Моделирование и оптимизация рекуперативных аппаратов в условиях обледенения теплопередающих стенок

• Автор: Бардаков, Виталий Иванович
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 127 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Основные обозначения

Глава 1. Стационарный теплообмен в аппаратах при наличии внутренних тепловыделений и термоградиентного переноса вдоль потоков тепло и хладоносителей.

1.1. Постановка задачи.

1.2. Общее решение для прямоточного аппарата.

1.3. Частные случаи

1.4. Общее решение для противоточного аппарата.

1.5. Частные случаи

1.6. Анализ решений

Глава 2. Стационарный теплообмен в аппаратах при сплошном

обледенении теплопередающей стенки.
2.1. Условия обледенения и формулирование задачи.
2.2. Общее решение.
2.3. Частные случаи
2.4. Оптимизация теплообмена.
2.5. Пример расчета
Глава 3. Стационарный теплообмен в аппаратах при частичном
обледенении теплопередающей стенки.
3.1. Условия на линии фронта обледенения.
3.2. Теплообмен в прямоточном аппарате при обледенении концевого участка
3.3. Теплообмен в прямоточном аппарате при обледенении начального участка.
3.4. Теплообмен в противоточном аппарате.
3.5. Примеры расчета.
Глава 4. Расчет и оптимизация промышленного аппарата
для термостатирования суспензии
4.1. Анализ работы сборников дрожжевого концентрата
в производстве хлебопекарных дрожжей.
4.2. Описание устройства и работы предлагаемого аппарата для термостатирования суспензии дрожжевого концентрата
4.3. Тепловой расчет аппарата
4.4. Циклограмма работы аппарата при оптимальном управлении процессом.
Основные выводы
Литература


Цель работы: развитие теоретической базы, применяемой в практике расчета и оптимизации рекуперативных аппаратов. Поставлена и решена аналитически задача стационарного теплообмена в прямоточных и противоточных аппаратах с учетом термоградиентного переноса вдоль потоков тепло- и хладоносителей при наличии внутренних тепловых источников (или стоков). Та же задача решена для случаев, когда теплопередающая стенка со стороны теплоносителя подвержена сплошному и частичному обледенению. Сформулированы условия оптимизации теплообмена в проточных аппаратах непрерывного действия, работающих в условиях возможного обледенения, при этом показано преимущество прямоточного движения тепло-и хладоносителей перед противоточным. Решена задача оптимизации теплообмена в емкостном аппарате циклического действия. Предложена новая конструкция аппарата для охлаждения и последующего термостатирования суспензии, работающего в оптимальном тепловом режиме. Практическая значимость и реализация результатов исследования. На основе полученных аналитических решений разработана методика инженерного расчета оптимальных тепловых режимов и конструкций аппаратов. Разработан проект модернизации сборников дрожжевого концентрата, реализованный на 3-х промышленных предприятиях - АООТ "Дрожжи" (г. Воронеж), ОАО "Теткиноспирт" (Курская обл. АООТ "Бахус" (Краснянский спиртзавод, Воронежская обл. Воронежской государственной технологической академии. Достоверность результатов и выводов. Правильность постановки и решения физико-математических задач гарантируется отсутствием каких-либо сомнительных допущений, корректным использованием известного операторного метода Лапласа и проверкой конечных результатов на выполнение общего теплового баланса. Достоверность выводов подтверждается положительными эффектами, выявленными при достаточно продолжительной эксплуатации модернизированных теплообменных аппаратов в производстве. Апробация результатов исследования проводилась на отчетной научно-технической конференции ВГТА за г. Моделирование процессов тепло- и массообмена" (ВГТУ, г. АООТ "Дрожжи" ( - г. ОАО "Теткиноспирт" ( г. Публикации. По материалам диссертационной работы имеется 4 публикации, получено положительное решение о выдаче патента на изобретение. На защиту выносятся: новые аналитические решения задач рекуперативного теплообмена, полученные с учетом продольного1 термоградиентного переноса теплоты в каналах аппарата и внутренних тепловыделений; методы оптимизации процесса охлаждения жидкостей в условиях возможного обледенения теплопередающей стенки; новая конструкция аппарата для охлаждения суспензии. Объем и структура работы. Работа изложена на 7 страницах, включает рисунков, 5 приложений. Список литературы содержит наименований. В 1-й главе описывается обобщенная модель стационарного процесса теплопередачи, в которой наряду с переносом теплоты самим течением тепло- и хладоносителей учтена компонента переноса под действием продольного градиента температуры с привлечением известных "диффузионных'* представлений о перемешивании в потоке [ - ]. Кроме того, учтены тепловые эффекты, которые могут быть обусловлены фазовыми или химическими превращениями и биологическими процессами, а также диссипацией энергии потоков (что особенно актуально для криогенной техники). При допущении постоянства теплофизических свойств тепло- и хладоносителей обобщенная модель процесса в прямоточном и противоточном аппаратах представляет собой систему, состоящую из двух линейных дифференциальных уравнений 2-го порядка с постоянными коэффициентами и линейными граничными условиями в форме Данквертса [, ]. Для решения этой системы используется операторный метод, базирующийся на интегральном преобразовании Лапласа [ - ]. Его применение приводит к аналитическим выражениям для продольных профилей температур обоих носителей, по которым определяется полный тепловой поток через теплопередающую стенку []. После решения задачи в обобщенной постановке рассматриваются частные случаи, соответствующие предельным значениям коэффициента продольного перемешивания в одном или обоих каналах аппарата, равным О и оо.