Введение к работе
Актуальность'. Для успешного развития и укрепления народного хозяйства фундаментальное значение имеет применение прогрес-с'шишх технологических процессов. При этом чем совершеннее методические орудия труда учета и инженеров, тем более экономич-нне, менее'матэриэлоемкие и менее габаритные установки удается соядчвать в более сжатые сроки. Настоящая работа посвящена со'-здлияг нових и совершенствованию имеюиихся методов теоретического и экспериментального исследования теплообмена излучением и сложного теплообмена, которые являются главными процессами в современных энергетических установках, во многих устройствах металлургической, авиационной, ракетной и космической техники. Особую актуальность приобретает это сейчас, в связи с уменьшением запасов минеральная тошшв. Наука и практика особо нуждаются в методах решения задач сложного и радиационного теплообмена, ттоэволяпяих оптимизировать теплопередачу в установках, ускорить я облегчить расчеты, учитывать взаимодействие излучения с. горением-, теплопрозодвостьв, тормоупругтстью и другими процессами, а также анизотропии и селективность оптических споЯстп тел п сред. Для о'еспечения~нале"яшого ^акционирования высоксстветственнах агретатов требуются сверхбыстродействующие автоматизированные системы управления и защиты, успешному решению задгл по созданию и применению которых могут прогрессивно способствовать. бистродєіісг.вуюдяе схемы сопряженного электромо-делвровзн'ия, теоретические основы построения л практические испытания которых произведены автором.
Цель работы. Расширение исследовательских возмслшостей методов теоретической теплотехники а теплофизики в" области решения эодсч пнергоосмекв с процессами излучения при анизотропных и селективных оатвчесгих свойствах тел и сред, что способствует увелйченог надежности и долговечности новой техники.
Научная новизна. Ранее отсутствовавшее в литературе, решет; пив полной обобщенной постановки задачи' о теплообмене излуче-. ішем в системе тел и сред (с селективнш/ш или сершли свойствами) получено самостоятельно автором; на базе его построен метод решения задач о теплообмене излучением с использованием по7 лученных автором нових разрешающих функций, которые, в отличив от'аналогичных величин других авторов подчиняются все баз исклдт чеши известному принципу двойственности и позволяют прямое определение без расчетов промежуточных разрешающих величин; эта . результаты фундаментальны для построения методов электромодели--рования. Ранее отсутствовавший принцип взаимных переходов между решениями интегральных уравнений теплообмена излучением в различных постановках задач и разрешающими коэффициентами взаііт-мооблучения объемных и граничных зон с при серых и селективных,. ' изотропных и анизотропных радиационных свойствах) самостоятельно установлен и построен автором; он позволяет во много раз снизить трудоемкость и затраты времени при шюговаряантных инженерных и исследовательских расчетах, разработан метод определения условий оптимальной отдачи (или подвода) тепла излуче--нием от движущейся среди в объеме с фиксированными габаритами, с учетом селективных свойств границ и средыJ Определены условия выделения расчетных зон в средах, уменьшающие погрешности нахождения локальных характеристик при фиксированном числе зон. Впервые автором самостоятельно доказана единственность решения обратной постановки задачи о теплообмене излучением. Произведено на базе резольвентного подхода дальнейшее развитие теории теплообмена излучением при анизотропных оптических свойст- Бах поверхностей и сред при излучении и при отражении на гра- -ницах и при рассеянии в средах с учетом поляризации излучения} установлены новые взапмосвязп кожду характеристиками аназоіроа-ного поля, излучения; получены шшзотрошшо разрешающие функций' необратимые и обратимые, исследованы их свойства,'"уравнепая взаимности и замкнутости; разработан метод экспериментального определения разрешающих ализогроь.шх резольвент на моделях. Автором самостоятельно построены новие метода электромоделирования радиационного теплообмена: разрешающих коих-тциектов взаа-мооблучения в системах произвольно? конфигурации с диуіузнши телами и изотропно иоглппйвдіми ц' р.аоз.р;^з;шшй средами при се-
рых и селективных радиационных свойствах; энергообмена излучением на базе только разрешающих функций; энергообмена излучением при селективных и анизотропных оптических свойствах тел и срод. Разработан комплекс методов сопряженного электромоделирования теплообмена излучением в его взаимодействии с другими физическими процессами: теплопроводностью, конвекцией, теплоак-кумуляцией, движением среды, горением, фазовыыи переходами, тер-MoynpyrocTbD - при сорых и изотропных, селективных и анизотропных радиациопшх свойствах тел и сред; метод, параллельной развертки нестационарных режимов с энергообменом излучением. Разработаны электромодолируодиа схемы для исследования топочных процессов, термоупрутости с излучением, движения гратщ плавления и испарения в пола моалого излучения. Сконструированы, построены и успешно прошли экспериментальную проверку оригинальные электронные моделирующие установки, созданные под руководством и при участии автора на современной элементной полупроводниковой базе. Доказаны опытами на этих моделях высокое быстродействие, достаточно высокая точность решения задач, описываемых нелинейными ингегро-ди^ференциалъными уравнениями сложного теплообмена, что очзнь ваяю для облегчения проектно-конструк-торских и исследовательских работ, а также создания перспективных автоматизированных систем управления а энергетике, металлургии и других отраслях народного хозяйства. Автором самостоятельно разработали высокоточные функциональные преобразователи напряжения и тока, составляющие фундаментальнуп базу для построили электронных моделей энергообмена о процессами излучения прп селективних и анизотропных радиационных свойствах.
Практическая ценность. Выполненные исследования по развитии теории радиационного теплообмена при изотропных и анизотропных оптических свойствах, разработанные на их основе инженерные метода* расчета позволяет решать задачи по созданию новых и совергаэнствованшэ действувдих теплообмеиных устройств более проще, с меньшими затратами труда и времени, чем ранее. Метод взаимных переходов мелду разрешающими коэффициентами при изотропных, и анизотропных радиадионннх свойствах позволяет существенно облегчать п ускорить производство расчетов при прооктно-конструкторских я исследовательских работах. Разработанный метод нахождения уелгаапй оптимизации теплоотдачи излу-
г*
чением и конвекцией в высокотемпературных теплообменниках позволяет существенно уменьшить их габарити или повисить производит тельность. Результати исследований оптико-геометрических закономерностей поля излучения при обіцой анизотропии оптических свойств поверхностей и сред дополняют и расширяют возможности современной теории о теплообмене излучением, в том число с учетом поляризации излучения. Построенные метода элоктромоделиронаиил радиационного и сложного теплообмена вооружают учених и инженеров новыми внсокоэ44ективными инструментами и открывают принципиально новые пути для решения слож'йШ Задач с системами нелилейных интегро-диференцналькых уравнений современной теплофизики. Per зультаты исследований'по взаимодействию процессов излучения и горения открывают повне возможности к совершенствованию топочных устройств. Разработанный метод сопряженного элоктромоделйрот-вания составляет фундамент для создания перспективных быстродейг ствуюпих решающих блоков автоматизированных систем управления комплексами и агрегатами со сложными процессами.- Разработанные электронные функциональные преобразователи напряжения и тока, узлы сопряжения представляют собой удобную элементную базу для построения устройств сопряженного моделирования взаимодействия излучения с Другими Процессами и уогут быть использованы в других измеритеЛьнМ и йіііііормаїшонно-тпичислительїшх системах.
Реализации и- внедрение. Результаты работы были внедрены в ВШИНефтемашй при" проектно-конструкторских разработках трубчатых печей нефтехимической промышленности; разработаны на база принципа взаИглных" переходов и внедрены в руководящие технические '!атёриалы* по тепловому расчету трубчатых па чей рекомендации! облегчающее вариантные расчеты разрешающих функций; разработан и внёДрен метод выбора оптимального числа и размещения тепловбейринимавдих труб в конвективных шахтах трубчатых печей. Под руководством и с.участием автора в МЭИ были разработаны и внедрены при выполнении ряда иаущю-исследовательских тем: прогрессивная методика расчета теплообмена излучением на базе принципа взаимных переходов, инженерный метод определения наилучшего размещения излучателей в терморадиациоишх сушильних установках. Разработанные автором метода позволили произвести во ВНИИТ оптимизацию конструкции оптическогб датчика температуры. Разработки а&тбра по методам расчете и:злектронодвлироваійія радиа-
готонного и ^ложного іг-еплорбтена находят прішвнетш для исследования теплових процессов, для решения задач проектирования различим* устройств на ШЭ '"Сопзтермнофть"(г.Краснодар), заводе "Tf!f»wo{;TDwara"(r,4epHOMopcK), ВНИШєфтемаїп (г.Москва),, п/я и других организация*. Результаты электронного моделирования радиа-цпопно-кондуктктаого теплообмена в теплоизолировишшх вакуумиро-ватшх напіотательнух трубах іго}/гя»оЯ промышленности использовали для сопершенствования конструїщга устройств этих труб в "Торишеїтамши". Розультаты сопряженного моделирования на электронная схемах движения границ фаэопых переходов плавления и испарения п твердых тглах под воздействием мощного излучения использовали в п/я Р6324 для ссвераенствования новой техники. Отдельные научные результати били использопани в кандидатской диссортации О.А.Карасева й получили внедрение при практической реализации результатов ее, пополненной при соруководство автора. Результата работы лапши применение в учебном пособии доцента, к.т.н. ОЛ.Данилова "Теория и расчет сушлышх установок" М., ГОИ, 1977 г. , при мполненяи ряда дипломных проектов и научных работ студшггов МЭН п Краснодарского политехнического института Ю31 , при чтении автором курса лекций "Тохнологгчос-кпв измерения я приборы" специальностей 0305, 0300, 1208 в КІМ й кур03 "Общая физика" п КШЗУ им.С.ДО.Штекенко. Внедрение результатов работы давт значительный эконошчоскяй эффект.
Алробшгия результатов работа.Результаты диссертационной работы докладывались, обсуждалась и Сили одобрены на П-У1 Всо-совзних конференциях по теплообмену излучением (Краснодар; 1969, 1973; Киев, 1978j Ставрополь, 1983; Каунас, 1987J; на 1У, У Всесоюзних конірершяпях по тепло- и массопереносу (Минск, 1972, 1976); на заседаниях -сетрія "Теплообмен излучением" Научного Совета по проблема ^Маооо- п теплопереиос в технологических процессах ПС СЛ CCS? iito інаука и технике в период 1968-1990 гг.; на научно-технических «онфввеициях Краснодарского политехнпчос-кого института, Йоокопбгїс-го л Ивановского эноргетяческих институтов (1958-19S0 гг."),, «а семинарах "Электронное моделирование задач "аттлзтическоИ gjraaraj" при Научном Совете АН УССР (Кпоз. 1975), отдела проблем лромыпкенной теплотехники ИГ ЛН УССР(Кяев, ( 1975}, "Гибридтше вичиолнтезплішв маипни и комплексы" АН УССР (Одооса, 197SJ, па ЗУ Воеодязиой конференции "Теплофизика тех-
нологических процессов"(Тольятти, 1976); на республиканских и региональных конференциях "Математическое моделирование' и гибридная вычислительная техника"(Куйбышев, 1977), "Косвенный радиационный нагрев материалов в промышленности" "All УССР (Киев, 1977); ^Применение вычислительных средств в теплотехнических и энергетических расчетах"(Свердлопск, 1977), институт теплофизики СО АН СССР, Новосибирск, 1978; Красноярск, 1983; Объединенных заседаниях секций Научных Совотов ГЮТ ССС'.'и АН.СССР (Ташкент, 1979; Суздаль, 1985; Владивосток, 196G); [Лакдународноы форуме по тепло- и массообмену, Минск, .1988.'
Публикации: Основные наложения диссертации опубликованы в 40 научных статьях в центральных изданиях и материалах Всесоюзных и республиканских конференций и совещаний, депонированы в
винити. . '' : .' ''- ':'-'."- .:"':;;" ;'' ".''';' :г;-:
Объем и структура диссертационной работы.Реферируемая диссертация изложена на 272 странице машинописного текста, состоит из введения, пяти глав и заключения; содержит 49 рисунков, 5 ~ таблиц и 7 приложений (в приложениях ? рисунков), список литературы, включавший 331 наименование.