Разработка методики построения энтропийной модели гидротермодинамической промышленной теплоэнергетической системы

• Автор: Ковалёва, Татьяна Михайловна
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Вологда
• Количество страниц: 180 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Методология моделирования нестационарных процессов

переноса тепла и массы в элементах ПТЭС.

1.1.1. Иерархическое представление

ф 1.1.2. Методы исследования

1.1.3. Маршрут моделирования

1.2. Законы неравновесной организации теплообмена в элементах

1.2.1. Законы состояния системы и взаимности

1.2.2. Законы энергоэнтропики.
1.3. Основные уравнения тепломассопереноса.
1.3.1. Уравнение баланса Умова
1.3.2. Уравнение неразрывности
1.3.3. Уравнение переноса импульса
1.3.4. Уравнение энергии
1.4. Гидротермические аспекты исследований.
1.4.1. Термодинамический подход.
1.4.2. Эксергетический подход.
1.4.3. Термодинамическая интерпретация для получения экстремальных моделей .
Выводы по главе.
ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЭНТРОПИЙНОЙ ГИДРОТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
2.1. Представление в рамках первичной и вторичной
реальностей
2.1.1. Организация вторичной реальности.
2.1.2. Техническая организация первичной реальности
2.2. Иерархическое представление гидротермодинамической
системы.
2.3. Методы исследования
2.4. Энтропийное представление
2.4.1. Организация на Микроуровне.
2.4.2. Организация на Макроуровне.
2.5. Экстремальная энтропийная модель.
Выводы по главе.
ГЛАВА 3. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ МИКРОУРОВНЯ ПТЭС
3.1. Анализ процессов тепломассопереноса в теплообменном
устройстве
3.2. Воспроизводство температурного поля в движущемся
теплоносителе..
3.3. Анализ численных и экспериментальных полей скоростей
3.3.1. Определение скорости движения воздуха в канале
3.3.2. Градиент скорости воздуха в канале.
3.4. Определение гидравлических свойств.
3.4.1. Закон касательных напряжений.
3.4.2. Закон длины пути перемешивания.
3.5. Определение термических свойств
3.5.1. Коэффициенты эффективной теплопроводности
3.5.2. Коэффициенты эффективной температуропроводности
3.6. Определение гидротермических свойств.
3.6.1. Векторное поле удельного потока теплоты
3.6.2. Поле удельной энтропии в движущемся теплоносителе
Выводы по главе.
ГЛАВА 4. ПОСТРОЕНИЕ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МАКРОУРОВНЯ ДЛЯ ТЕПЛООБМЕННОГО УСТРОЙСТВА
4.1. Постановка задачи теплообмена в теплообменном аппарате
4.2. Среднеинтегральные значения энтропии теплоносителя.
4.2.1. Распределение среднеинтегральной энтропии по длине канала
4.2.2. Определение среднеинтегрального распределения температуры в канале
4.3. Критериальная термодинамическая обработка процесса
теплообмена.
4.3.1. Обработка результатов натурного и численного экспериментов.
4.3.2. Отработка методики расчета теплообменников.
4.4. Алгоритмномограмма для определения поверхности
теплообмена.
Выводы по главе.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Разработана методика определения полей энтропии в движущемся теплоносителе элемента теплообменного аппарата. Показано, что гидротермические свойства элемента определяются через кинетические коэффициенты, потоки и силы (турбулентные и эффективные касательные напряжения, тепло- и температуропроводность). Созданные энергоэнтропийные модели дают возможность получить новые критериальные зависимости, которые позволяют наметить перспективы обобщения разнообразных методик расчета теплотехнических аппаратов и систем. Достоверность. Приведенные в диссертационной работе научные результаты и выводы получены путем численных экспериментов. Достоверность методики обоснована сопоставлением результатов данного исследования с экспериментальными данными других авторов. Практическая ценность работы заключается в том, что она является этапом к внедрению энтропийных моделей тепломассопереноса при анализе и разработке термогидравлических процессов в элементах промышленных теплоэнергетических установок и систем. Основные положения, выносимые на защиту. Энтропийный подход и его применение для анализа открытых ПТЭС. Результаты численного экспериментального и теоретического исследований процессов тепломассопереноса в термогидравлических элементах ПТЭС. Обоснование методологии разработки термогидравлического элемента методами неравновесной термодинамики. Методика физического и математического моделирования энтропийных процессов тепломассопереноса в ПТЭС. Методы обобщения зависимостей теплофизических свойств теплоносителей на основе термодинамических энтропийных критериев. Методы проектирования теплообменных аппаратов, основанные на их двухуровневом иерархическом представлении с последовательным рассмотрением энергоэнтропийной методики, применительно к каждому из уровней и переходу между ними. Алгоритмическое и программное обеспечение рассматриваемых задач. ГЛАВА 1. Современные установки теплоэнергетики и промышленной теплотехники представляют собой сложные теплотехнические системы. Системы состоят из определенного количества технологически взаимосвязанного оборудования. Оно состоит из теплотехнических, энергетических, транспортных, распределительных элементов, в которых происходят процессы преобразования и переноса энергии [,, ,,,,5,7,8,6,7,9,0,0,4]. Например, в черной и цветной металлургии, в производстве строительных материалов, химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности [,,8,7,4]. Обширная информация об элементах энергетических установок (турбомашины, компрессоры, теплообменники, испарители, конденсаторы и др. В работах В. Первичной» и «Вторичной» реальностей. Рис. Понятие «Первичная» реальность подразумевает описание реально существующей системы, ее подсистем и связей между ними на уровне визуального эмпирического знания, а, процессы, происходящие между узлами как комплекс взаимосвязанных элементов. Рассматривается представление «Первичной» реальности ГГГЭС через множество узлов, двигателей, теплообменников, котельных агрегатов, тепловых сетей. На уровне «Вторичная» реальность ПТЭС и ее подсистемы рассматриваются как сложные накопители и преобразователи энергии. Такое представление формируется, как часть «универсума», т. Наиболее типичным блоком большинства ПТЭС являются системы охлаждения и нагрева, сконструированные в виде теплообменных аппаратов, рассматриваемые в работах А. М.Бакласова, В. М.Бродянского, Б. П.Голубева, В. Л.Иванова, А. ИЛеонтьева, Э. А.Манушина, М. И.Осипова [,]. В этих устройствах определяющими процессами, которые влияют на эффективность работы оборудования, являются гидротермодинамические процессы. Расчет теплоотдачи через поверхности теплообменных аппаратов, лопаток, деталей роторов, корпусов газовых турбин, определение характеристик теплообмена внутри охлаждаемых деталей, гидравлический расчет систем охлаждения, являются необходимыми этапами расчета теплового состояния и определения прочности и долговечности деталей. Эксперимент по определению температурных полей является длительным, сложным и дорогостоящим мероприятием при разработке фундаментальных проблем теории теплообмена.