Расчет переноса энергии излучения в топках энергетических котлов методом характеристик

• Автор: Шашкин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Методы расчета теплообмена излучением.

1.1. Физические основы методов и их модификации.

1.2. Математическая модель зонального теплообмена

в топочной камере.

Глава 2. Расчет лучистого теплообмена в газофазных

продуктах сгорания.

2.1. Понятие об интенсивности излучения абсолютно

черного тела.

2.2. Основные законы переноса энергии излучения.

2.2.1. Закон излучения Планка.
2.2.2. Интегральная интенсивность излучения
абсолютно черного тела.
2.2.3. Закон Ламберта.
2.2.4. Закон БугераЛамберта.
2.2.5. Закон Кирхгоффа.
2.3. Уравнение переноса энергии излучения в однородной изотермической среде.
2.4. Уравнение переноса энергии излучения в среде
с переменными параметрам .
2.5. Радиационные свойства газов.
2.6. База данных по коэффициентам поглощения компонентов
газовой фазы продуктов сгорания.
2.7. Перенос энергии излучения в объемах
прямоугольного сечения.
2.7.1. Модели полос. Спектрально серое приближение.
2.7.2. Расчет плотности радиационных тепловых потоков.
2.7.3 Топки парогенераторов тепловых электрических станций.
2.7.3.1. Алгоритм расчета радиационного теплообмена
в топках котлов ТЭС.
Глава 3. Разработка программного пакета расчета переноса
энергии излучения в топках котлов.
3.1. Блоксхема программы расчета переноса энергии излучения.
3.2. Подготовка исходных данных для выполнения расчета
переноса энергии излучения.
3.2.1. Термодинамический расчет процессов горения.
3.2.1.1 Условная формула топлива молекула топлива.
3.2.1.2 Предварительный термодинамический расчет
параметров продуктов сгорания.
3.2.3. Параметры топочной среды.
3.3. Выбор граничных условий.
3.4. Распределение температуры топочных газов
в поперечных сечениях по высоте.
Глава 4. Численные исследования переноса
энергии излучения в топках энергетических котлов.
4.1 Тестирование разработанного программного пакета расчета.
4.2 Распределение коэффициента поглощения топочных газов
по длинам волн излучения.
4.3 Параметрическое исследование разработанной методики расчета лучистого теплообмена.
4.3.1. Выбор спектрального интервала при расчете радиационных тепловых потоков.
4.3.2. Выбор размеров расчетной сетки.
4.3.3. Влияние пристенного слоя
4.3.4. Влияние радиационных свойств поверхностей стенок.
4.4 Моделирование профиля температурного поля ядра факела.
Основные результаты и выводы.
Литература


Интегральные уравнения теплообмена излучения заменяются при этом аппроксимирующей конечной системой алгебраических уравнений. Из решения этой системы уравнений совместно с уравнениями движения, конвективного теплообмена и горения определяются, в конечном счете, все неизвестные энергетические характеристики, которые могут включать в себя как температуры, так и потоки энергии между зонами. При этом, чем на большее число зон разбита топка, тем выше точность получаемого решения. Число зон, в свою очередь, зависит от характера полей температуры и физических характеристик тел. Чем выше неоднородность этих полей, тем на большее число зон необходимо разбивать топочный объем и ограничивающие его поверхности нагрева. В практической реализации зональных методов существует различные подходы. Широкое распространение в энергетике получил зональный нормативный метод расчета []. В соответствии с эти методом топочная камера условно разбивается системой горизонтальных плоскостей на ряд зон высотой около 4 м. Отдельно выделяется зоа максимального тепловыделения на уровне расположения горелок. Для каждой объемной зоны температура газов на выходе из нее определяется из решения уравнения энергии, представленного в алгебраической форме и учитывающее локальное тепловыделение при горении топлива, изменении энтальпии продуктов сгорания и теплоотвод из зоны. Основной задачей расчета является определение распределения по высоте топки локальных тепловых нагрузок экранных поверхностей нагрева. Т?. Расчет проводится методом итераций. Критерием правильности зонального теплового расчета топки является степень согласования рассчитанной по этому методу температуры газов на выходе из топки с температурой, определенной при расчете суммарного теплообмена в топке. Допустимые расхождения между этими величинами не должны превышать ± К. Корректировка расчета производится путем соответствующего изменения распределения тепловыделения по высоте топки. Опыт использования зонального метода [] показывает его достаточно высокую точность. Много важных технических задач было решено при помощи разработанного Ю. А. Суриновым [,] зонального метода расчета теплообмена излучением. Температура объемных зон определяется в этом методе путем решения системы нелинейных алгебраических уравнений. В развитие этого метода Ю. Суриновым [,] был разработан обобщенный итерационно-зональный метод, позволивший значительно повысить точность расчетов. Сущность этого метода состоит в том, что интегральные уравнения для резольвенты и локальных разрешающих угловых коэффициентов приводятся к системе для остатков бесконечных функциональных рядов, определяющих разрешающие коэффициенты излучения. Эта система интегральных уравнений заменяется системой приближенных линейных алгебраических уравнений. При таком подходе к задаче представляется возможным значительно повысить точность численного определения различных характеристик излучения без увеличения числа зон, в то время как при чисто зональном методе это может быть достигнуто только за счет увеличения числа зон. В этом отношении перспективными предстают работы В. Н. Адрианова [2, 3], в которых показана возможность повышения точности расчета локальных и усредненных характеристик радиационного теплообмена путем учета с помощью коэффициентов распределения оптических и термических неоднородностей внутри зон. Более полное использование математического обеспечения современных ЭВМ, как показал Детков [], осуществляется при матричном способе решения систем зональных уравнений радиационного теплообмена. Значительный прогресс в развитии и практическом использовании зонального метода расчета связан с известными работами X. Хоттеля и Е. Когена, а так же X. Хоттеля и А Сэрофим [], положившим начало широкой апробации технических возможностей метода в инженерной практике. Особенно широкое распространение получил этот метод за рубежом. В основу его положены уравнения баланса энергии для всех условно изотермических объемных (т) и поверхностных (п) зон, на которые мысленно разбивается топочная камера. Х . Е ЯуруСОу/'у (7у — 7}) + Qxu.