Моделирование тепломассообмена и разработка методов расчета грунтовых испарителей сжиженного газа шахтного типа

• Автор: Юшин, Антон Николаевич
• Шифр специальности: 05.23.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 150 с. : ил

Содержание
ВВЕДЕНИЕ.

1. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Обзор и анализ существующих конструкций испарителей сжиженного газа

1.2 Регазификация сжиженного газа в трубчатых грунтовых теплообменниках.

1.3 Состояние вопроса и анализ литературных источников по

теплообмену в системе грунт подземный трубопровод

2. ТЕПЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИСПАРИТЕЛЕЙ СЖИЖЕННОГО ГАЗА ШАХТНОГО ТИПА С ПРОМЕРЗАЮЩИМ ГРУНТОМ.

2.1 Общие предпосылки к постановке задачи.

2.2 Пути упрощения задачи.

2.3 Постановка задачи теплового взаимодействия испарительной колонки сжиженного газа с промерзающим грунтом
2.4 Исходные предпосылки к решению задачи и анализ принятых допущений.
2.5 Разработка математической модели и алгоритма расчета теплообмена испарительной колонки сжиженного газа с промерзающим грунтом
2.6 Анализ численных результатов решения задачи.
3. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ГРУНТОВЫХ ТЕПЛООБМЕННИКАХ СЖИЖЕННОГО ГАЗА ШАХТНОГО ТИПА.
3.1 Разработка приближенной математической модели теплообмена испарительной колонки сжиженного газа типа труба в трубе при отсутствии фазовых превращений грунтовой влаги
3.2 Анализ результатов решения задачи и оценка погрешности приближенной модели.
3.3 Тепловые режимы эксплуатации испарительных колонок сжиженного газа типа труба в трубе
3.4 Разработка математической модели и алгоритма расчета теплообмена испарительной колонки сжиженного газа с образной трубой.
3.5 Оптимизация конструктивных параметров испарительных колонок сжиженного газа с образной трубой.
3.6 Сравнительная эффективность конструкций грунтовых
теплообменников сжиженного газа шахтного типа
4. ПАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ГРУНТОВЫХ ИСПАРИТЕЛЕЙ СЖИЖЕННОГО ГАЗА ШАХТНОГО ТИПА.
4.1 Разработка математической модели регазификации сжиженного газа в испарительных колонках типа труба в трубе.
4.2 Экспериментальные исследования тепловых режимов работы испарительной колонки сжиженного газа типа труба в трубе
4.2.1 Описание экспериментальной установки и методика проведения исследований.
4.2.2 Определение паропроизводительности грунтового испарителя .
4.2.3 Определение тсплофизических характеристик грунта
4.2.4 Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных результатов и оценка погрешности математической модели
4.3 Методика расчета грунтовых испарителей сжиженного газа шахтного
Выводы.
5. ТЕХНИКО ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГРУНТОВЫХ ИСПАРИТЕЛЕЙ СЖИЖЕННОГО ГАЗА ШАХТНОГО ТИПА И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ЛИТЕРАТУРА Приложения
ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
3 интегральные приведенные затраты, р. К капитальные вложения, р. И эксплуатационные расходы, р.год сэ1э удельная стоимость электроэнергии у, г координаты, м п нормаль к изотермической поверхности или колво 8толщина снежного покрова, м градиус, м I длина участка колонки, м , Т7 поверхность, м2 Кобъем, м3 0 тепловой поток, Вт I температура, С 1гуестественное распределение температур в грунте, С Якоэффициент теплопроводности, ВтмК хстепень сухости сжиженного газа Срасход сжиженного газа, кгч степлоемкость, кДжкгК г теплота парообразования, кДжК ОС коэффициент теплоотдачи, Втм2 к и теплота фазового превращения замерзания влаги, кДжм3 т продолжительность, ч совесовая влажность грунта, , содержание пропана в смеси соответственно в весовых и мольных долях М молекулярные массы пропана, Нбутана и их смеси р плотность, кгм3 Р давление, Па 0р низшая теплотворная способность сжиженного газа, кДжкг А относительное расхождение теоретических и экспериментальных значений А среднеквадратичное расхождение результатов Бс критерий Стьюдента 5 почетность.
БУКВЕННЫЕ ИНДЕКСЫ
пр пропан б бутан н начало
к конец
ср среднее
гр грунт
м мерзлый т талый ж жидкость и изоляция
СУГ сжиженный углеводородный газ РУЕР резервуариая установка с естествен
п перегрев
ной регазификацией
ВВЕДЕНИЕ
АКТУАЛЬНОСТЬ


Ряд математических моделей стационарного теплообмена в грунтовых испарителях шахтного типа, комплексно учитывающих геометрические размеры и конфигурацию теплообменников, теплофизические характеристики грунта и температурные условия эксплуатации при отсутствии фазовых превращений грунтовой влаги. Математическая модель регазификации СУГ в грунтовых теплообменниках типа труба в трубе. Методика определения паропроизводительности групповых резервуарных установок СУГ, оборудованных грунтовыми теплообменниками шахтного типа. Алгоритмы и программы численного расчета конструктивных параметров испарительных колонок сжиженного газа и обоснования их оптимальных схемных решений. Результаты экспериментальных исследований тепловых режимов эксплуатации грунтового испарителя сжиженного газа шахтного типа. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанные теоретические и практические положения обеспечивают повышение эффективности и надежности снабжения потребителей сжиженным газом от групповых резервуарных установок с естественной регазификацией путем реализации и внедрения технологической схемы ре газификации СУГ в трубчатых грунтовых теплообменниках шахтного
типа математических моделей и программно алгоритмического обеспечения по расчету парогроизводительности испарительных колонок сжиженного газа, рекомендаций по выбору их оптимальных геометрических параметров и рациональной области использования. Результаты исследований используются в лекционном курсе Газоснабжение, читаемом на кафедре ТГС СГТУ, а также в курсовом и дипломном проектировании студентов. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. СГТУ г. Российской научнотехнической конференции Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности г. Строительство0 I г. Проблемы энерго и ресурсосбережения в промышленном и жилищнокоммунальном комплексах г. Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова г. Воронежского государственного архитектурностроительного университета г. Воронеж, . Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ ,,,,, общим объемом стр. ПЭВМ в проведение техникоэкономического анализа сравнительной эффективности рсзервуарных установок с шахтными грунтовыми теплообменниками в математическая постановка задачи, анализ и оценка принятых допущений в разработка методики эксперимента, обработка экспериментальных данных и проверка математических моделей на адекватность результатам натурных наблюдений в разработка математической модели теплообмена и программноалгоритмического обеспечения ее реализации на ПЭВМ в разработка математической модели для испарительной колонки сжиженного газа шахтного типа в условиях нестационарного теплообмена в разработка математической постановки задачи и проведение анализа и оценки принятых допущений. Личный вклад автора состаатяет стр. Обзор и анализ существующих конструкций испарителей сжиженного
При использовании сжиженных углеводородных газов в качестве топлива они, как правило, подвергаются регазификации ,,,,,0. Для этой цели используют тепло специального теплоносителя горячей воды, пара, продуктов сгорания, электроэнергии искусственное испарение или естественное тепло окружающей среды фунта, воздуха, водопроводной воды естественное испарение. Испарение сжиженного газа происходит в тех же резервуарах, где они хранятся испарение в замкнутом объеме или в выносных испарителях, куда непрерывно или периодически подается часть жидкости из емкости хранения испарение в проточной системе. В настоящее время в газовой практике нашей страны широкое применение получили регазификаторы, работающие по принципу естественного испарения из замкнутого объема. В системах централизованного снабжения сжиженным газом большое распространение получили грунтовые установки с подземным размещением резервуаров. Они обеспечивают бесперебойную эксплуатацию системы даже при низких температурах наружного воздуха. Исследования, проведенные рядом авторов ,,,,,,,, дают возможность определить производительность подземных резервуаров в зависимости от степени заполнения газом, химического состава, климатических особенностей района установки, величины заглубления резервуара в грунт и ряда других факторов.