Обобщенные модели и методы гидравлического расчета барабанных и прямоточных котлов ТЭС с использованием детерминированного и стохастического моделирования

• Автор: Белов, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 358 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

КОТЛОВ НА ОСНОВЕ ИЕРАРХИИ СОСТАВНЫХ КОМПОНЕНТОВ

2Л. Структура расчетов для гидравлических систем котлов ТЭС

2.2. Выделение моделируемой гидравлической системы из окружающей среды

2.3. Иерархическая структура гидравлической расчетной схемы

2.4. Топологические уравнения неразрывности и движения для гидравлической системы

2.5. Топологические и компонентные уравнения энергии

2.6. Уравнение энергии при неравномерной по энтальпии раздаче среды из узла (вершины)
2.7. Второй закон термодинамики для узлов гидравлической системы
2.8. Многовариантная топологическая модель гидравлических систем котельных агрегатов
2.9. Детерминированное математическое моделирование раздающих и собирающих коллекторов
2.10. Математическая модель компонента «впрыскивающий пароохладитель»
2.11. Математическая модель компонента «барабан-выносной циклон»
2.12. Математическая модель компонента «барабан»
2.13. Математическая модель компонента «выносной циклон»
2.14. Выводы
ГЛАВА 3. ОБОБЩЕННАЯ МЕТОДИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ
3.1. Зависимость для определения необходимого количества граничных условий при поверочных гидравлических расчетах котлов
3.2. Правило непротиворечивости граничных условий при произвольном количестве входов и выходов
3.3. Постановка обобщенной проблемы поверочных гидравлических расчетов котлов
3.4. Алгоритм обобщенной методики поверочного гидравлического расчета
3.5. Сравнение алгоритмов обобщенной методики для прямоточной и циркуляционной гидравлической системы
3.6. Расчет циркуляции в барабанных котлах с выносными циклонами в рамках обобщенной методики
3.7. Расчет циркуляции в сложном контуре котла ТП - 87 М
3.8. Выводы
ГЛАВА 4. ОБОБЩЕННАЯ МЕТОДИКА КОНСТРУКТОРСКОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КОТЛОВ С ОПТИМИЗАЦИЕЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕОБОГРЕВАЕМЫХ КОМПОНЕНТОВ
4.1. Постановка проблемы конструкторского гидравлического расчета котла
4.2. Математические модели обобщенной методики конструкторского гидравлического расчета котлов с оптимизацией геометрических характеристик
4.3. Оптимизационные модели при последовательном соединении с притоком и оттоком среды
4.4. Аналитическая зависимость для оптимальных отношений количеств коммуникационных труб
4.5. Аналитическая зависимость для оптимальных отношений диаметров коммуникационных труб
4.6. Оптимизация диаметров коллекторов теплообменника
4.7. Выводы
ГЛАВА 5. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКАЯ НАДЕЖНОСТЬ КОТЕЛЬНЫХ
АГРЕГАТОВ
5Л. Понятие теплотехнической надежности
5.2. Определяющие параметры
5.3. Определяющие функции
5.4. Определяющие параметры и функции трубных поверхностей нагрева котельных агрегатов
5.5 Компоненты гидравлических систем котлов для оценки теплотехнической надежности
5.6 Классификация детерминированных моделей оценки теплотехнической надежности
5.7 Классификация стохастических моделей оценки теплотехнической надежности
5.8 Многоуровневая стохастическая модель оценки теплотехнической надежности гидравлических систем котлов
5.9. Математическая модель компонента «топочный элемент СКД» для оценки теплотехнической надежности
5.10. Выводы
ГЛАВА 6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
6.1. Программа поверочного гидравлического расчета котельных агрегатов «Гидравлика»
6.2. Программа расчета оптимальных диаметров труб при последовательном соединении с переменным расходом среды «Оптимизация - 1»
6.3. Программа расчета теплотехнической надежности топочного элемента котла сверхкритического давления «ТТН - ТЭК»
6.4. Влияние количества расчетных участков и коррелированное геометрических характеристик обогреваемой трубы на вероятностные показатели перепада давления
6.5. Оценка корреляционной функции для толщины стенки трубы

является неоднозначность гидравлической характеристики, при которой одному перепаду давления соответствует несколько значений расходов. Динамическая неустойчивость проявляется при работе канала на устойчивом участке статической гидравлической характеристики [104]. Она вызывается динамическими взаимодействиями между параметрами потока (скоростью, плотностью, давлением, энтальпией) из-за наличия эффектов запаздывания и обратной связи.
Для определения границ устойчивости используют аналитические, критериальные и численные методы [104]. При использовании аналитического метода, вначале записывают систему нелинейных дифференциальных уравнений, затем ее линеаризуют и исследуют на устойчивость. Такая методика позволяет обнаружить границы двух видов теплогидравлической неустойчивости: апериодической и динамической. В [104] определяют границы устойчивости в П- и U-образных элементах СКД, используя критериальный подход. Авторы получают гидравлические характеристик в безразмерных параметрах и определяют области, в которых эти функции однозначны, т.е. исследуют статическую теплогидравлическую устойчивость. Более точным теоретическим методом исследования устойчивости является прямое численное решение распределенной динамической модели [104]. Численный анализ на ЭВМ позволяет проводить вычислительный эксперимент, позволяющий исследовать взаимное влияние параметров, определяющих неустойчивость потока, наблюдать во времени изменение характеристик процесса, которые трудно измерить экспериментально. В результате синтеза численных решений систем дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих гидродинамику и теплообмен при пульсациях, и многочисленных экспериментальных данных была разработана номограмма и соответствующая методика для расчета граничных массовых скоростей [95].
На теплогидравлическую разверку и апериодическую устойчивость оказывает существенное влияние как компоновка поверхностей нагрева отдельных коллекторных теплообменников пароводяного тракта котла [215, 278, 279], так и компоновка гидравлической системы в целом [89, 203, 239]. В частности, авторы [89] на основе анализа схем мощных прямоточных котлов делают вывод о том,