Разработка математической модели гидротермических процессов в котле пульсирующего горения типа камеры Гельмгольца

• Автор: Синицын, Антон Александрович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Вологда
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ.

1.1. Общие сведения об изучаемом явлении

1.2. Акустические свойства резонатора Гельмгольца.

1.3. Основные подходы к моделированию огневых процессов и

турбулентных течений

1.4. Вопрос нестационарного горения.

1.4.1. Этапы изучения

1.4.2. Теоретические модели термоакустических
колебаний
1.4.3. Моделирование термоакустических колебаний
1.5. Состояние вопроса теплопередачи при нестационарном
горении.
1.6. Вопрос математического моделирования подобных
устройств.
1.7. Анализ устройств пульсирующего горения
1.7.1. Прикладные реализации пульсирующего горения
в промышленной теплоэнергетике.
1.7.2. Энергетическое положение котлов пульсирующего
горения
1.8. Организационная структура процессов.
1.9. Цель и задачи исследования
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛООБМЕННОГО УСТРОЙСТВА ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ГОРЕНИЯ.
2.1. Общие положения.
2.2. Принципиальные особенности работы объекта исследования
2.2.1. Явление и сущность вибрационного горения в устройстве
типа резонатора Гельмгольца.
2.2.2. Принцип действия и конструктивные особенности
аппарата
2.3. Математическое моделирование
2.3.1. Схема идентификации объекта моделирования
2.3.2. Пространство состояния котла пульсирующего горения .
2.4. Математическая модель объекта исследования
2.4.1. Общие сведения.
2.4.2. Эквивалентирование системы.
2.4.3. Гидравлическая задача
2.4.4. Тепловая задача
2.4.4.1. Система уравнений
2.4.4.2. Уравнение выгорания
2.4.4.3. Приведение системы к безразмерному виду
2.4.5. Реализация метода конечных разностей в одномерной
системе.
Выводы по главе.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ ВОЛНОВЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ
3.1. Постановка задачи
3.2. Экспериментальная установка на основе котла
3.3. Проведение эксперимента и обработка экспериментальных
данных
3.4. Результаты испытаний и выводы
3.5. Математическое описание гармонической функции
Выводы по главе.
ГЛАВА 4. РАСЧЕТНОЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕПЛООБМЕННОГО УСТРОЙСТВА С РЕЗОНАТОРОМ ГЕЛЬМГОЛЬЦА.
4.1. Расчетная гидротермическая модель объекта.
4.1.1. Основные положения
4.1.2. Математический аппарат
4.1.3. Алгоритм расчета гидротермической модели
4.2. Приближенное решение задачи противотока.
4.3. Решение задачи конечноразностным методом.
4.4. Экспериментальное апробирование модели
4.4.1. Экспериментальная установка на основе котла.
4.4.2. Проведение эксперимента и обработка результатов
4.5. Результаты моделирования гидротермических
характеристик
4.5.1. Оценка режима работы устройства.
4.5.2. Оценка влияния вибрационного режима работы
4.6. Рекомендации по повышению эффективности эксплуатации
4.7. Инженерная методика определения конструктивных
характеристик котлоагрегата.
Выводы по главе.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Целью работы является разработка методики расчета параметров работы котлов пульсирующего горения на примере теплогенератора с резонатором Гельмгольца, которая позволит определить его рабочие характеристики, зависимости параметров, сформированные на базе законов, описывающих телломассолеренос. Объект исследования. Объектом исследования является теплоэнергетическая установка на основе устройства пульсирующего горения типа резонатора Г ельмгольца. Методы исследования. Экспериментальные и численные методы с применением системного анализа, теории подобия, методов эквивалентиро-вания и аналогии. Научная новизна. Достоверность. Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций, отраженных в работе, обеспечивается результатами проведения эксперимента на промышленной установке, определения погрешности расчета и эксперимента, а также результатами сравнения с известными экспериментальными данными исследователей подобных процессов в теплогенерирующих аппаратах. С помощью ее возможно получение более полной информации о процессах тепломассообмена и характеристиках работы вибрационного устройства. В связи с этим возможно ее использование при разработке и совершенствовании технологии разработки новых устройств различной конфигурации, поверочных расчетов существующего оборудования, а также в учебных целях. На основе результатов моделирования разработаны рекомендации по совершенствованию технологии проектирования котлов пульсирующего горения. Результаты переданы и внедрены на предприятии ООО «ТЭСК», г. Королев. Математическая модель процесса тепломассообмена в условиях протекания вибрационного горения. Апробация работы. Всероссийской научно - практической конференции «Энергетика, экология, экономика средних и малых городов. Проблемы и пути их решения», Москва, г. Международной научно-технической конференции «Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений», Вологда, г. Международной научно-технической конференции, посвященной -летию ОАО «Северсталь» «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства», Череповец, г. Второй всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону», Вологда, г. Третьей всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону», Вологда, г. Четвертой всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону», Вологда, г. Международной научно-технической конференции «Автоматизированная подготовка машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования», Вологда, г. Публикации работы. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена в 4 главах на 5 страницах машинописного текста, содержит рисунков и 7 таблиц. Список литературы включает 2 наименования, из них отечественных автора и зарубежных. Приложения к диссертации представлены на 5 страницах. Глава 1. В данном обзоре рассматриваются существующие на данный момент экспериментальные и расчетные исследования, посвященные изучению процессов теплообмена при пульсирующем турбулентном течении дымовых газов в канале, источником движения которых является вибрационное горение газовоздушной смеси. Данная тема представляет как научный, так и практический интерес, поскольку проектирование новых топочных устройств и теплообменных аппаратов в смысле улучшения стоимостных и их весогабаритных категорий характеристик достигло стадии насыщения, а радикальное повышение экологических показателей крайне затруднено и сопровождается значительным удорожанием []. В обзоре рассмотрены основные вопросы пульсирующего горения, акустические принципы устройства изучаемой камеры, общие вопросы огнетехнического моделирования и, непосредственно, газодинамика вибрационного горения наряду с процессами теплопередачи, присутствующими в процессе работы устройств. Процесс самовозбуждения акустических колебаний газа в энергетических установках с горением известен с работ Хиггинса и Рэлея. В литературе это явление называют также вибрационным горением, неустойчивостью горения, термическим возбуждением звука, термоакустическими колебаниями или пульсационным горением.