Введение к работе
Одно из направлений энергосбережения, которое с наибольшими трудностями поддается практической реализации, связано с использованием низкопо-тенпиальной тепловой энергии. Её источниками являются многочисленные те-плоиспользующие технологии в промышленности, вырабатывающие в качестве «отходов» значительное количество теплоносителей с невысокой температурой. В природе к ним можно отнести геотермальные источники горячей воды и тепло, поступающее с солнечным излучением.
Вплоть до последнего времени в России не уделялось должного внимания освоению таких энергоресурсов, поскольку считалось, что оно экономически не оправдано. Теперь ситуация изменилась, и в условиях постепенного истощения запасов ископаемых органических топлив утилизация низкопотенциальной теплоты искусственного и естественного происхождения рассматривается как стратегическая задача, определяющая перспективы устойчивого развития и энергетическую безопасность нашей страны в XXI веке. Нельзя также забывать, что кроме существенной экономии топлива, утилизация этой теплоты способствует охране окружающей среды от антропогенного загрязнения.
Как правило, носителями низкопотенциальных тепловых потоков являются коррозионно-активные, загрязненные, запыленные жидкости и газы, от которых их практически невозможно отвести с помощью стандартного тепло-обменного оборудования. Поэтому необходимо создавать новую теплообмен-ную аппаратуру с улучшенными теплотехническими, эксплуатационными и технико-экономическими характеристиками. Учитывая вышеизложенное, диссертационная работа, посвященная разработке новых эффективных конструкций теплообменников на основе текстильных материалов и исследованию протекающих в них процессов теплопереноса является актуальной.
Тематика работы соответствует планам научно-исследовательских работ кафедры «Промышленная теплоэнергетика» МГТУ им. А.Н.Косыгина и определена заданиями Министерства образования и науки РФ, а также грантом Российского фонда фундаментальных исследований № 08-08-00358.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка и исследование теплообменных аппаратов с текстильными поверхностями теплообмена для эффективного преобразования низкопотенциальной теплоты как искусственного, так и естественного происхождения.
Для реализации этой цели в диссертации решаются следующие задачи:
Исследовать технические и технологические возможности эффективного применения современных текстильных материалов в качестве теплопере-дающих поверхностей теплообменников.
Разработать и создать опытные образцы рекуперативных и радиацион-но - конвективных теплообменников на основе текстильных и полимерных материалов, обеспечивающих заметное улучшение технико-экономических и эксплуатационных показателей по сравнению с традиционным теплообменным оборудованием.
Разработать и создать лабораторные стенды для экспериментального исследования теплотехнических характеристик опытных образцов этих теплообменников.
Провести экспериментальные исследования:
коэффициентов теплопроводности ряда технических тканей, которые могут быть использованы при изготовлении теплообменных поверхностей;
средних коэффициентов теплоотдачи при течении воды в текстильных каналах;
эффективности теплообменников на основе текстильных материалов.
Разработать математические модели, описывающие процессы переноса в радиационно-конвективных теплообменниках из текстильных материалов и позволяющие проводить инженерные расчеты и оптимизацию параметров таких теплообменников.
Определить технико-экономические показатели теплообменников с те-плопередающими поверхностями из текстильных материалов.
1) Впервые созданы опытные образцы теплообменников для утилизации
низкопотенциальной теплоты с трубчатыми теплообменными поверхностями из
текстильных материалов. По сравнению с традиционными конструкциями их
отличают лучшие эксплуатационные и технико-экономические показатели,
низкая удельная масса.
2) Экспериментально исследованы теплотехнические характеристики
этих теплообменников при ламинарных режимах течения воды в текстильных
каналах и дана количественная оценка их энергетической эффективности.
Обнаружен эффект интенсификации конвективного теплообмена при омывании жидкостью текстильной поверхности; установлено, что средние коэффициенты теплоотдачи при ламинарном течении воды в текстильных каналах в 2,1 - 2,3 раза превышают соответствующие значения для гладких труб.
Разработаны математические модели, с помощью которых проведены расчеты распределения потоков жидкости в каналах трубчатой панели радиа-ционно-конвективного теплообменника, а также оптимальной конфигурации этой панели, обеспечивающей максимальное поступление на неё лучистого теплового потока.
Разработаны новые образцы теплообменников на основе текстильных и полимерных материалов для утилизации низкопотенциальной теплоты.
Создан ряд опытных установок и лабораторных стендов для экспериментального исследования характеристик теплообменников с текстильными теплопередающими поверхностями.
Определены характеристики, практически важные при эксплуатации теплообменников, а именно: коэффициенты теплоотдачи в каналах и коэффициенты теплопередачи; тепловые потоки; КПД и приведенный коэффициент потерь.
Результаты работы могут быть использованы при проектировании современного теплоутилизационного оборудования, работающего в области уме-
ренных температур. Лабораторные стенды могут служить студентам кафедры «Промышленная теплоэнергетика» МГТУ им. А.Н.Косыгина в качестве учебной базы при изучении курсов «Тепломассообменное оборудование предприятий» и «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», а также при выполнении ими дипломных и научно-исследовательских работ.
ДОСТОВЕРНОСТЬ основных научных положений и выводов работы обусловлена применением современных методов исследования тепловых процессов, включая их физическое и математическое моделирование, воспроизводимостью результатов экспериментов, анализом их погрешностей, использованием метрологически аттестованных приборов.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно - технических конференциях: - «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Тек-стиль-2008, Текстиль-2009, Текстиль-2010), г. Москва; «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2006, Прогресс-2007, Поиск-2009), г. Иваново, 7-й международной научно - технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве», Москва, 2010, международной научно - технической конференции «Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности», Москва, 2010.
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 14 работ в отечественных научных журналах и сборниках.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, библиографического списка из 80 наименований. Работа изложена на 127 страницах, содержит 15 таблиц и 61 иллюстрацию.
