Энергосбережение в технологии нагрева трансформаторного масла на основе активных методов интенсификации процессов теплообмена

• Автор: Золотоносов, Алексей Яковлевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 253 с. : ил.

Введение

Глава 1. Анализ конструкций теплообменных аппаратов и способы

интенсификации конвективного теплообмена.

1.1. Обзор конструкций теплообменных аппаратов.

1.1.1. Аппараты с неподвижной теплообменной поверхностью типа конфузор диффузор

1.1.2. Конструкции теплообменных аппаратов типа труба в трубе с вращающейся поверхностью теплообмена конфузор диффузор

1.2. Способы интенсификации конвективного теплообмена

1.2.1. Пассивные методы интенсификации конвективного

теплообмена

1.2.2. Активные методы интенсификации конвективного

теплообмена
1.3. Построение профиля криволинейных теплообменных
элементов конфузорнодиффузорного типа.
Глава 2. Гидродинамика и теплообмен ламинарного течения вязкой
жидкости в каналах различной формы.
2.1 Теоретические и экспериментальные исследования
гидродинамики ламинарного течения вязкой жидкости в неподвижных и вращающихся каналах различной формы .
2.2. Теоретические и экспериментальные исследования
теплообмена при ламинарном течении вязкой жидкости в неподвижных каналах различной формы
2.3. Теоретические и экспериментальные исследования
теплообмена при ламинарном течении вязкой жидкости в
каналах различной формы, вращающихся относительно собственной оси.
2.4. Описание технологии нагрева и осушки трансфоматорного
масла.
Глава 3. Сопряженная задача теплообмена при ламинарном течении вязкой жидкости во вращающемся криволинейном канале типа конфузор диффузор с оребренной и неоребренной проточной частью.
3.1. Общие положения.
3.2. Физическая модель гидродинамики и конвективного теплообмена во вращающемся криволинейном канале типа конфузор диффузор с оребренной и неоребренной проточной частью.
3.3. Математическая модель ламинарного течения вязкой жидкости во вращающемся криволинейном канале типа конфузор диффузор с оребренной и неоребренной проточной частью.
Глава 4. Численная реализация задачи гидродинамики и теплообмена во вращающемся канале типа конфузор диффузор с оребренной и неоребренной проточной частью
4.1. Алгоритм численной реализации сопряженного теплообмена
на основе метода конечных элементов.
4.2. Построение конечно элементной модели.
4.3. Определение поля температур и скоростей в жидкости и оребрении
4.4. Ансамблирование конечных элементов
4.5. Решение системы алгебраических уравнений.
4.6. Расчет температуры стенки канала
4.7. Расчет давления.
4.8. Анализ результатов численного решения задачи
сопряженного теплообмена.
Глава 5. Практическая реализация результатов исследований в
условиях производства
5.1. Расчет аппаратов типа труба в трубе с вращающимися теплообменными элементами конфузор диффузор
5.2. Описание модернизационной схемы технологического процесса нагрева и осушки трансформаторного масла
Основные результаты и выводы.
Список использованной литературы


Разработанные конструкции теплообменных пластин позволяют получить в теплообменнике каналы типа диффузорконфузор, обеспечивающие увеличение коэффициента теплопередачи по сравнению с известными типами пластин. Конструкции обеих пластин характеризуются следующими особенностями пластины технологичны для холодной штамповки и удобны для эксплуатации с точки зрения загрязнения и очистки, кроме того, они обеспечивают жесткость конструкции каналов теплообменника и выравнивание средней скорости рабочей среды по ширине канала . Особое место среди рекуперативных теплообменников занимают теплообменные аппараты типа труба в трубе с вращающейся поверхностью теплообмена типа конфузордиффузор, представленные на рис. Рис. Внутренняя поверхность конфузорнодиффузорной трубы 1 таких теплообменников может быть выполнена как оребренной, 9, так и неоребренной, , а проточная часть круглого , , или овального сечений. Твердые стенки канала могут быть прямыми 5,6 или спрофилированы по кривой второго порядка в частности, по дуге окружности. Теплообменная поверхность таких труб выполнена накаткой 5, , или представляет собой пружинновитой канал , , , витки которого образуют круглый , , или эллиптический тор и жестко скреплены. Вращающаяся труба 1 рис. Труба 1 вращается от электродвигателя 4, а канал 2 от электродвигателя 8. Во время работы аппарата внутрь трубы 1 поступает жидкость вода, а в межтрубное пространство через патрубок 5 в противоток насыщенный водяной пар, который конденсируется на поверхности вращающейся трубы и выводится через патрубок 6. Для тонкослойной сепарации конденсата, сбрасываемого с внешней стенки трубы 1, предложен и вариант вращающегося канала 2 рис 1. Экспериментальные исследования теплообменника с гладкой цилиндрической трубой показали существенное увеличение коэффициента теплоотдачи за счет вращения поверхности теплообмена. Высокий эффект теплообмена, возникающий при вращении рабочего канала, был использован авторами 9,,,, при разработке высокоэффективного пароструйного подогревателя центробежного типа со струйным смешением фаз рис. Аппарат, представленный на рис. Перегородки
Рис. Криволинейный конвергентный канал 7 смонтирован на приводном валу и жестко связан с коаксиальной трубой , выполненной из криволинейных конфузорнодиффузорных элементов, спрофилированных по дуге окружности. Этот канал снабжен радиальными лопатками 8 и обеспечивает минимальную удельную энергию истечения. Подача инжектирующей жидкости в объем криволинейного конвергентного кругового канала 7 осуществляется через питающие радиальные патрубки трубы типа конфузордиффузор , являющейся одновременно и приводным полым валом ротора 3, опирающегося на подшипники . Подачу инжектируемого пара в камеру 9 осуществляют через штуцера карманов и межтрубному пространству . Предложенный аппарат работает следующим образом. После включения привода клиноременной передачи осуществляется вращение вала и связанного с ним ротора 3. Одновременно в полый вал подается вода, а в штуцера карманов и межтрубное пространство пар. Под действием центробежного статического давления инжектирующая жидкость через радиальные патрубки попадает во вращающийся кольцевой криволинейный конвергентный канал 7, затем захватывается перегородками 8 и с большой скоростью выбрасывается из насадок в объем внешнего корпуса 4 в зону интенсивного турбулентного смешивания 5. По мере движения парожидкостного потока в проточной части корпуса 1 непрерывно происходит конденсация пара в жидкость, завершающаяся в патрубке 2. Теоретические исследования, проведенные с приводными валами, выполненными из элементов различной конфигурации, показали, что за счет профилирования теплообменной поверхности, выполненной в виде конфузордиффузор, обеспечивается в отдельных случаях существенный рост поверхности теплообмена по сравнению с конфузорнодиффузорными элементами с прямыми стенками 5,. Так с помощью показательной функции поверхность теплообмена возрастает на 1 , полиномами 2го, 3го порядков на 4,9 , 9,6 соответственно, а по дуге окружности на 7,,,,,.