Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса 9
1.1. Схемы циркуляционного подогрева мазута на ТЭС 9
1.2. Методы расчёта систем циркуляционного подогрева мазута ... 16
1.3. Моделирование течения затопленных струй мазута 22
1.4. Цели и задачи исследований 35
Глава 2. Теплотехнологические схемы циркуляционного подогрева мазута на базе одноступенчатых раздельных схем для резервных мазутных хозяйств ТЭС 36
2.1. Описание существующей теплотехнологической схемы мазутного хозяйства на примере Казанской ТЭЦ-2 36
2.2. Расчёт эффективности и затрат энергии на содержание существующей теплотехнологической схемы мазутного хозяйства Казанской ТЭЦ -2 42
2.3. Возможное техническое решение по модернизации теплотехнологической схемы мазутного хозяйства Казанской ТЭЦ-2 68
Глава 3. Разработка методики расчёта системы циркуляционного подогрева резервного мазутного хозяйства ТЭС 70
3.1. Алгоритм и методика расчёта процессов подогрева мазута в резервуарах 70
3.2. Постановка задачи теплопереноса при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута 82
3.3. Моделирование теплопереноса при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута при линейном законе изменения температуры на выходе из насадки 84
3.4. Метод и алгоритм решения задачи теплопереноса при течении свободной струи мазута в резервуаре 94
Глава 4. Теоретическое исследование процессов теплопереноса при течении плоской затопленной свободной струи мазута в резервуаре 104
4.1. Задачи и объекты численного исследования 104
4.2. Результаты численных исследований теплопереноса при граничных условиях первого рода 105
4.3. Результаты численных исследований теплопереноса при граничных условиях третьего рода 115
4.4. Разработка энергосберегающей теплотехнологической схемы мазутного хозяйства ТЭС на базе одноступенчатой совмещённой схемы 132
4.5. Технико-экономический анализ эффективности разработанной системы циркуляционного подогрева мазута 139
Заключение 142
Литература
- Методы расчёта систем циркуляционного подогрева мазута
- Расчёт эффективности и затрат энергии на содержание существующей теплотехнологической схемы мазутного хозяйства Казанской ТЭЦ
- Постановка задачи теплопереноса при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута
- Результаты численных исследований теплопереноса при граничных условиях третьего рода
Введение к работе
В последнее время возросла роль экономических требований к мазутным хозяйствам ТЭС и котельных. Повышение цен на топливо выдвинуло помимо традиционных требований экономичности сжигания и ряд новых. Это прежде всего уменьшение доли затрат на собственные нужды ТЭС и котельных, приходящихся на содержание мазутного хозяйства. Значительно ужесточились требования, связанные с экологическими последствиями сжигания жидкого топлива.
Мазутное хозяйство ТЭС и котельных представляет собой комплекс сооружений, аппаратов и трубопроводов, требующий значительных капиталовложений при строительстве и потребляющий значительную долю собственных нужд станции или котельной. В этой связи роль мазутного хозяйства, как системы хранения и подготовки жидкого топлива, очень велика. Хотя оборудование мазутных хозяйств традиционно относится к вспомогательному оборудованию электрических станций, тем не менее, значимость мазутного хозяйства ТЭС или котельной сопоставима с основными системами и оборудованием станций и котельных.
В резервуарных парках мазутных хозяйств ТЭС в настоящее время наиболее широко используется циркуляционный подогрев с помощью стационарных серийных подогревателей мазута.
Одним из направлений повышения эффективности теплотехнологических схем мазутных хозяйств ТЭС является снижение затрат энергии на собственные нужды мазутного хозяйства при циркуляционном подогреве мазута, разработка энергоэффективных теплотехнологических схем.
Существующие на данный момент инженерные методики, математические модели и методы расчета циркуляционного подогрева мазута в резервуарных парках мазутных хозяйств ТЭС не учитывают этого направления и не позволяют с достаточной степенью точности определить затраты энергии, времени и теплоносителя на нагрев большого объема вязких жидкостей в резервуарах хранения.
Для расчета теплотехнологических схем в традиционных моделях и методах предлагается использовать приближенные значения коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, не учитываются режимы работы мазутных хозяйств и взаимное расположение оборудования, что приводит к большим погрешностям при расчете затрат энергии на содержание мазутного хозяйства.
В этой связи актуальной является разработка математической модели теплопереноса при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута в приложении к созданию эффективной теплотехнологической схемы мазутного хозяйства ТЭС.
Цель работы.
Моделирование и исследование процессов теплопереноса и разработка энергосберегающей теплотехнологической схемы хранения и подготовки сжигания жидкого органического топлива для резервного мазутного хозяйства ТЭС.
Задачи работы;
- разработка методики расчета и проектирования энергоэффективных теплотехнологических схем мазутных хозяйств ТЭС;
- разработка и обоснование математической модели теплопереноса при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута при линейном законе изменения температуры на выходе из насадки, а также при установившемся режиме подогрева;
- проведение численных исследований процессов теплопереноса при различных теплогидравлических режимах эксплуатации мазутного хозяйства и граничных условиях на днище резервуара.
Научная новизна выполненных исследований:
- разработана методика расчета и проектирования энергоэффективных теплотехнологических схем мазутных хозяйств ТЭС;
- разработана математическая модель теплопереноса при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута при линейном законе изменения температуры на выходе из насадки;
- разработаны метод и алгоритм решения задачи и проведены численные исследования процессов теплопереноса при различных теплогидравлических режимах эксплуатации мазутного хозяйства и граничных условиях на днище резервуара;
- предложена новая теплотехнологическая схема резервного мазутного хозяйства ТЭС (на примере Казанской ТЭЦ-2 ОАО «Татэнерго»).
Практическая ценность. Разработанная математическая модель теплопереноса при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута при линейном законе изменения температуры на выходе из насадки позволяет:
- определять затраты энергии и времени на поддержание заданного температурного режима при «холодном» и «горячем» хранении мазута;
- разрабатывать рекомендации для модернизации существующих и проектирования новых теплотехнологических схем резервных мазутных хозяйств ТЭС.
Автор защищает:
- математическую модель теплопереноса при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута при линейном законе изменения температуры на выходе из насадки;
- результаты численных исследований процессов теплопереноса и гидродинамики при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута;
- обоснование затрат энергии и времени, необходимого для подогрева мазута в резервуарах хранения;
- разработанную одноступенчатую совмещенную теплотехнологическую схему мазутного хозяйства на примере Казанской ТЭЦ-2.
Реализация работы.
Работа выполнялась в рамках Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002 - 2006 годы (государственные контракты №02.442.11.7165, №02.445.11.7194, грант Президента РФ по поддержке ведущих научных школ № НШ-1866.2003.8), а также при поддержке РФФИ (гранты № 05-02-08037, № 05-08-65508).
Разработанная методика может быть использована при курсовом и дипломном проектировании и чтении лекционных курсов «Тепловые и электрические станции» и «Вспомогательное оборудование ТЭС».
Личное участие. Основные результаты получены лично автором под руководством член-корреспондента РАН, д.т.н. Назмеева Ю.Г.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на следующих конференциях и симпозиумах:
1. Итоговая научная конференция за 2005 г. Казанского научного центра Российской академии наук, посвященная 60 летию КазНЦ РАН. Казань, 8-17 февраля 2006 г.
2. Третья межрегиональная научно-техническая конференция студентов и . аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика». Смоленск, 19-20 апреля 2006 г.
3. V Российская научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности». Ульяновск, 20-21 апреля 2006 г.
4. VII конференция РАЕ «Успехи современного естествознания» ОК «Дагомыс». Сочи, 4-7 сентября 2006 г.
5. Национальная конференция по теплоэнергетике НКТЭ-2006. Казань, 4-8 сентября 2006 г.
6. V Школа-семинар молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова. Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении. Казань, 3-9 сентября 2006 г.
7. Ежегодные аспирантские семинары Исследовательского центра проблем энергетики КазНЦ РАН (2005 - 2006 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ.
Объем работы. Диссертация изложена на 155 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения. Работа содержит 49 рисунков и 2 таблицы, список использованной литературы содержит 130 наименований.
Методы расчёта систем циркуляционного подогрева мазута
В литературе, посвященной методам расчёта [1 - 5, 9, 10, 14 - 30], недостаточно освещен вопрос расчёта циркуляционного подогрева мазута в раздельных одноступенчатых схемах мазутных хозяйств. В 1968 г. [31] разработана методика расчёта подогрева нефтепродуктов в резервуарах и железнодорожных цистернах с помощью острого пара и статических подогревателей.
Позднее в [32] появились первые попытки количественно оценить основные характеристики циркуляционного способа подогрева нефтепродуктов в резервуарах.
В настоящее время основной методикой расчёта режима подогрева в резервуарах является методика, представленная в справочнике по проектированию мазутных хозяйств тепловых электростанций [3], разработанная в 1976 г. Методика состоит из приближённых формул для определения продолжительности подогрева мазута в резервуаре, расхода пара на греющие статические устройства в резервуарах, поверхности нагрева этих статических греющих устройств и количества циркулирующего мазута.
В «Справочнике по проектированию нефтебаз» [32] предложена методика определения расхода пара и теплоты, необходимых для подогрева нефтепродуктов в резервуаре. Значения коэффициента теплопередачи от нефтепродуктов в окружающую среду приблизительные и поэтому также могут быть использованы только для ориентировочных расчётов.
Основными и первыми работами, посвященными расчёту циркуляционного подогрева мазута в резервуарах, являются работы З.И. Геллера [1,17, 26 - 28, 30] и его учеников.
Рассмотрим основные формулы для расчёта циркуляционного подогрева, полученные в [1, 17, 26 - 28, 30] и используемые до настоящего времени в методиках расчёта.
По данным [1] в первом приближении повышение температуры мазута в подогревателе можно считать постоянным (это условие при неизменной циркуляции соответствует постоянной тепловой мощности подогревателя): At = t"n -ia = const. (1.1) Уравнение теплового баланса при tnn= At - const имеет вид: bcAtdx = Bcdt + kpFp (t0)dx . (1.2) После разделения переменных и интегрирования от tH до tK и от 0 до т , при с = const и кр = const в [1] получено: Be bcAt-kpF p(tH+h) х = xln f J-7 г. (1-3) kpFp bcM-kpFp(tK+t0)
Анализ показывает, что для рассматриваемого случая период подогрева х при прочих равных условиях будет меньше, чем при условии t n - const. При tn = const период подогрева х (или количество циркулирующего продукта - производительность насоса Ь) может быть определён из уравнения теплового баланса [1] bc(t"n n)ch = Bcdt + kpFp(t-10)dx, (1.4) где b - расход циркулирующего мазута, кг/с; с - теплоёмкость топлива,
Дж/(кг-С); В - количество топлива в резервуаре, кг; tn - температура мазута на выходе из подогревателя, С; tn - температура мазута в резервуаре (на входе в подогреватель), С; tQ - температура окружающей среды, С; кр -коэффициент теплопередачи от мазута в окружающую среду, Вт/(м -С); Fp - поверхность охлаждения резервуара, м2.
После разделения переменных и интегрирования от начальной температуры топлива tH до конечной tK и от 0 до х при с = const и к = const, в [1, 3] получена формула для нахождения времени циркуляционного подогрева; т = Вс у ln bct[ + kpFpt0 - {be + kpFp} (i5) bc + kpFp bct"n+kpFpt0-(bc + kpFp}K Таким образом, в [1, 17, 26 - 28, 30] и в действующих методиках вне зависимости от схемы циркуляционного подогрева независимо от количества резервуаров и схемы их обвязки определение времени подогрева, а при заданном т количества циркулирующего мазута Ъ находится по уравнениям (1.3) и (1.5).
Если, согласно [1, 17, 26 - 28, 30], циркуляционный подогрев применяют для компенсации тепловых потерь резервуара при хранении или откачке мазута, то количество циркулирующего мазута Ъ в [1] находится как: kPFP f t Л 1_о b = ,) \J. (1.6) с -1
Также согласно [1], температура мазута в резервуаре при его откачке определяется по формуле: = .+( .- .( 1" . (1-7) V в ) где Ък - расход мазута, кг/с; тк - продолжительность откачки, с.
Более полно вопрос расчёта циркуляционного подогрева мазута в резервуаре освещают работы [20 - 23].
Предлагается математическая модель теплогидравлических процессов, происходящих в системах циркуляционного подогрева, которая позволяет учесть возможные технологические операции, проводящиеся в резервуаре во время подогрева мазута.
Рассматривается резервуар с первоначальными значениями массы мазута в нем G, кг, и его температурой tx, С, а также возможная его обвязка.
Рассматривая циркуляционный подогрев мазута в резервуаре, принимают следующие условия, характеризующие процесс: из резервуара отводится Gx, кг/с, мазута при текущей температуре t, С, в линию циркуляционного подогрева. Часть этого мазута с расходом G2, кг/с, отводится к другому оборудованию.
Расчёт эффективности и затрат энергии на содержание существующей теплотехнологической схемы мазутного хозяйства Казанской ТЭЦ
Для того чтобы определить необходимое количество теплоты, затраченное для подогрева мазута, с учётом потерь в окружающую среду и определить тепловые КПД, проведём тепловые расчёты основного оборудования теплотехнологической схемы мазутного хозяйства Казанской ТЭЦ-2, который состоит из двух наземных металлических вертикальных цилиндрических резервуаров хранения объёмом Г = 3000 м, двух подогревателей мазута ПМ-10-60 и трёх ПМ-40-30, используя известные соотношения [108 - 111]. Расчёт будем производить для зимних условий хранения мазута (toc - -32 С).
Тепловой анализ наземного металлического вертикального цилиндрического резервуара хранения объёмом V= 3000 м3.
Основные данные, необходимые для теплового расчета резервуара: марка мазута М 100; геометрические характеристики резервуара: диаметр резервуара Й? = 18,98 м; высота покрытия резервуара /гп= 1,125 м; высота стенок резервуара hC7 =11,825 м; толщина стальных стенок резервуара 51ст = 0,008 м; толщина изоляции стенок резервуара (минераловатные маты) б2ст = 0,07 м; толщина алюминиевого покрытия резервуара б3ст = 0,0005 м; толщина бетонной подушки 84ст=1,5 м; объём резервуара V = 3000 м; высота слоя мазута в резервуаре hB = 10,7 м; температура мазута при заливе его в резервуар tH - 30 С; время хранения мазута в резервуаре т0 = 2 суток; масса мазута в резервуаре G = 2989560 кг; конечная температура мазута до которой необходимо нагреть мазут в резервуаре tlM = 90 С.
I. Определяются характерные площади поверхности вертикального цилиндрического резервуара с коническим покрытием: nd FA = = 282,932 м\ Fn = % V 4 J 286,908 м2, Fa = ndhCT = 705,094 м2, FCTмг = 0, FCTMв = %dhB = 638,013 м2, ст.г.п.г = , ст.г.п.в = nd(hCT - hB) = 67,081 м2, FCT r - 0, F = Fa + Fcr + Fn = 1274,93 5 м2, Fr=FA= 282,93 2 м2, FB=F-Fr =992,003 м2, (2.1) ГДЄ Гд, Гп, Гст, гаМіГ, "ст.м.в ст.г.п.г "ст.г.п.в "ст.г г "в — ПЛОЩаДИ поверхности днища, покрытия, общая стенок, стенки, разделяющей мазут в резервуаре и грунт, стенки, разделяющей мазут в резервуаре и воздух, стенки, разделяющей газовое пространство в резервуаре и грунт, стенки, разделяющей газовое пространство в резервуаре и воздух, стенки, находящейся в грунте, общая площадь поверхности резервуара, площадь поверхности резервуара, находящийся в грунте, площадь поверхности резервуара, находящейся в воздухе.
П. Определяется вероятная температура мазута tx при хранении его в резервуаре в течении времени т0 = 2 сут = 172800 с.
1. Рассчитывается температура окружающей среды для зимнего периода работы (tB = -32 С): t0 = q tr +(1- ф)в = -25,342 С, (2.2) гдеф = = 0,223, їг=іМ= ІГ К+Ъ0 г- =-2 С, F 0, t08r, tl6r - определяются из [111].
2. Задаётся в первом приближении значение вероятной температуры tx после периода хранения: tx = 29 С. (2.3)
3. Вычисляется средняя температура мазута за период хранения т0 = 2 суток (с учётом температуры залива мазута в резервуар): f M = 0,5(fM+0 = 29,5 С. (2.4)
III. Определяется коэффициент теплопередачи от мазута в резервуаре в окружающую среду при Гм.
1. Задаётся в первом приближении температурой стенки резервуара, омываемой мазутом: tCTM = 26,7 С. (2.5)
2. Определяются теплофизические характеристики мазута при VM и ст.м рм = [0,881- 0,00304(/ м -68)] -103 = 998,04 кг/м3, (2.6) срм = 1736,4 + 2,51?м = 1810,445 Дж/(кг-К), (2.7) Хм = ОД58 - 0,0002093(ГМ -20) = ОД 56 Вт/(м-К), (2.8) vM = [exp10(exp10[9,855-3,7451gf M+273)])-0,8]-10-6 = = 4,678-10-3 м2/с, рмст = [0,881-0,00304(ґстм -68)]-103 =1006,552 кг/м3, (2.10) VCT =173б 4 + 2 51ґот.м =1803,417 Дж/(кг-К), (2.11) А,МСЇ = 0,158-0,0002093(/стм -20) = 0,157 Вт/(м-К), (2.12) vMXT = [ехр10(ехр10 [9,855-3,7451gfcT.M + 273)])-0,8]-Ю"6 = = 6,312-10-3 м2/с. 3. Вычисляются числа PrM, PrMCT, GrM, (3:
Постановка задачи теплопереноса при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута
Предварительный анализ показал, что процессы вынужденной конвекции существенно преобладают над процессами свободной конвекции, поэтому при формулировании математической модели теплопереноса при ламинарном течении плоской затопленной свободной струи мазута при линейном законе изменения температуры на выходе из насадки приняты следующие допущения [115-118]:
1. нестационарность процессов теплопереноса обусловливается зависимостью от времени температуры Гпост и расхода мазута G, поступающей в резервуар хранения;
2. теплофизические свойства мазута такие, как плотность р, теплоёмкость ср и теплопроводность X, меняются в ходе подогрева незначительно;
3. кинематическая вязкость мазута v, м /с, зависит от температуры Т: v = v(r), (3.34) в частности для мазута марки М 100 эта зависимость имеет вид: v = (exp10(exp10(9,855-3,7451gr))-0,8)-10-6; (3.35)
4. объёмной силой, влияющей на процесс истечения плоской затопленной свободной струи мазута из насадки, является сила тяжести;
Основная система уравнений базируется на фундаментальной системе дифференциальных уравнений сохранения энергии и механики сплошной среды - уравнений движения и неразрывности.
Так как подающие коллекторы в резервуарах хранения мазута в большинстве случаев имеют близкорасположенные насадки, то одиночные струи, вытекающие из насадок, можно заменить одной плоской струей, вытекающей из плоскощелевой насадки. При удалении подающих коллекторов на достаточное расстояние от оси цилиндрического резервуара, т.е. при большом радиусе кривизны коллекторной линии, можно считать их прямолинейными. В математическом плане подобное приближение позволяет свести трёхмерную постановку задачи о теплопереносе к двумерной.
Геометрическая область определения неизвестных переменных задачи для свободной струи изображена на рис. 3.3 [115].
В силу симметрии задачи рассматривается течение в четверти плоскости АНЮ. Область этой четверти плоскости AHIG можно заменить областью прямоугольника ABCDE, где х - координаты точек С и D, z -координаты точек DnE заранее неизвестны, они задаются в начале расчетов произвольно и уточняются итерационным методом. Так при завершении расчетов на каждом шаге итераций следует повторить расчеты с другим увеличенным значением этих координат. Если полученные решения будут совпадать с необходимой степенью точности, то итерационное уточнение х -координат точек С и D и z - координат точек D и Е можно считать завершенным. На рис. 2 8 - половина ширины насадки АВ; hx и hz -соответственно ширина А С и высота CD исследуемой области. Исходная система уравнений движения и переноса энергии, описывающая процесс теплопереноса при течении плоской затопленной свободной струи в декартовой системе координат (x,y,z), для сформулированных допущений имеет вид [115, 119, 120]:
Для замыкания данной системы уравнений запишем начальные и граничные гидродинамические и тепловые условия при течении плоской затопленной свободной струи.
В качестве естественных гидродинамических граничных условий для свободной струи примем [121]:
1. На АВ считаем заданным профиль вектора скорости: vx=0, vz=f(x,t)nvu. 0 х 5, z = 0, (3.40) где f(x,t) - функция, зависящая от профиля насадок и от характера изменения расхода жидкости. Так для цилиндрической щелевой насадки функция f(x,t) имеет параболический характер: f{xJ)J - )J- M - \ (3.41) где V(t) - объёмный расход жидкости; Gmax - максимальный массовый расход жидкости; ф(/) - функция, отражающая изменение расхода жидкости от времени.
2. На ВС скорость жидкости равна нулю (граничное условие прилипания): у = 0,при5 х /2л, z = 0. (3.42)
3. На АЕ выполняется условие симметрии течения: (г-гс)=0,прих = 0, 0 z hz, (3.43) где п - нормаль к границе АЕ. 4. На CD примем, что: P = pg(hz-z),npR 0 z hz,x = hx. (3.44) 5. На DE примем, что: Р = const = 0, при 0 x hx, z = hz. (3.45) Температурное начальное условие имеет вид: T(x,z,t = 0)=T0(x,z), (3.46) при (х, z) є области прямоугольника ABCDE.
Тепловые граничные условия для свободных струй имеют вид [120]: 1. Тепловые граничные условия на АВ примут вид: Г = Гвх(хДпри 0 х 5, z = 0, (3.47) где Гвх (х, t) - заданная функция координаты JC и времени t. В частности температура жидкости на выходе из насадки может иметь постоянное значение:
Результаты численных исследований теплопереноса при граничных условиях третьего рода
Задача 4. Рассмотрим задачу 1 (расход мазута через плоскощелевую насадку равен G-16,61 кг/с) при граничных условиях третьего рода на днище резервуара для зимнего периода, при этом а = 3,699 Вт/(м -К) (Nil = 0,148).
Ha рис. 4.10 представлены линии равных значений безразмерной температуры при течении плоской свободной струи мазута. Из графиков, следует, что при линейном изменении температуры мазута изотермы располагаются на достаточном удалении друг от друга (как и на рис. 4.1). Происходит постепенный прогрев «холодных» слоев мазута, располагающихся близко к насадке. При достижении установившегося режима подогрева мазута в резервуаре фронт теплового потока распространяется равномерно по осям х и z , т.е. тепловой поток распространяется всё более по ширине и высоте резервуара с «холодным» мазутом. 2,5 5 7,5 х t =10 0 2,5 5 7,5 х t =
Из графиков следует, что при безразмерном времени / =1-10 в нижней части около насадки возникает область с постоянной температурой, которая с течением времени увеличивается. Здесь, как и в ранее рассмотренных задачах, возникает область возвратных течений жидкого топлива, а линии тока имеют вид овалов (см. рис. 4.11).
На рис. 4.11 представлены линии тока для различных моментов времени при течении плоской свободной струи мазута, которые имеют плавный характер в течение всего процесса подогрева мазута. При линейном изменении температуры мазута на выходе из насадки линии тока практически повторяют друг друга и имеют тот же характер, как и при граничных условиях первого рода (задача 1, рис. 4.2). При установившемся режиме подогрева возникает небольшая область возвратных течений, которая с течением времени увеличивается.
На рис. 4.12 и 4.13 представлены распределения линий равных значений компонент их и и2 вектора скорости и. В отличие от ранее рассмотренной задачи 1, в задаче 4 минимальное значение компоненты их занимает большую площадь, особенно это видно при рассмотрении установившегося режима подогрева. Максимальные значения компоненты их также принимают большие значения. Такой же характер распределения и у компоненты uz вектора скорости и. Задача 5. Рассмотрим задачу 1 (расход мазута через плоскощелевую насадку равен G = 16,67 кг/с) при граничных условиях третьего рода на днище резервуара для летнего периода, при этом а = 3,083 Вт/(м -К) (Nu = 0,124).
Ha рис. 4.15 представлены линии равных значений безразмерной температуры. При сравнении графиков, представленных на рис. 4.15 и 4.10 (для зимнего периода), следует, что нет существенной разницы в поведении изотерм. Присутствуют небольшие различия в численных значениях линий равных значений безразмерной температуры.
На рис. 4.16 представлены линии тока для различных моментов времени. Из графиков видно, что при линейном изменении температуры линии тока абсолютно идентичны, а при установившемся режиме подогрева мазута в резервуаре, при сравнении с рис. 4.11, наблюдаются некоторые различия, характеризующиеся тем, что линии тока распределены более равномерно. вектора вихря при сравнении с зимнем периодом (см. рис. 4.14) при линейном изменении температуры мазута на выходе из насадки идентичны. При установившемся режиме подогрева компонента ю вектора вихря распространяется немного вглубь исследуемой области. Задача 6. Рассмотрим задачу 2 (расход мазута через плоскощелевую насадку равен G = 8,33 кг/с) при граничных условиях третьего рода на днище резервуара для зимнего периода, при этом а = 3,699 Вт/(м2-К) (Nu = 0,148).
Ha рис. 4.20 представлены изотермы при течении плоской свободной струи мазута. Из графиков следует, что интенсивность теплопереноса понижается по сравнению со случаем, рассмотренном в задаче 4. Уменьшение интенсивности теплопереноса объясняется тем, что в задаче 6 по сравнению с задачей 4 расход мазута через насадку меньше в два раза, а также увеличивается время подогрева мазута в резервуаре.
При установившемся режиме подогрева есть небольшие отличия в графиках. Здесь нет застойных зон с постоянной температурой, т.к. в этом случае не образуются зоны возвратных течений (см. рис. 4.20).
На рис. 4.21 представлены линии тока, которые имеют плавный характер в течение всего процесса подогрева мазута. Сравнение графиков, приведённых на данном рисунке, с графиками, изображёнными на рис. 4.11, показало, что характер распределения линий тока практически не изменился при уменьшении расхода в два раза. Это говорит о том, что траектории движения частиц потока и характер распределений гидродинамических характеристик сохраняются. Только в данном случае отсутствует зона возвратных течений при установившемся режиме подогрева мазута в резервуаре. Это происходит потому, что расход греющего мазута в рассматриваемой задаче б по сравнению с задачей 4 уменьшен в два раза и, соответственно, меньше в два раза скорость потока «горячего» мазута и другие его характеристики.
На рис. 4.24 представлены линии равных значений компоненты юу вектора вихря. До поступления «горячего» мазута из насадки компонента ау имеет самые высокие значения в тех точках области течения, где основной поток резко меняет направление. Так как скорость потока греющего мазута при рассмотрении задачи 6 самая маленькая, поэтому значения компоненты со вектора вихря по сравнению с другими задачами небольшие. Задача 7. Рассмотрим задачу 2 (расход мазута через плоскощелевую насадку равен G = 8,33 кг/с) при граничных условиях третьего рода на днище резервуара для летнего периода, при этом а = 3,083 Вт/(м2-К) (Nu = 0,124).
