Введение к работе
Актуальность работн. Успех в решении многих научных и народнохозяйственных проблем зависит, в частности, от эффективной работы криогенных устройств, применяемых как в производственной деятельности, так а в научных исследованиях. Значительную роль в создании совершенной техники играют вопросы автоматизированного и оптимального управления объектами криогенной техники, решение которых невозможно без разработки динамических моделей объектов управления. Составной частью практически каждой криогенной системы являются однопоточные теплообменные аппараты. Исследования, адекватное описание и анализ рабочих процессов в однопоточных аппаратах, особенно при нестационарных режимах их работы, далеко не завершены. В связи с этим получение новых результатов, позволяющих создавать эффективные технологические схемы установок и сознательно Еыбирать необходимые конструктивные параметры отдельных аппаратов, представляется актуальной задачей для современного уровня развития криогенной техники.
Цель работы - создание комплекса расчетно-теоретических моделей однопоточных теплообменных аппаратов на основе исследования нестационарных сопряженных температурных полей в процессе теплообмена потока хладагента и трубы с учетом эффектов распределенности параметроЕ по длине аппарата,с учетом продольной или поперечной теплопроЕодности материала трубы, различных Еариантов организации потока хладагента, е том числе в режиме простого теплообменника, теплообменника-регенератора и теплообменника е замкнутом теплогидравлическом контуре,с использованием методов математического моделирования, проведения эксперимента и анализа численного эксперимента по созданным теоретическим моделям.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработан аналитический метод расчета нестационарных сопряженных температурных полей е однопоточных теплообменных аппаратах, рассматриваемых как элементы с распределенными параметрами и описываемых линейными дифференциальными уравнениями в частных произЕОДных с переменными коэффициентами.
-
Построено решение и проведены расчеты нестационарных
температурных полей в однопоточном теплообменном аппарате о учетом:
-влияния теплоемкости теплоносителя;
-влияния продольной теплопроводности "тонкой" стенка;
-влияния поперечной теплопроводности "толстой" стенка;
-различных вариантов организации смены и отбора потоков в теплообменнике-регенераторе;
-различных вариантов отогрева и охлаждения замкнутого теплогидравличоского контура.
-
Разработан алгоритм численного решения задачи о нестационарном режиме замкнутого теплогидравлического контура.
-
Создана экспериментальная установка и проведэна экспериментальная проверка работоспособности предлагаемых теоретических моделей нестационарного теплообмена в однопоточ-ных теплообменных аппаратах.
-
Равработан пакет прикладных программ расчета нестационарных режимов работы одношяочных теплообменных аппаратов.
Практическая ценность работы. Разработанные вычислительные алгоритмы расчета нестационарных температурных полей ряда конкретных конструктивных схем однопоточных теплообменных аппаратов, которые оформлены в виде соответствующего набора прикладных программ для ЭВМ серии ЕС и ПЭВМ типа IBM PC AT, позволяют инженеру-разработчику и инженеру-исследователю определять параметры переходных процессов в описанных устройствах, анализировать их и создавать технологические схемы установок с высокой функциональной эффективностью, в том числе и по системам управления.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в НИИХИШАШ (г. Сергиев-Посад). Использование метода физико-матеиатического моделаровшия процесса отогрева теплогидравлического замкнутого контура с распределенным или сосредоточенным подводом тепла и переменным Ео времени расходом теплоносителя и программы, реализующей численный метод, разработанный е диссертации, позволило провести исследования различных режимов работы системы отогрева радиационных экра-
нов термобарокамер в нестационарных условиях как в штатных, так и в перспективных или экстремальных условиях работы оборудования.
Экономический эффект использования результатов для НИИХИММАШ составляет около 150 тыс.руб. (б ценах 1992 г.). Эффект рассчитан из условия экономии затрат на проведение соответствующих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, необходимых при эксплуатации термобарокамер в различных технологических режимах.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзном совещании "Аналитические метода расчета процессов тепло- и массопереноса" (г. Душанбе, 1986 г.), на ІУ Всесоюзной научно-технической конференции по криогенной технике "Криогеника-87" (г. Москва, 1987 г.), на Всесоюзном научно-техю'ческом семинаре по криогенной технике (Москеэ, МГТУ, 1988 г., рук. семинара - проф. Е.И. Микулин).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 2 статьи.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех
глав и еыводое. Общий объем работы, 141 страница, в том числе
119 страниц основного текста, 18 рисунков, 4 таблицы, список
использованной литературы (137 наименований).