Исследование и повышение эффективности системы косвенного индукционного нагрева жидкости

• Автор: Батищев, Арсений Михайлович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Глава 1. Проблема создания индукционных систем для нагрева высоковязких нефтей при перекачке трубопроводным транспортом

1.1. Особенности процесса нагрева вязких жидкостей

1.2. Анализ способов и устройств технологического нагрева жидкостей

1.2.1 Использование энергии сжигаемого топлива

1.3. Нагрев электрическим током

1.4. Специфика применения индукционных подогревателей нефтей

1.5. Обзор методов идентификации процессов индукционного нагрева

1.6. Конструкция индукционного нагревателя жидкости

Глава 2. Математическое моделирование процесса косвенного индукционного нагрева жидкости

2.1. Общая структура объекта идентификации

2.2. Конечно - элементная модель электромагнитного поля

2.3. Математическая модель стационарного течения вязкой жидкости
2.4. Математическая модель тепломассопереноса в системе “индуктор -металл - жидкость”
2.5. Особенности математической модели процессов тепломассопереноса в системе “индуктор-металл-жидкость”
Глава 3. Разработка алгоритмов и методик расчета электромагнитных источников тепла и термогидравлических полей
3.1. Расчет и анализ электромагнитных источников тепла
3.2. Исследование зависимости магнитной проницаемости от удельной мощности при низкотемпературном нагреве
3.2.1 Алгоритм определения магнитной проницаемости
3.3. Алгоритм расчета температуры и скорости потока в кольцевом канале80
3.3.1 Нелинейная связанная термогидравлическая задача
3.3.2 Упрощенный последовательный алгоритм расчета скорости и
температуры с использованием аппроксимаций
3.3.3 Алгоритм расчета температуры при аппроксимации распределения
скорости кусочно-постоянной функцией
3.3.4 Исследование различных алгоритмов решения связанной
термогидравлической задачи
3.3.5 Оценка средней по сечению температуры потока
Глава 4. Элементы оптимального проектирования индукционного нагревателя жидкости
4.1. Оптимальный алгоритм стационарного распределения удельной мощности по длине нагревателя
4.2. Расчет квазиоптимального алгоритма распределения мощности

4.3. Методика расчета мощности индукционных нагревателей при технологическом перемешивании жидкости
4.3.1 Расчет при постоянной удельной мощности
4.3.2 Поиск параметров индукционного нагревателя при постоянной длине секций
Глава 5. Исследование характеристик и реализация системы косвенного индукционного нагрева жидкости
5.1. Исследование энергетических характеристик нагревателя
5.1.1 Исследование влияния длины индуктора на энергетические характеристики
5.1.2 Исследование влияния коэффициента заполнения катушки индуктора на энергетические характеристики
5.1.3 Исследование влияния величины зазора между индуктором и загрузкой на энергетические характеристики
5.1.4 Исследование влияния числа слоев на энергетические характеристики
5.1.5 Исследование влияния величины удельной мощности на энергетические характеристики
5.1.6 Определение тепловых потерь с поверхности нагревателя и определение теплового кпд нагревателя
5.2. Реализация системы косвенного индукционного нагрева жидкости
Библиографический список

Диссертация посвящена разработке и совершенствованию конструкции и режимов работы индукционных установок непрерывного действия для нагрева неэлектропроводящей жидкости.
Актуальность проблемы:
В технологических процессах химических и нефтехимических производств часто необходим нагрев жидкости при ее транспортировке, а также обогрев трубопровода, по которому этот продукт транспортируется к месту обработки. Нагрев предотвращает затвердевание вещества в трубах, отложения его на стенках труб, позволяет уменьшить вязкость транспортируемой жидкости и таким образом снизить гидравлическое сопротивление, что позволяет снизить экономические затраты на перекачку.
Переход к рыночным условиям хозяйствования делает особенно актуальными проблемы совершенствования технологии, разработки и оптимизации новых конструкций оборудования, автоматизации производства, направленные на экономию энергетических и материальных ресурсов. Проблема повышения эффективности и эксплуатационной надежности нагревательных комплексов в технологических процессах, связанных с переработкой и транспортировкой жидких сред, таких, как, например, обработка растительных масел в пищевой промышленности, подогрев нефти и нефтепродуктов при их транспортировке является комплексной и предполагает привлечение современных методов исследования. Одним из перспективных путей решения проблемы является применение экологически безопасных и надежных установок нагрева жидкостей на базе низкотемпературных индукционных нагревателей.
Однако, на пути реализации преимуществ индукционных подогревателей с улучшенными энерготехнологическими характеристиками возникает ряд специфических проблем. Недостаточная изученность закономерностей процессов тепломассопереноса, протекающих в сложных многомерных системах индук-

В приведенных уравнениях поверхностный интеграл берется только по
ди дЗ „
внешним границам, на которых заданы — или —. Если же на границе заданы
дп дп
величины 3 и и то в граничных точках уравнения не составляются.
Для решения задачи вводится понятие функции тока.
Если положить, что
и = -—- 3
ду ’ дх
(2.52)
то уравнение неразрывности (2.42) тождественно удовлетворяется и остаются два уравнения
V Ф
7 а ду
г
А2 ду2у V ду)

(д2 з2! гд£
Л2 + Ф2,
(2.53)

Дифференцируя первое уравнение по у, а второе по я: и вычитая одно из другого, исключаем р, в результате чего остается только одно уравнение
ґ£_ д_ дх2+ ду2
(2.54)
32 ^ д2в д2в
С целью линеаризации уравнений (2.41) были опущены динамические
дї дх Л +
дх ду
члены
ди дЗ дЗ дЗ и—+3—; и— + и—
дх ду дх ду
(2.55)
Рассмотренная выше математическая модель положена в основу алгоритма расчета поля скоростей потока жидкости в межтрубном пространстве индукционного нагревателя.