Моделирование и расчет тепловых процессов в регенеративных утилизаторах теплоты с циркулирующей гранулированной насадкой

• Автор: Медведев, Вячеслав Борисович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Содержание

Условные обозначения

Введение
Глава 1. Использование регенеративного подогрева для утилизации вторичных энергоресурсов технологических установок.
1.1. Оценка потенциала вторичных энергетических ресурсов в теплотехнологичсских процессах и анализ основных направлений их использования.
1.2. Основные типы регенеративных теплообменных аппаратов, их конструкции и принцип действия.

1.3. Оценка эффективности эксплуатации регенеративных теплообменных аппаратов.

1.4. Методы расчета регенеративных теплообменников

1.5. Математическое моделирование взаимодействия газа с насадкой. Ячеечные модели прогрева одно и двухмерных объектов

1.6. Постановка задачи исследования.

Глава 2. Моделирование теплообмена между потоками гранулированного материала и газа

2.1. Схематизация потоков в регенераторах с гранулированной насадкой.
2.2. Параметры состояния процесса в элементарной ячейке.
2.3. Одномерная модель процесса движения потоков газа и гранул и теплообмена между ними.
2.4. Расчетное исследование теплообмена между одномерными потоками газа и насадки .
2.5. Выводы по главе 2
Глава 3. Моделирование поперечнопоточного теплообмена и цик
лов нагреваохлаждения гранулированной насадки
3.1. Двухмерная ячеечная модель теплообмена газа с гранулированной насадкой.
3.2. Расчетное исследование распределения параметров газа и насадки при поперечнопоточном теплообмене.
3.3. Ячеечная модель циклов нагреваохлаждения в регенеративном теплообменнике с гранулированной насадкой
3.4. Выводы по главе 3
Глава 4. Метод расчета регенератора с подвижной гранулированной насадкой и i экспериментальная проверка.
4.1. Метод расчета тепловых процессов в регенераторе с фанулированной насадкой
4.2. Экспериментальная проверка модели.
4.3. Оценка эффективности использования теплоты уходящих дымовых газов для подогрева воздуха, подаваемого в топку промышленной печи
4.4. Сведения о практическом использовании результатов работы
4.5. Выводы по главе 4
Основные результаты диссертации
Список литературы


А8 Математическое моделирование ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий) и планов НИР ИГЭУ, а также частично в рамках международного договора о научно-техническом сотрудничестве между кафедрой прикладной математики ИГЭУ и Горным институтом г. Алби, Франция. Целыо работы является повышение эффективности систем утилизации тепла в регенеративных теплообменниках с циркулирующей гранулированной насадкой в высокотемпературных процессах химической, строительной и других отраслей промышленности. Объектом исследования является тепловой процесс в регенеративном теплообменнике с циркулирующей гранулированной насадкой. Предмет исследования - температурный режим насадки, греющего газа и нафепаемого воздуха в тепловом цикле работы насадки и возможности управления им. В первой главе выполнена оценка потенциала вторичных энергетических ресурсов в тепловых процессах химической и ряда смежных отраслей промышленности, представлено описание основных типов регенеративных подогревателей, используемых для утилизации теплоты продуктов сгорания, а также проанализировано современное состояние проблемы математического моделирования происходящих в них теплообменных процессов и инженерных методов их расчета. Показано, что одной из перспективных конструкций регенеративного теплообменника является регенератор с подвижной гранулированной насадкой, поток которой последовательно пересекает потоки горячего (нагрев насадки) и холодного (ее охлаждение) газа, передавая теплоту от одного потока к другому. Методологической основой настоящей работы выбраны ячеечные модели и связанный с ними математический аппарата теории цепей Маркова, успению использованные для решения подобных задач в работах В. Е. Мизонова, Н. Berthiaux, C. B. Федосова и ряда других авторов. В заключение главы сформулированы детализированные задачи исследования. Во второй главе разработаны ячеечные математические модели теплового взаимодействия между стохастически движущимися потоками газа и сыпучего материала для трех основных вариантов взаимодействия массопотоков гранулированной насадки и газа, позволяющие рассчитывать распределения температур газа и насадки в переходном и установившемся процессах при локализованной и распределенной по любому закону подаче газа в прямоточном и противоточном режимах. Выполнены численные эксперименты по исследованию влияния способа подачи газа на прогрев насадки и охлаждение газа, в результате которых показано, что максимальный прогрев насадки достигается при локализованном противоточном режиме, но при распределенной подаче газа обеспечивается наиболее равномерное распределение его температуры по длине канала, благоприятное для его аппаратурного оформления. Исследовано влияние длины канала на прогрев насадки и показано, что при незначительной доле местных сопротивлений по сравнению с сопротивлением собственно насадки энергетически выгоден короткий канал, а при их возрастающей доле имеется оптимальная длина канала. В третьей главе рассмотрен следующий этап моделирования: поперечно-поточное движение газа и материала. Разработана двухмерная ячеечная модель поперечно-поточного теплообмена газа с гранулированной насадкой, позволяющая рассчитывать распределения температур газа и насадки в переходном и установившемся процессе и средние техмпературы газа и насадки на выходе из зоны теплообмена. Описана структура моделирования циклов нагрева-охлаждения насадки и построена модель цикла для противоточного теплообмена. Выполнены численные эксперименты по исследованию циклов нагрева-охлаждения и выявлено влияние параметров процесса на распределения температур теплоносителей. Показано, что предложенная модель содержит всю информацию для расчета регенераторов с подвижной гранулированной насадкой и поиска их рациональных (оптимальных) параметров при проектировании. В четвертой главе рассмотрены вопросы практического применения полученных результагов. Сформулирован метод поверочного и конструкторского расчета регенератора с гранулированной насадкой и разработано его профаммно-алгоритмическое обеспечение.