Введение к работе
Объектом исследования: является замкнутая гидравлическая система подъемных и опускных труб теплообменного аппарата с естественной циркуляцией теплоносителя.
Предмет исследования: математическая модель тепловых и гидродинамических процессов в циркуляционном контуре теплообменного аппарата, представленная в виде системы дифференциальных и алгебраических уравнений.
Актуальность работы. В современной науке и технике вопросам гидродинамики в контуре теплообменных аппаратов на пусковых режимах уделено большое внимание [1,2]. Одним из наиболее важных и ответственных моментов в работе теплообменных аппаратов является запуск из начального состояния термодинамического равновесия. Этот режим характеризуется сложными, трудно прогнозируемыми, и на сегодняшний день малоизученными, тепловыми и гидродинамическими процессами. На фоне многообразия типов теплообменных аппаратов, для которых режим запуска является особенно важным, выделяются теплообменные аппараты с естественной циркуляцией теплоносителя. Область их применения очень широка - от крупных паровых котлов ТЭЦ, нагревательных печей, атомных реакторов до котлов малой мощности.
Практика эксплуатации и многочисленные эксперименты, проводимые в ЦКТИ, ВТИ [3], показали, что гидродинамическая нестабильность в аппаратах с естественной циркуляцией особенно ярко проявляется на начальном этапе, когда элементы конструкции и сам теплоноситель находятся в состоянии разогрева. При этом может возникнуть температурная неравномерность в зоне обогрева, что нарушает гидравлический режим, увеличивает суммарное гидравлическое сопротивление и снижает тепловую эффективность, а в некоторых случаях может привести к аварийным ситуациям.
Исследование гидродинамики теплоносителя становится особенно актуальным для теплонапряженных компактных аппаратов, работающих в условиях высоких температур и неравномерных подогревов, где небольшие разбросы по расходу ведут к значительному перегреву стенки.
В связи с этим моделирование гидродинамических процессов в элементах циркуляционного контура является важной составной частью создания современных образцов теплообменных аппаратов. Имитация этих процессов может дать информацию о поведении элементов систем в натурных условиях, а также дать рекомендации для предполагаемых пусковых режимов работы. Научно обоснованная имитационная модель обеспечит решение важной прикладной задачи - определение гидродинамических параметров контура с естественной циркуляцией на пусковом режиме работы теплообменного аппарата.
Цель работы: разработка имитационной модели гидродинамических процессов в контуре теплообменного аппарата с естественной циркуляцией теплоносителя на пусковом режиме.
Задачи:
^провести—анализ—методов__^»іатематического моделирования нестационарных теплогидравлических процессов в контуре теплообменных аппаратов с естественной циркуляцией теплоносителя;
разработать математическую модель гидродинамических процессов, происходящих в циркуляционном контуре теплообменного аппарата, на пусковом режиме;
разработать алгоритм и программу расчета;
провести численные эксперименты для идентификации имитационной модели.
Теоретические исследования базируются на использовании методов математического моделирования процессов в гидродинамических системах с сосредоточенными и распределенными параметрами, описываемых дифференциальными уравнениями, в основу которых положены классические законы сохранения, фундаментальные положения теории гидродинамических и тепловых процессов.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждается сравнением исследуемых гидродинамических процессов с результатами натурных и численных экспериментов [4, 5]. Математическая модель, предложенная в работе, основана на фундаментальных положениях механики сплошной среды, большой совокупности результатов известных теоретических и экспериментальных исследований. Расчетная программа отлажена на корректных контрольных примерах.
На защиту выносятся:
-математическая модель, описывающая гидродинамические процессы, происходящие в циркуляционном контуре теплообменного аппарата, на пусковом режиме;
- результаты численных исследований тепловых и
гидродинамических процессов, протекающих в одноконтурной
циркуляционной системе на режиме запуска ее из начального состояния
термодинамического равновесия.
Научная новизна работы:
разработана имитационная модель запуска замкнутой гидравлической системы теплообменного аппарата с естественной циркуляцией теплоносителя;
проведены исследования тепловых и гидродинамических процессов, возникающих в процессе выхода системы из состояния термодинамического равновесия.
Практическая ценность: предложенная в работе имитационная модель позволяет: отслеживать необходимые гидродинамические параметры, возникающие на пусковых режимах циркуляционного контура теплообменного аппарата; значительно снизить временные и материальные затраты на отработку и оптимизацию режимных параметров проектируемых теплообменных устройств; получать качественную и достоверную информацию о рабочих характеристиках контура на начальном этапе нагрева.
Апробация работы: Отдельные этапы работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Гагаринские чтения» (Москва), 1999 -2000 гг.; ИжГТУ (Ижевск), 1994 - 2000 гг.; научно-практических конференциях «Современное газоиспользующее оборудование и технологии в решении энергосберегающих и экологических проблем в газовой промышленности» (Ижевск), 1999 г., «Газоструйные импульсные системы», 1999 г. Публикации.
Результаты работы отражены в 13 публикациях. Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 "главьПГзаключениеттїзложенньїе на-12.Ічяглницах-машинописндіхггеісста^ В работу включены 35 рис., 5 табл., список литературы из 92 наименований и 2 приложения.