Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке

• Автор: Батраков, Пётр Андреевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОС А И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ..

1.1 Анализ состояния вопроса, обзор конструкций, классификация газотрубных котлов

1.2 Методы интенсификации теплообмена

1.3 Теплоперенос в топках

1.3.1 Зональные методы расчета теплообмена в топках котлов

1.3.2 Интегральные методы расчета теплообмена в топках котлов

1.3.3 Дифференциальные методы расчета теплообмена в топках котлов..

1.4 Методы расчета турбулентных течений

1.5 Методы расчета горения в энергетических установках

1.6 Численные методы расчета
1.7 Цель и задачи исследования
Глава 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАГИРУЮЩЕЙ СРЕДЫ
2.1 Формирование кинетических схем
2.2 Математическая модель для численных расчетов турбулентного горения
2.3 Применение метода Монте-Карло к задачам теплообмена излучением
2.4 Расчет радиационного теплового потока
2.5 Образование оксидов азота при сжигании газообразного топлива
2.6 Расчет конвективных поверхностей нагрева
2.7 Реализация методики расчета
2.8 Определение методической погрешности расчетов
2.9 Верификация результатов численного расчета потока реагирующих газов
2.10 Выводы
Глава 3 РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В СРЕДЕ РЕАГИРУЮЩИХ ГАЗОВ
3.1 Изучение влияния формы поперечного сечения топки на тепловые характеристики
3.2 Изучение влияния геометрических размеров топки с поперечным
сечением в форме вертикального эллипса на тепловые характеристики
газотрубного котла
3.3 Изучение влияния поперечных ребер в топочном объеме у топок с поперечным сечением в форме вертикального эллипса на тепловые
характеристики газотрубного котла
3.4 Выводы
Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ТОПКЕ ГАЗОТРУБНОГО КОТЛА
4.1 Организация исследовательских работ
4.2 Описание исследовательских работ по экспериментальному изучению процессов течения и теплопереноса в топке газотрубного котла
4.2.1 Описание экспериментальной установки
4.2.2 Методика измерений и расчетов
4.2.3 Анализ результатов испытаний
4.3 Погрешности измерений
4.3.1 Определение погрешностей прямых измерений
4.3.2 Определение погрешностей косвенных измерений
4.4 Выводы
Глава 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ РАСЧЕТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ КОНСТРУКЦИИ ТОПКИ ГАЗОТРУБНОГО КОТЛА
5.1 Общие принципы и критерии экономической эффективности инвестиционных проектов
5.2 Обоснование критериев оптимизации и определение рациональных значений технико-экономических показателей работы газотрубного котла
5.3 Расчет интегральных показателей экономической эффективности
5.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список условных обозначений
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г

многоцелевым и универсальным. Вычислительные методы приложения CFX [67] обеспечивают конечно-объемную дискретизацию уравнений, алгебраический многосеточный метод решения линеаризованных уравнений, решение полных трехмерных нестационарных уравнений Навье - Стокса, неразрывности, энергии, теплоотдачи и других. При этом используются следующие модели теплопереноса: сопряженный теплообмен, радиационный теплоперенос, естественная конвекция, расчет вязкого трения, многокомпонентные течения. Модель Лагранжа: распределённое сопротивление, линейные, квадратичные зависимости, объёмные и точечные источники массы, импульса, энергии, компонентов и др.
В зависимости от сложности формы конечных элементов (пирамиды и призмы, тетраэдры или гексаэдры) изменяется количество и «качество» расчета их узлов со сложными дифференциальными уравнениями. Таким образом, увеличение уровня (количество узлов) многогранника приводит к повышению точности расчета и обеспечивает требуемую сходимость за меньший расчетный цикл. Интерфейсы сопряжения расчетных сеток ANSYS CFX обеспечивают скользящие сетки, произвольное сопряжение, адаптивное сгущение, подвижные (скользящие) и изменяющиеся сетки.
Стоит отметить поддержание функции адаптации сетки прикладным программным комплексом ANSYS CFX. Суть адаптации заключается в том, что в процессе решения задачи на каждом шаге определяются узлы с большим градиентом или узлы, имеющие большую разницу между значениями на своих элементах. Элементы, содержащие такие узлы, разбиваются на более мелкие. Это приводит к тому, что на следующем шаге решение будет уточнено в адаптированной области.
Прикладной программный комплекс ANSYS CFX предназначен для моделировашы трехмерных течений жидкости и газа в технических объектах, а также визуализации этих течений методами компьютерной графики.
В ANSYS CFX представлены следующие модели турбулентности: The Laminar Model; The Zero Equation Model; The k-epsilon Model; The RNG k-epsilon Model; The k-omega and SST Models; The Reynolds Stress Model; Omega-Based Reynolds Stress Models; ANSYS CFX Transition Model; The Large Eddy Simulation Model (LES);