Моделирование тепломассопереноса в судовых системах подогрева высоковязких топлив и жидких грузов

• Автор: Головчун, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Астрахань
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Содержание

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1.ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ В СУДОВЫХ СИСТЕМАХ

ПОДОГРЕВА

1Л Топливная система судов и топливо, используемое в них

1.2 Судовые системы подогрева высоковязких нефтепродуктов

1.3 Обзор по решениям, путям снижение энергозатрат

1.4 Естественная конвекция над линейным источником теплоты

1.5 Дифференциальные уравнения, описывающие процесс тепломассообмена, их решения

1.6 Анализ проведенных исследований по тепломассообмену в следе над источниками теплоты
1.6.1 Тепломассообмен у неизотермической вертикальной пластины
1.6.2 Тепломассообмен при заданной температуре поверхности
Гб.ЗТепломассообмен при заданном тепловом потоке
1.7 Выводы по главе и задачи исследования
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ
2.1. Дифференциальные уравнения при естественной конвекции для струй от линейного нагревателя
2.1.1. При заданной законе распределения температуры
2.1.2. При заданном тепловом потоке
2.2. Численные решения дифференциальных уравнений при естественной конвекции
2.2.1. При постоянных теплофизических свойствах жидкостей
2.2.2. При переменных теплофизических свойствах жидкостей
2.2.3. Анализ полученных решений
2.3. Теплообмен у горизонтального трубчатого подогревателя
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕНА НАД ЛИНЕЙНЫМ ИСТОЧНИКОМ ТЕПЛОТЫ
3.1. Методика проведения эксперимента
3.2. Оценка погрешностей полученных данных
3.3. Описание экспериментальной установки
3.4. Проведение экспериментальных исследований
3.5. Анализ полученных результатов. Сравнение экспериментальных и
теоретических данных
З.б.Обобщение результатов экспериментальных и
теоретических исследований
3.7. Выводы по главе
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА СУДОВЫХ СИСТЕМ ЛОКАЛЬНОГО ПОДОГРЕВА
4.1. Методика расчета накопителя подогретой жидкости
4.2. Разработка методики расчета трубчатого подогревателя
4.3. Анализ эксплуатационных характеристик применяемых подогревателей
4.4. Влияние колебаний емкости на теплообмен у трубчатого подогревателя
4.5. Оценка влияния параметров нагревательного элемента
на динамику процесса
4.6. Практическая разработка системы локального разогрева
4.7. Разработка инженерных методов расчета судовых систем локального подогрева в емкостях
4.7.1. Методика расчета для нагревателя с заданной
температурой поверхности
4.7.2. Методика расчета для нагревателя с заданной
плотностью теплового потока
4.8. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Размерные величины
С - площадь поверхности, м2;
К - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К); а - коэффициент температуропроводности, м2/с;
Г,? - температура, К, °С;
[3 - температурный коэффициент объемного расширения, 1/К; g - ускорение свободного падения, м/с2;;
Т* - температура нагревателя, К;
Я - плотность теплового потока, Вт/м2;
X - коэффициент теплопроводности, Вт/м-К;
/ - характерный размер, длина, м;
/Ч - разность температуры, К;
V - коэффициент кинематической коэффициент вязкости, м2/с; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг-К); с1 - диаметр цилиндра (трубы), м; и, 3- проекции скорости на оси координат, м/с;
Ыоо - скорость движения жидкости вне пограничного слоя при колебаниях емкости;
х, у - координаты прямоугольной декартовой системы вдоль по следу, м; р - динамическая вязкость, Па-с;

Сравнение результатов решений [52], [61] и [66] при Рг = 100 и 1000 показывает, что решения [61] и [66] по относительному теплообмену практически совпадают между собой и не зависят от Рг, а влияние неизотермичности на теплообмен меньше, чем по [52]. Так для линейного изменения температуры стенки, лучше согласуются результаты точного решения с приближенными для Рг >1, полученным в работе [62], однако с ростом числа Прандтля расхождение между точным решением и приближенными возрастает и достигает при Рг = 100 от 2 % [52] до 37 % [66]. Большинство решений приближенными методами удовлетворительно согласуются между собой [49, 50, 61, 77] с результатами численных решений при Рг «1. Как видно большинство приближенных решений по теплообмену у неизотермической вертикальной стенки дают различные результаты, а точные решения в широком диапазоне изменения п получены в основном для маловязких жидкостей.
В работе [78, 79] получены решения уравнений (1.33)-(1.35)
численными методами для высоковязких Рг = 102; 103; 104 и вд для показателя неизотермичности п от -0,6 до 3. Результаты полученных решений показывают, что неизотермичность поверхности интенсифицирует теплообмен по сравнению с теплообменом у изотермической стенки при п > 0 и при п = 3 в 1,9 раза, при п < 0 интенсивность теплообмена снижается и при п = -0,6 равна нулю (см. рис. 1.5). При этом профили температуры деформируются в сторону увеличения градиента на стенке (рис. 1.6), а профили скорости наоборот.