Совершенствование тепловой работы нагревательных и термических печей на основе математического моделирования

• Автор: Носова, Светлана Владимировна
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 191 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

КАМЕРНОГО ТИПА

1.1 Методы решения задач внутреннего теплообмена

1.1.1. Классификация методов

1.1.2. Аналитические методы

1.1.3. Численные методы расчета

1.1.4. Численно аналитические методы

1.2. Методы решения задач внешнего теплообмена

1.2.1. Методы решения задач радиационного теплообмена

1.2.2. Методы решения задач конвективного теплообмена в промышленных печах
1.2.3. Методы расчета радиационно конвективного теплообмена в печах
1.3. Методы математического моделирования тепловой работы
нагревательных устройств камерного типа
1.4. Выводы и задачи исследования
ГЛАВА 2 СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ВНУТРЕННЕГО ТЕПЛООБМЕНА
2.1. Решение дифференциального уравнения теплопроводности
методом ДУКУ
2.1.1. Идея метода ДУКУ
2.1.2. Расчет температурного поля пластины
методом ДУКУ
2.1.3. Программная реализация математической модели расчета температурного поля пластины методом ДУКУ
2.1.4. Адекватность метода ДУКУ
2.2. Решение дифференциального уравнения теплопроводности
численным методом сеток
2.3. Исследование эффективности метода ДУКУ и
классических разностных схем
2.3.1. Критерий эффективности разностных схем
2.3.2. Определение коэффициента относительной трудоемкости методом вычислительного эксперимента
2.3.3. Исследование эффективности метода ДУКУ
2.4. Выводы по главе 2 ГЛАВА 3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАМЕРНЫХ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ
НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕТОДОМ ДУКУ
3.1. Постановка задачи
3.2. Описание математической модели
3.2.1. Определение размеров рабочего пространства печи
3.2.2. Расчет параметров внешнего теплообмена
3.2.3. Решение сопряженной задачи теплообмена
3.2.4. Тепловой баланс рабочего пространства печи
3.2.5. Корректировка параметров внешнего теплообмена
3.2.6 Расчет экономического эффекта
3.3. Примеры расчетов
3.4. Выводы по главе 3
ГЛАВА 4 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ПЕЧИ
ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВАЛОВ
4.1. Назначение и конструктивные особенности термической печи
с выкатным подом
4.2. Решение задача внешнего теплообмена
4.2.1. Расчет угловых коэффициентов излучения
в подсистемах
4.2.2. Расчет раднационно конвективного теплообмена
в расчетных подсистемах
4.2.3. Согласование результатов расчета РТО
в подсиегсмах
4.3. Решение задача внутреннего теплообмена
4.3.1. Расчет нагрева вала
4.3.2. Расчет прогрева футеровки
4.4. Расчет показаний контролирующей термопары
4.5. Алгоритм реализации математической модели
4.6. Выводы по главе 4
ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ
С ВЫКАТНЫМ ПОДОМ НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
5.1. Проверка адекватности математической модели
сопряженного теплообмена в термической печи
5.2. Исследование режимов нагрева валов в термической печи
5.2.1. Исследование температурных полей валов
5.2.2. Разработка рекомендаций но совершенствованию режимов термической обработки валов
5.3. Выводы по главе 5
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В работе [] рассмотрены основные положения методов конечных разностей, конечных и граничных элементов, а также их приложения к исследованию основных процессов тепломассопереноса. В монографии Ж. Л. Лионса [] глава 2 посвящена методу регуляризации (его иногда называют методом введения искусственной вязкости), при решении задач гидродинамики, и методу Штрафа, введенному Р. Курантом и позволяющим свести задачи для вариационных неравенств к задачам для дифференциальных уравнений. В 4 главе рассмогрены метод конечных разностей, метод Рота (метод полуднекретизации) и метод расщепления (метод дробных шагов). В.Е. Зализняк [] особое внимание уделил методам Рунгс - Кута, Лдамса, методу стрельбы и методу последовательных приближений. В его работе также приведен краткий обзор математических библиотек программ широко используемых в научных вычислениях. Работа A. B. Темникова и А. Б. Девяткина [] посвящена новым эффективным численным методам решения сложных многомерных задач теплопроводности: методу переменных направлений, методу расщепления, методу эквивалентных тепловых схем, методу конечных элементов, методу статических испытаний (методу Монте - Карло). В работе [] значительное внимание уделено методам оценки погрешностей численного решения и особенностям реализации вычислительных алгоритмов на ЭВМ. Монография [] посвящена методам исследования проблем теплопередачи современными численными методами. Описаны основные подходы к аналитическому исследованию математических моделей теплопередачи традиционными средствами прикладной математики. Рассмотрены численные методы приближенного решения стационарных и нестационарных многомерных задач теплопроводности. Большое внимание уделяется задачам с фазовыми превращениями, задачам тсрмоупругости и теплообмена излучением, процессам тепло и массопереноса, обсуждаются проблемы управления и оптимизации тепловых процессов. Рассмотрены вопросы численного решения обратных задач теплообмена. Приведены примеры решения различных двумерных задач теплопередачи с программами для ЭВМ. Ряд работ [-]посвящены одному из самых эффективных современных методов решения инженерных и физических задач - методу конечных элементов. Н.И. Никитенко и Ю. Н. Колчиным [] предложен новый подход к решению дифференциального уравнения в частных производных для областей произвольной формы, который базируется на аппроксимации исходного дифференциального уравнения балансным уравнением для элемента канонической формы, строящегося на неравномерной разностной сетке. В монографии [] выделен новый класс разностных схем с операторными множителями, к которым принадлежат схемы с переменными весовыми множителями. Построены адаптивные разностные схемы со сгущением сеток по времени и пространству. Проведен теоретический анализ регионально - аддитивных разностных схем (схем декомпозиции области) ориентированных на построение эффективных вычислительных алгоритмов. Работы [1-3] посвящены проблеме оценки эффективности разностных схем для решения дифференциальных уравнений в частных производных, моделирующих процессы тепломассообмена. Под эффективностью разностной схемы понимается возможность получения расчетной схемы с заданной точностью при минимальном объеме вычислительных затрат. О,, кга - сеточная область для решения краевой задачи (і, і, к - номера узлов сетки по трем пространственным координатам; т - номер временного слоя); 5 - суммарное количество итераций за время расчета (для итерационных разностных схем). При определении фрс в качестве единицы измерения принято использовать величину удельных вычислительных затрат, необходимых для реализации некоторой базовой разностной схемы. В этом случае коэффициент фрс приобретает смысл коэффициента относительной трудоемкости разностной схемы. Величина коэффициента относительной трудоемкости фрс зависит от вида используемой разностной схемы и от качества программной реализации математической модели и может быть определена, по соотношению времени расчета по профаммам, реализующим исследуемую и базовую разностные схемы.