Введение к работе
Актуальность проблемы. В тепловых схемах паротурбинных и котельных установок используются тсплообменные аппараты для охлаждения и нагревания вязких жидкостей: турбинных масел, мазута и др. Процессы теплообмена в них протекают с относительно небольшой интенсивностью. Поэтому важной задачей является повышение значений коэффициентов теплоотдачи между обрабатываемой вязкой жидкостью и , поверхностью теплообмена.
Актуальность этих разработок очевидна - общепризнанно и доказано па практике, что внедрение методов интенсификации теплообмена позволяет значительно уменьшить габаритные размеры и массу теплообменных аппаратов. А их доля в станционной теплоэнергетике составляет до 70% объема технологического оборудования.
К настоящему времени в России и бывших республиках СССР сложились известные во всем мире научные школы, занимающиеся проблемами интенсификации конвективного теплообмена, во главе которых стоят видные ученые Г.А.Дрейцер,- В.А. Кирпиков, Л.М.Коваленко, В.К.Щукин, 10.М. Бродов.
Широко известны работы' и монографии А.А.Гухмана, В.К.Мигая А.А.Жукаускаса и многих других, посвященные этой проблеме.
Из зарубежных ученых следует отметить большой вклад в постановку и разработку проблемы А. Берглса.
Исторически сложилась ситуация когда большинство работ в этой области посвящено исследованию интенсификации теплообмена применительно к аппаратам и теплоносителям, работающим в условиях турбулентного или переходного режимов течения и только в последние годы был проявлен конкретный интерес к области ламинарного режима течения.
Появились достаточно строгие обоснования, что именно ламинарный и переходный 'режимы течения являются наиболее перспективной областью применения методов интенсификации конвективного теплообмена. Несмотря на актуальность проблемы интенсификации конвективного теплообмена при ламинарном течении капельной жидкости исследований в этой области явно не достаточно. Такая ситуация затрудняет выбор метода интенсификации и проведения последующего расчета оборудования.
Работа посвящена повышению эффективности эксплуатации схем и геплообменного оборудования мазутных хозяйств ТЭС на основе применения конкретного метода интенсификации конвективного теплообмена -применению спиралыю-винтовых проволочных вставок в каналах мазутоподогревателей .
Цель работы. Цель настоящей работы заключается в следующем.
1.Провести анализ эффективности работы серийно выпускаемых мазутоподогревателей ТЭС и определить для них технологичные методы интенсификации теплообмена.
2.Разработать математическую моделі,, позволяющую описать процесс теплообмена при ламинарном течении вязкой ньютоновской жидкости в трубах и каналах со спирально-винтовыми вставками.
3.Разработать метод численной реализации сформулированной задачи.
-
Получить численные результаты по исследованию тепловых и гидродинамических характеристик процесса интенсификации теплообмена применительно к мазутоподогренатслям и маслоохладителям ТЭС.
-
Провести анализ механизма возникающих эффектов интенсификации теплообмена и гидродинамических потерь в ламинарном потоке вязкой жидкости.
6.Проведение экспериментальных исследований с целью определения выгодных тепловых и гидродинамических режимов, оценки адекватности математической модели и методов расчета.
-
Проведение промышленных экспериментальных исследований па серийно выпускаемых мазутоподогревателях ТЭС.
-
Выработка рекомендаций по практическому применению спирально-винтовых проволочных вставок в тсплообмениом оборудовании ТЭС.
Научная новизна. К наиболее существенным научным результатам можно отнести следующие:
-
Проведен анализ эффективности работы серийно выпускаемых мазутоподогреватслей ТЭС.
-
Разработана в галеркииской постановке математическая модель, описывающая процесс теплообмена при ламинарном течении вязкой ньютоновской жидкости в каналах и трубах со спирально-винтовыми проволочными интеисификаторами теплообмена применительно к мазутоподогревателям ТЭС.
-
Разработан алгоритм и метод численной реализации задачи теплообмена в приближении Галсркипа.
-
Проведен анализ механизма и показаны причины возникновения эффектов интенсификации теплообмена.
-
Проведены лабораторные и промышленные экспериментальные, а также численные исследования влияния тепловых, гидродинамических и геометрических характеристик на процесс теплообмена в мазутоподогревателях ТЭС.
-
Выполнен анализ повышения эффективности ТЭС за счет применения конкретных методов интенсификации теплообмена в мазутоподогревателях.
Практическая ценность работы. Использование спирально-винтовых проволочных интенсификаторов теплообмена в каналах кожухотрубчатых тсплообмспных аппаратов ТЭС, работающих на высоковязких средах, такие как подогреватели мазута, позволили значительно уменьшить число ходов по трубному пространству, уменьшить гидродинамическое сопротивление аппарата и, соответственно, затраты электроэнергии и мощности на прокачку.
Разработанные прикладные программы могут быть использованы для проектирования и модернизации теплообменпого оборудования. Результаты работы использованы при практическом внедрении
интенсифицированных мазутоподогревателей на Заинской ГРЭС ПЭО "Татэнерго".
Автор защищает : результаты теоретических, лабораторных и промышленных экспериментальных исследований процессов интенсификации теплообмена в мазутоподогревателях 'ГЭС и предлагаемые на этой основе возможности их практического применения.
Личное участие. Все основные результаты работы получены лично автором.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на Республиканских научных конференциях "Проблемы энергетики" (Казань, 1997 и 1998 г.г.), на 10-й Международной конференции по численным методам в проблемах теплообмена (Великобритания. 1997 г.).
Публикации. По теме диссертаций опубликовано 7 работ.
Структура и объем диссертации- Диссертация состоит из «ведения, четырех глав основного текста, заключения и списка использованных источников. Работа изложена па 110 стр. машинописного текста, содержит 54 рисунков и 6 таблиц. Список использованных источников содержит 94 наименования.
