Моделирование тепломассообменных процессов в технологических печах

• Автор: Кулагина, Людмила Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАВ 1ИЯ ТЕПЛОМАССООЬМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

1.1 Вычислительные проблемы систем с распределенными параметрами

1.2 Анализ существующих методов оценки технологических режимов в трубчатых печах

1.3 Трубчатые печи Ачинского I

1.4 Топливоподготовка и физика горения обводненных топочных мазутов и водотопливных эмульсий

1.5 Цели и задачи исследования

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА В ДВИЖУЩИХСЯ СРЕДАХ

2.1 Уравнения нестационарного движения газа в трубчатой печи

2.2 Уравнения теплопередачи

2.3 Теплообмен между двумя потоками, разделенными тонкой стенкой
2.4 Уравнения теплообмена при переменной скорости движения сред
2.5 Влияние изменения скоростей сред на коэффициенты теплопередачи
2.6 Уточнение уравнений теплообмена с учетом некоторых конструктивных и режимных особенностей аппаратов
3 МОДЕЛИ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТРУБЧАТЫХ ПЕЧАХ
3.1 Разработка математических моделей нестационарных режимов ра боты технологических печей
3.2 Тепловой расчет трубчатой печи
3.3 Математическая модель процесса горения капель топлива
3.4 Стационарная модель процесса горения
3.5 Учет потерь на излучение
4 АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
4.1 Анализ нестационарных режимов в системах контроля и управле ния распределенными процессами
4.2 Задача оптимального управления теплотехнологическими процес сами в трубчатых печах
4.3 Численный анализ режимов работы технологических печей
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ


Существующие ранее ограничения, позволяющие производить только статическое моделирование, в настоящее время устранены. Инженер-проектировщик может теперь работать с динамическими объектами для совершенствования систем безопасности и создания систем регулирования в нестационарных режимах. Современные моделируемые комплексы также могут быть использованы для обучения операторов. В [] описаны способы, посредством которых можно сочетать программы динамического моделирования со статическими системами. Гибридные модели могут быть использованы в качестве тренажера оператора и непосредственно для оптимизации управления, там же проанализированы отличия между статическим и динамическим моделированием по отношению к термодинамическим моделям конкретных установок. Динамические модели весьма эффективны для трубчатых печей, ректификационных колонн, теплообменников и др. Однако их диапазон и масштаб пока не могут быть сопоставлены с промышленными пакетами программ статического моделирования. При работе с динамическими моделями компьютерное моделирование является одним из главных инструментов проектирования технологических процессов [, ]. Имеется довольно много работ по исследованию динамики объектов с распределенными параметрами [-]. Среди них монографии [, ] целиком, посвященные этой проблеме; книги Кафарова В. В. и др. В. В. Кафарова и В. Н. Ветохина собран обширный материал, описывающий принципы и опыт по расчету процессов и аппаратов химической технологии с широким использованием методов системного анализа, моделирования и оптимизации. Применение системных методов для решения практических задач показало, что они обеспечивают требуемую точность решений и значительно сокращают время счета по сравнению с классическими методами. В последнее время появилось много работ по исследованию переходных режимов химикотехнологических аппаратов с привлечением современного математического аппарата дифференциальных уравнений в частных производных, что дало толчок развитию численных методов исследования краевых задач [, , ,-]. На конференции по технологии [] предпринята попытка разработать единую методологию научных исследований, одним из главных направлений которых является охрана окружающей среды. В последнее время во всех странах с развитыми экономиками защита окружающей среды стала основным приоритетом в технологической деятельности. Из-за усиливающихся тенденций узкой специализации науки введено понятие трансдисциплинарного сотрудничества ученых для повышения эффективности научных разработок в будущем. Охрана окружающей среды является дополнительным стимулом к разработке процессов разделения различных материалов учитывающих загрязнение воздуха, воды и почвы. В последние годы значительное внимание уделяется повышению их качества. Проведенный анализ литературных источников [, , , , , , ] позволяет говорить о том, что в настоящее время нет единой обобщенной модели, позволяющей рассматривать технологические процессы тепломассообмена в широком диапазоне изменения начальных и граничных условий с учетом различных возмущающих воздействий и оценивать статические и динамические характеристики всего технологического процесса. Создание такой модели часто тормозится из-за отсутствия данных по нестационарным режимам при различных возмущениях. Преимущество использования математических методов в нефтехимии и нефтепереработке состоит в комплексном подходе при решении указанных задач, начиная с постановки задачи, создания математической модели и адекватной исходной информации, заканчивая выбором аналитических либо численных методов получения решения. Такой подход в конечном итоге приводит к оптимизации технологических процессов, минимизации затрат на производство продуктов и сокращению сроков их выпуска. Кроме того, он даст возможность исследовать закономерности поведения объектов и более детально изучить технологические процессы нефтехимии и нефтепереработки. Трубчатая печь является аппаратом, предназначенным для передачи нагреваемому продукту тепла выделяющегося при сжигании топлива, непосредственно в этом же аппарате []. Она имеет камеры радиации и конвекции [-].