих областях принципиально возможна интенсификация теплообмена за счет применения пассивных методов воздействия на поток жидкости. Появились отдельные работы, показавшие на экспериментальном уровне высокую эффективность применения известных методов интенсификации к ламинарным течениям вязких жидкостей. Но исследований в данной области явно не достаточно.
Несмотря на определенный опыт, накопленный в результате эксплуатации теплообменного оборудования с профильно-винтовыми трубами, отсутствуют исследования, посвященные математическому моделированию движения вязких теплоносителей при ламинарном режиме течения в исследуемых каналах.
Работа посвящена теоретическому исследованию конкретного метода интенсификации конвективного теплообмена - спирального профилирования труб и выполнялась в рамках тематического плана научно-исследовательских работ, проводимых по заданию Министерства образования РФ, регистрационный № 1.2.02.
Целью работы является создание й исследование на базе галеркинского приближения математической модели процессов теплообмена при ламинарном
течении вязких ньютоновских сред в профильно-винтовых каналах, а также возможности их применения в мазутоподогревателях ТЭС.
Научная новизна состоит в следующем:
1. разработана в галеркинской постановке математическая модель, описывающая процесс теплообмена при ламинарном течении вязкой ньютоновской жидкости в каналах и трубах со спиральным профилированием;
2. разработан алгоритм и метод численной реализации задачи гидродинамики и теплообмена в приближении Галеркина;
3. проведен анализ механизма и показаны причины возникновения эффектов интенсификации теплообмена при ламинарном течении вязкой ньютоновской жидкости в профильно-винтовых каналах;
4. получены результаты численных исследований влияния тепловых, гидродинамических и геометрических характеристик на процессы теплообмена в мазутоподогревателях ТЭС с профильно-винтовыми трубами;
Практическая ценность работы.
Проведен анализ эффективности работы серийно выпускаемых мазутоподогревателей ТЭС и применения в них наиболее технологичных методов интенсификации теплообмена.
Показана возможность увеличения эффективности мазутных хозяйств ТЭС за счет применения профильно-винтовых труб - как метода интенсификации теплообмена в мазутоподогревателях.
Разработанные прикладные программы могут быть использованы для проектирования и модернизации теплообменного оборудования для вязких ньютоновских сред.
Результаты работы использованы при разработке технического задания на внедрение интенсифицированных мазутоподогревателей для Заинской ГРЭС.
Полученные результаты позволяют использовать их при курсовом и дипломном проектировании, чтении лекционных курсов «Гидрогазодинамика», «Тепломассообмен» и «Вспомогательное оборудование ТЭС».

(А,)'

-(-2(ц + Д2 )3 + 3(12 + А2,)2 Д2), 12 е [-Д2;0];
2ьт(2(12 + а2)3 +3(12 + Д2)2Д2), 12 е[0;Д2];
(А21)
(А1,)'

-((г. + д'У-а.+д',)2^),
А-^-Д^+О,-Д')2Д'),
(А2)

(А2)3

((12+д2)3-а2 + д2)2д2),
12 е[-Д2;Д22];
1,е[-А‘;0]; I, е[0;Д’2];
I, г[-Д',;Д'2];
12е[-Д2;0];
2,,3 ((12 - А2 )3 +(г2 - Д22)2Д2 ), 12 е[0;Д2];
(А21) О,
ц г[-Д2;Д2];
Из построенных базисных функций видно, что в точках (п, )) сп], ап],
_.2 .,3 _ г _ ЗУ1 ЗУ2 ЗУ3 г ~ я
это значения V ,У ;У а^,Ь^,с^ - значения —Г, рр-р; апЬЬп1,сп
3Ч дц 3Ч
значения
ЗУ1 ЗУ2 ЗУ3
дq2 ’ Зя2 ’ Эя2 '
Для замыкания решения и для определения неизвестных коэффициентов, аП|, Ьп], с^ разложения (3.7)-(3.9) подставляются в систему Галеркина (2.55)-
(2.56), где в качестве функций Ь1, Ь2, Ь3используются функции Уф 7}щ и 7}п].
3.2 Методика решения уравнения энергии методом Фаэдо-Галеркина.
Рассмотрим более подробно решение уравнения энергии с помощью метода Фаэдо-Г алеркина.