Исследование и разработка трубчатого индукционного нагревателя жидкости

• Автор: Зиннатуллин, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 128 с. : ил.

1. проблема совершенствования электронагревательных комплексов
для нагрева неэлектропроводных жидкостей
1.1 .Устройства технологического нагрева жидкостей
1.1.1 Циркуляционные нагреватели
1.1.2 Схема с рубашкой или змеевиком
1.1.3 Схема с теплообменным устройством (бойлером)
1.1.4 Скоростной подогреватель нефти СПН, СПН-М
1.1.5 Индуктивно - резистивный нагрев
1.1.6 Установки косвенного индукционного нагрева жидкости
1.1.7 Индукционный нагреватель без промежуточного теплоносителя
Выводы
2. Математическое моделирование процесса косвенного индукционного нагрева жидкости
2.1.Обзор методов идентификации процессов индукционного нагрева
2.2.Постановка задачи и выбор метода решения
2.3. Конечно-элементная модель электромагнитного поля
2.4.Математическая модель тепломассопереноса в системе
«индуктор - металл - жидкость»
2.5. Математическое моделирование гидродинамических процессов
2.5.1. Вязкие несжимаемые течения
2.5.2 Турбулентные течения
2.6. Алгоритм расчета температурных полей
Выводы
3. Методика расчета параметров индукционных нагревателей трубчатого типа
3.1. Расчет параметров индукционной системы для низкотемпературного
нагревателя нефти
3.1.2. Методика теплового расчета низкотемпературного нагревателя
3.2. Расчет температуры и скорости движения нефти при раздельном
решении задач гидравлики и теплопроводности
3.3 Методика расчета связанной термогидравлической задачи
3.4.Специфика расчета индукционных высокотемпературных нагревателей жидкости
3.4.1. Расчет температуры жидкости при стабилизации температуры
стенки трубы
3.4.2. Расчет температуры при стабилизации теплового потока
от стенки трубы
Выводы
4. Расчет интегральных параметров индуктора
4.1. Определение магнитной проницаемости
4.2. Алгоритм расчета индукционных нагревателей для пучка труб с
жидкостью
Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложение 1 Акт внедрения результатов работы
Приложение 2 Акт внедрения в учебный процесс
Диссертация посвящена разработке и исследованию конструкции и режимов работы трубчатых индукционных нагревателей в установках технологического нагрева жидкости.
Актуальность проблемы: Практически во всех отраслях промышленности находят широкое применение индукционные системы для преобразования электромагнитной энергии в тепловую. Опыт применения индукционных установок для технологического нагрева жидких сред (подогрев топлива в котельных, подготовка нефти и вязких нефтепродуктов перед транспортировкой, нагрев трубопроводов, реакторов, автоклавов в пищевой и химической промышленности, нефтепереработка и т. д.) показывает, что они являются перспективными по ряду важнейших признаков. По сравнению с другими видами нагрева индукционный нагрев обладает рядом преимуществ, которые заключаются в компактности, экономичности, избирательности и высокой интенсивности нагрева. Они надежны и безопасны и позволяют легко осуществить автоматическое управление процессом нагрева. Компактность индукционных нагревателей позволяет размещать их непосредственно там, где требуется нагрев, тем самым исключая потери тепла при его транспортировке.
В то же время разнообразие форм индукционных нагревателей, которые могут быть использованы для технической реализации одной и той же задачи, приводит к необходимости решения ряда специфических проблем. Выбор конструктивного исполнения диктуется требованиями, предъявляемыми к нагревателю конкретным технологическим процессом, условиями работы, уровнем рабочих температур, производительностью и т.д.
Исследуемый в данной работе индукционный нагреватель отличается от известных тем, что он представляет собой конструкцию, состоящую из системы труб, расположенных во внутренней полости цилиндрического индуктора. В литературе известны методы расчета интегральных электрических параметров индукционных систем, состоящих из цилиндрического индуктора и расположенного во внутренней полости

О к

о к
-матрица теплопроводности;
Кхх’Куу,К22 -коэффициенты теплопроводности в элементе по
направлениям х,у,г соответственно.
Объединение уравнений (2.51), (2.52) даст уравнение вида:

І Іредставим уравнение (2.53) в наиболее знакомой форме:
(зт дТ дТ дТ] д ( д 4 д / д ' д / э)
+ V, — + V, = а- К ~ + — К, — ;
и * дх у ду - д2; дх X дх, У дУ, & дг )
(2.53)
(2-54)
ус,

Полученные уравнения будут использоваться для решения задач в декартовой системе координат.
Запишем три вида граничных условий:
1 .Задана температура, действующая по поверхности :
Т = Г; (2.55)
2.0пределяется тепловой поток ({ , действующий по поверхности Б2
{ч)тЫ=-4*; (2-56)
где (г)}-единичный вектор, направленный от поверхности по нормали. 3.Определяется конвективный теплообмен между поверхностями (закон охлаждения Ныотона):
|ч}Т{ч} = -Ьг(тв-Т5) (2.57)
где Ь,. - коэффициент указанный для элементов Тв - внешняя температура;
Т5 - температура на поверхности тела;
Объединяя уравнения (2.51) с уравнениями (2.56) и (2.57),
получим: