Моделирование тепломассопереноса с фазовыми превращениями в задачах оптимизации теплотехнических установок

• Автор: Осипов, Петр Петрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

Глава 1. АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА ЗАДАЧ ПЕРЕНОСА С

ПРОИЗВОЛЬНЫМИ ЗАКОНАМИ ОТРАЖЕНИЯ.

1.1. Свободномолекулярный перенос с произвольными законами отражения

1.1.1. Математическая модель и основные допущения.

1.1.2. Модель переноса в терминах потоков.

1.1.3. Метод последовательных приближений.

1.1.4. Обобщение метода угловых коэффициентов

1.1.5. Специальные законыГотражения молекулы

1.2. Экспоненциальные аппроксимации закона отражения
1.2.1. Закон отражения максвелловского типа.
1.2.2. Трехмерные задачи.
1.2.3. Плоские задачи .
1.2.4. Схема расчета.
1.3. Лучистый теплообмен с произвольными законами отражения
1.3.1. Математическая модель и постановка задачи.
1.3.2. Метод последовательных приближений
1.3.3. Специальные законы отражения луча.
1.4. Численные аспекты
1.4.1. Параметрическое задание поверхностей .
1.4.2. Вычисление угловых коэффициентов удаленных и не сильно искривленных площадок поверхности
1.4.3. Вычисление угловых коэффициентов близких и сильно искривленных площадок.
1.4.4. Взаимная видимость площадок.
1.4.5. Тестирование матрицы коэффициентов
1.4.6. Лучистый перенос сточенным источником.
1.5. Результаты расчета
1.5.1. Вероятность перехода через канал с плоскими неподвижными
стенками
1.5.2. Проводимость каналов различной геометрии при остановленных роторах
1.5.3. Характеристики каналов с подвижными стенками .
Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕНОСА ПРИ ПЛАВКЕ СТАЛИ
В ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ПЕЧАХ ЭДЦ1
2.1. Теплоперенос в шихте
2.1.1. Математическая постановка задачи об эффективной теплопроводности ячеистых и гранулированных сред
2.1.2. Теплоперенос в однофазной шихте.
2.1.3. Теплоперенос в двухфазной шихте
2.2. Исследование особенностей теплопереноса при плавке в ЭДП на основе одномерных задач
2.2.1. Нагрев и плавление шихты.
2.2.2. Нагрев футеровки
2.3. Проплавление дисперсной среды типа шихты концентрированным источником лучистой энергии
2.3.1. Математическая постановка задачи
2.3.2. Одномерный подход и дифференциальное уравнение профиля колодца .
2.4. Алгоритмы решения двух и трехмерных задач плавления под действием излучения
2.4.1. Лучистый теплообмен.
2.4.2. Нагрев и плавление
2.4.3. Алгоритмы лучистой задачи.
2.4.4. Алгоритмы задачи нагрева и плавледия .
2.4.5. Алгоритм сопряженной задачи
2.4.6. Численные эксперименты.
2.5. Оптимизация периода расплавления
2.5.1. Математическая модель плавки с сосредоточенными параметрами.
2.5.2. Управление плавкой как двухточечная задача динамического программирования
2.5.3 Численные результаты оптимизации
Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ
ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА НА БАНДКРИСТАЛЛИЗАТОРЕ .
3.1 Двумерные модели тепломассопереноса
3.1.1 Двумерная модель теплопереноса
3.1.2. Двумерная модель массопереноса .
3.1.3.Алгоритмы расчета двумерных полей концентрации
примеси и температуры кристалла
3.2. Одномерные модели тепломассопереноса
3.2.1. Одномерная модель теплопереноса
3.2.2. Одномерная модель массопереноса.
3.3. Устойчивость поверхности кристалла
3.3.1 Конституциональное переохлаждение и морфологическая устойчивость поверхности кристалла
3.3.2 Термальная устойчивость поверхности кристалла
3.4. Оптимизация фракционной кристаллизации
3.4.1. Математическая модель кристаллизации с сосредоточенными параметрами.
3.4.2. Оптимизация формы кристалла.
3.4.3. Управление ростом кристалла как двухточечная граничная
г задача динамического программирования.
3.4.4. Новый процесс непрерывной фракционной кристаллизации . .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Теоретически обоснована и экспериментально проверена новая технология и конструкция установки для непрерывной фракционной кристаллизации из расплава на бандкристаллизаторе. Разработаны алгоритмы решения двумерных и трехмерных задач лучистого и свободномолекулярного переноса. Для их решения разработан пакет программ. Разработаны алгоритмы решения задач о нагреве и плавлении дисперсной среды под воздействием излучения. Практическая ценность. Разработанные методы и алгоритмы позволяют эффективно решать двумерные и трехмерные стационарные задачи лучистого и свободномолекулярного переноса. Они были использованы АО Вакууммаш при оптимизации конструкции молекулярных ступеней серии насосов. Программы расчета тепломассопереноса включены в банк данных для проведения дальнейших НИР и ОКР Акт внедрения. Большинство из полученных в диссертации результатов имеют практическую направленность. ЭДП и фракционная кристаллизация из расплава на бандкристаллизаторе. Алгоритмы оптимизации плавки стали в электродуговых печах были использованы в НПО Волга при проектировании блоков корректировки электрического и теплового режимов, а также при расчете рациональных профилей мощности для штатных ситуаций печей ПО Абаканвагонмаш Стальзавод и Челябинского тракторного завода цех цветного литья Акт внедрения. Оптимизация фракционной кристаллизации привела к созданию новой технологической схемы кристаллизации. Применение этой схемы позволяет существенно увеличить чистоту кристалла. Значительная часть диссертационной работы выполнялась по хозяйственным договорам с промышленными, проектноконструкторскими и научными учреждениями. В постановке задач принимали участие специалисты отдела математического моделирования тепловых процессов Всесоюзного научноисследовательского института электротермического оборудования Игнатьев И. И., Хаинсон , кафедры вакуумной техники Казанского химикотехнологического института Мухамедзянов Г. Х., Беляев Л. А., Бурмистров , отдела автоматических систем управления технологическими процессами казанского НПО Волга Миннефаев И. Ш., отдела автоматических систем управления литейного завода КАМАЗ Абрамов А. И., отдела Vi швейцарской фирмы ii . Апробация. Результаты работы докладывались на ежегодных итоговых конференциях Казанского научного центра Российской академии наук, на городском технологическом семинаре г. Казань, 4, руководительпрофессор Костерин на рабочих семинарах во Всесоюзном научноисследовательском институте электротермического оборудования г. Москва, , руководительдоктор тех. И.И. Игнатов в Научнопроизводственном объединении Волга г. Казань, , руководитель канд. И.Ш. Миннифаев на фирме ii г. Базель, , руководитель доктор технологических наук . Институте механики и машиностроения КНЦ РАН г. Казань, , руководитель д. Д.А. Губайдуллин, на семинарах Казанского Математического Общества г. Казань, , руководитель профессор Лапин и Казанского государственного технического университета г. Казань, , , руководитель профессор К. Г. Гараев. Южная Корея, Сеул, окт. США, Теннеси, Нешвилл, ноября на й конференции i V, I i iVI Германия, Дрезден, марта . Публикации. Результаты диссертации опубликованы в двух монографиях, сборниках и журналах статей, в трудах международных конференций4. В работе автору принадлежит идея доказательства существования и единственности задачи о лучистом теплообмене. В работах , автор разработал модель плавления дисперсной среды под действием источника излучения и предложил переход к модели с сосредоточенными параметрами. В работе автор сформулировал математическую постановку задачи. В монографии автору принадлежит вторая глава, где изучена математическая модель диффузионного переноса с запаздыванием и исследована корректность постановок наиболее общих одномерных задачи. В работе автор предложил использовать приближенные методы Шепери и ТерХаара в задачах идентификации моделей диффузии с запаздыванием. В работах 5, 0 автором создана математическая модель плавки и разработаны алгоритмы оптимального управления печами. В работах 8, , автор разработал методы и алгоритмы расчета двумерных и трехмерных задач переноса с произвольными законами отражения. Се .