Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Батраков Пётр Андреевич

Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке
<
Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Батраков Пётр Андреевич. Совершенствование конструкции газотрубного котла на основе разработки эффективных поверхностей теплообмена в топке: диссертация ... кандидата технических наук: 05.14.04 / Батраков Пётр Андреевич;[Место защиты: Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.].- Саратов, 2015.- 149 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Состояние вопроса и постановка задач исследования 12

1.1 Анализ состояния вопроса, обзор конструкций, классификация газотрубных котлов 12

1.2 Методы интенсификации теплообмена 18

1.3 Теплоперенос в топках 21

1.3.1 Зональные методы расчета теплообмена в топках котлов 22

1.3.2 Интегральные методы расчета теплообмена в топках котлов 23

1.3.3 Дифференциальные методы расчета теплообмена в топках котлов 24

1.4 Методы расчета турбулентных течений 25

1.5 Методы расчета горения в энергетических установках 30

1.6 Численные методы расчета 33

1.7 Цель и задачи исследования 36

Глава 2 Моделирование реагирующей среды 38

2.1 Формирование кинетических схем 38

2.2 Математическая модель для численных расчетов турбулентного горения 41

2.3 Применение метода Монте-Карло к задачам теплообмена излучением 50

2.4 Расчет радиационного теплового потока 54

2.5 Образование оксидов азота при сжигании газообразного топлива 54

2.6 Расчет конвективных поверхностей нагрева 57

2.7 Реализация методики расчета 58

2.8 Определение методической погрешности расчетов 60

2.9 Верификация результатов численного расчета потока реагирующих газов 61

2.10 Выводы 63

Глава 3 Расчетное исследование процессов теплопереноса в среде реагирующих газов 64

3.1 Изучение влияния формы поперечного сечения топки на тепловые характеристики 64

3.2 Изучение влияния геометрических размеров топки с поперечным сечением в форме вертикального эллипса на тепловые характеристики газотрубного котла 73

3.3 Изучение влияния поперечных ребер в топочном объеме у топок с поперечным сечением в форме вертикального эллипса на тепловые характеристики газотрубного котла 78

3.4 Выводы 85

Глава 4 Экспериментальные исследования процессов течения и теплопереноса в топке газотрубного котла 86

4.1 Организация исследовательских работ 86

4.2 Описание исследовательских работ по экспериментальному изучению процессов течения и теплопереноса в топке газотрубного котла 87

4.2.1 Описание экспериментальной установки 87

4.2.2 Методика измерений и расчетов 89

4.2.3 Анализ результатов испытаний 94

4.3 Погрешности измерений 99

4.3.1 Определение погрешностей прямых измерений 102

4.3.2 Определение погрешностей косвенных измерений 106

4.4 Выводы 107

Глава 5. Технико-экономических расчеты использования эффективных поверхностей теплообмена при совершенствовании конструкции топки газотрубного котла 108

5.1 Общие принципы и критерии экономической эффективности инвестиционных проектов 108

5.2 Обоснование критериев оптимизации и определение рациональных значений технико-экономических показателей работы газотрубного котла 112

5.3 Расчет интегральных показателей экономической эффективности 119

5.4 Выводы 122

Заключение 123

Список условных обозначений 125

Список литературы 1

Теплоперенос в топках

Численный подход при решении известных дифференциальных уравнений теплообмена и гидрогазодинамики [60, 61, 62] предполагает использование вместо непрерывного пространства области определения искомой функции (температура, давление) его дискретной модели. В качестве таких моделей могут выступать: метод конечных разностей [63]; метод конечных объемов [52]; метод конечных элементов [61, 64, 65].

Метод конечных элементов обладает следующими особенностями: так как дискретизация расчетной области осуществляется совокупностью трехмерных элементов (а не отдельных его составляющих), поиск решения осуществляется в наборе узлов, а не на самых нагруженных границах расчетной области; изменение формы конечных элементов позволяет адаптировать расчетную сетку к практически любой геометрии поверхности.

Процесс поиска решения в большинстве современных программных продуктов с применением расчетной сетки основан на итерационных методах, реализующих стратегию постепенного приближения к решению искомой величины.

Итерационный алгоритм метода конечных элементов состоит из следующих этапов: дискретизация задачи – переход от непрерывного пространства к дискретному с помощью совокупности конечных элементов; аппроксимация непрерывной функции температуры (давления) кусочно-непрерывной на множестве конечных элементов; алгебраизация задачи – получение системы алгебраических уравнений по температуре (давлению) относительно узловых значений вместо исходных дифференциальных; определение узловых значений температуры (давления); объединение конечных элементов в «ансамбль»; решение с погрешностью – постепенное приближение к искомому решению.

В настоящее время для реализации таких алгоритмов практически во всех отраслях науки и техники применяются специализированные программные продукты типа ABAQUS, ANSYS, Flow Vision, Fluent, FEM Models Impact, Join CAD, Temper-3D, и др. Признано, что математическое моделирование сложных процессов часто оказывается более доступным, недорогим и точным, чем экспериментальные исследования [66].

Приложение прикладного программного комплекс ANSYS CFX позволяет выполнять практически любой вид анализа для задач гидрогазодинамики, многофазных потоков, процессов горения, химической кинетики и теплообмена. Пакет является многоцелевым и универсальным. Вычислительные методы приложения CFX [67] обеспечивают конечно-объемную дискретизацию уравнений, алгебраический многосеточный метод решения линеаризованных уравнений, решение полных трехмерных нестационарных уравнений Навье – Стокса, неразрывности, энергии, теплоотдачи и других. При этом используются следующие модели теплопереноса: сопряженный теплообмен, радиационный теплоперенос, естественная конвекция, расчет вязкого трения, многокомпонентные течения. Модель Лагранжа: распределнное сопротивление, линейные, квадратичные зависимости, объмные и точечные источники массы, импульса, энергии, компонентов и др.

В зависимости от сложности формы конечных элементов (пирамиды и призмы, тетраэдры или гексаэдры) изменяется количество и «качество» расчета их узлов со сложными дифференциальными уравнениями. Таким образом, увеличение уровня (количество узлов) многогранника приводит к повышению точности расчета и обеспечивает требуемую сходимость за меньший расчетный цикл. Интерфейсы сопряжения расчетных сеток ANSYS CFX обеспечивают скользящие сетки, произвольное сопряжение, адаптивное сгущение, подвижные (скользящие) и изменяющиеся сетки.

Стоит отметить поддержание функции адаптации сетки прикладным программным комплексом ANSYS CFX. Суть адаптации заключается в том, что в процессе решения задачи на каждом шаге определяются узлы с большим градиентом или узлы, имеющие большую разницу между значениями на своих элементах. Элементы, содержащие такие узлы, разбиваются на более мелкие. Это приводит к тому, что на следующем шаге решение будет уточнено в адаптированной области.

Прикладной программный комплекс ANSYS CFX предназначен для моделирования трехмерных течений жидкости и газа в технических объектах, а также визуализации этих течений методами компьютерной графики.

В ANSYS CFX представлены следующие модели турбулентности: The Laminar Model; The Zero Equation Model; The k-epsilon Model; The RNG k-epsilon Model; The k-omega and SST Models; The Reynolds Stress Model; Omega-Based Reynolds Stress Models; ANSYS CFX Transition Model; The Large Eddy Simulation Model (LES); The Detached Eddy Simulation Model (DES); The Scale-Adaptive Simulation (SAS); Buoyancy Turbulence. Эти модели позволяют рассчитать сложные движения жидкости, включая течения с сильной закруткой, горением, течения со свободной поверхностью.

Для расчета радиационной составляющей теплового потока (излучения) также существует много способов, которые рассмотрены в следующих литературных источниках [28, 29, 31, 33, 35, 38].

Прикладной программный комплекс ANSYS CFX включает в себя несколько вариантов для расчета излучения: Radiation Transport; Rosseland Model (или модель диффузионной аппроксимации); The P1 Model (также известна как модель Гиббса или сферическая модель гармоник); Discrete Transfer Model; Monte Carlo Model (модель Монте-Карло); Spectral Models.

Прикладной программный комплекс ANSYS CFX включают в себя пять моделей горения: Reaction Models; Using Combustion Models; Eddy Dissipation Model (EDM); Finite Rate Chemistry Model; Combined EDM / Finite Rate Chemistry Model.

Расчет радиационного теплового потока

Очевидно, что горение газа сопровождается температурными возмущениями и конвективными явлениями [51, 99, 100]. Область горения совпадает с размерами факела, границей которого является изотерма с максимальной температурой. Внутри топочного пространства процесс горения определяется временем химических процессов. На рисунках видно как, формируется факел по длине топки, а также как распределяется поле температур. С учетом рисунка 3.2 возможно проанализировать и определить нахождение максимальных температур, а также распределение средних температур по длине топки, в идеале факел должен занимать весь топочный объем и не касаться стенок. Также необходимо обратить внимание на распределение скоростей для установления их воздействия на интенсивность теплообмена. В целом наиболее упорядоченное движение газовой смеси соответствует топке с профилем вертикальный эллипс, что способствует формированию зоны максимальных температур, относительно равномерно распределенной вдоль оси.

Таким образом, можно утверждать, что изменение формы профиля топки ведет к изменению расположения средних и максимальных температур, также видно влияние движущегося газа на факел. То есть можно говорить, что изменение формы профиля топки ведет к изменению тепломассообменного процесса внутри топки.

Для всего исследуемого диапазона чисел Рейнольдса наблюдается плавный рост максимальных температур газового объема (рисунок 3.3) вследствие хорошего перемешивания реагирующих газов, затем плавное понижение максимальных температур из-за неполноты сгорания. Область максимальных значений данных параметров соответствует области Re 80000120000. Для этой же области наблюдается рост средних температур (рисунок 3.4). Максимальные значения Taverage соответствуют большим значениям чисел Re по сравнению с графиком Tmax = f(Re) из-за больших теплоинерционных свойств топочного объема по сравнению с теплоинерционными свойствами факела. Причем минимальные средние температуры соответствуют топке в форме вертикального эллипса, что свидетельствует об интенсивном теплопереносе от факела к стенке. Интенсивность тепловосприятия топкит/определяется формулой [40, 101, 102] 77 = Арасч , (3.1) где QCT - теплота, переданная в стенку для подогрева теплоносителя. QCT = QC + QR, (3.2) где Qc = qcA - теплота, переданная конвективным теплообменом в стенку (определяется в соответствии с формулой (2.17); QR - теплота, переданная излучением (определяется вероятностным методом Монте-Карло, рассмотренным в главе 2 «Моделирование реагирующей среды» с учетом формулы (2.33) и теплового баланса на стенке для излучения); QpacH – количество теплоты, выделенной при сгорании топлива (определяется из теплового баланса топки): Срасч + QBX QCT Свых = 0, (3.3) где QBX - физическая теплота, внесенная в топку с поступающими топливом и воздухом; Фвых – теплота, покидающая топку с уходящими газами. QBX, СВЫХ рассчитываются через энтальпии, объемы газообразных продуктов и средние теплоемкости.

Характер изменения кривых на графике ц = ДЯе] (рисунок 3.5) соответствует характеру изменения кривых на графике Ттах = /[Re] (рисунок 3.3), то есть температура факела в топке газотрубного котла является определяющей энергоэффективность газотрубного котла в целом. Изменение формы профиля приводит к более высоким значениям ц для вертикального эллипса из-за интенсификации тепломассообменных процессов в топке.

Примем в качестве базовой модели топку с поперечным сечением круг. Тогда QuiQh (Qh - теплота, воспринятая стенкой топки с поперечным сечением в форме круга, г = 1, 2, 3, 4, Qhl - теплота, воспринятая стенкой топки с поперечным сечением в форме вертикального эллипса,2 – теплота, воспринятая стенкой топки с поперечным сечением в форме горизонтального эллипса, 3 – теплота, воспринятая стенкой топки с поперечным сечением в форме квадрата, 4 – теплота, воспринятая стенкой топки с поперечным сечением в форме прямоугольника), характеризующая конвективную часть теплоты, имеет максимальные значения для вертикального эллипса (рисунок 3.6). Также величина i/ ( – интенсивность тепловосприятия топки с поперечным сечением в форме круга, i = 1, 2, 3, 4, 1 – интенсивность тепловосприятия топки с поперечным сечением в форме вертикального эллипса, 2 – интенсивность тепловосприятия топки с поперечным сечением в форме горизонтального эллипса, 3 – интенсивность тепловосприятия топки с поперечным сечением в форме квадрата, 4 – интенсивность тепловосприятия топки с поперечным сечением в форме прямоугольника) имеет максимальные значения для вертикального эллипса для различных Re во всм диапазоне вычислений (рисунок 3.7).

Одновременно с изменением формы профиля и увеличением числа Re (рисунок 3.8) уменьшается концентрация оксидов азота на выходе из топки котла. Это достигается за счет увеличения скорости газового потока Re, уменьшения средней температуры Taverage газовой смеси в топке и благодаря наличию процессов рециркуляции [73, 84, 85, 91] в соответствии с уравнением NO + 12 N2 + CO2CO2+H2OH2O, (3.4) где v – стехиометрический коэффициент; Fuel – разновидность топлива. На рисунке 3.8 представлена зависимость отношения (mass fraction NOi) / (mass fraction NO) от чисел Re (mass fraction NO – массовая концентрация оксидов азота на выходе из топки с поперечным сечением в форме круга, i = 1, 2, 3, 4 mass fraction (NO)1 – массовая концентрация оксидов азота на выходе из топки с поперечным сечением в форме вертикального эллипса, mass fraction (NO)2 – массовая концентрация оксидов азота на выходе из топки с поперечным сечением в форме горизонтального эллипса, mass fraction (NO)3 – массовая концентрация оксидов азота на выходе из топки с поперечным сечением в форме квадрата, mass fraction (NO)4 – массовая концентрация оксидов азота на выходе из топки с поперечным сечением в форме прямоугольника).

Изучение влияния геометрических размеров топки с поперечным сечением в форме вертикального эллипса на тепловые характеристики газотрубного котла

К прямым измерениям в проводимых теплофизических экспериментах относятся измерения геометрических размеров топки, расхода жидкости, теплоты сгорания, расхода топлива, температуры жидкости, температуры газовой смеси в топочном объеме, температуры стенок топки, радиационной составляющей, концентрации газовой смеси на выходе.

Геометрические размеры топки определяются штангенциркулем с ценой деления 0,1 мм. [Вследствие того, что различие между показаниями каждого из измеренных размеров не превышает среднее арифметическое абсолютной погрешности инструмента (штангенциркуля), случайная погрешность при прямом измерении [20, 111, 112, 113] не превышает 0,07 %, поэтому погрешностью при определении геометрических размеров можно пренебречь].

При измерении объема воды в единицу времени, проходящей через расходомер СГВ-15, согласно данным сертификата об утверждении типа средств измерения прибора, в диапазоне расхода (0,03-3) м3/ч, с порогом чувствительности 0,015 м3/ч предел допускаемой относительной погрешности 1,8 %.

При измерении расхода топлива, подаваемого в горелку, прибором Гранд 1.6, согласно данным сертификата об утверждении типа средств измерения прибора, в диапазоне расхода (0,04-1,6) м3/ч, предел допускаемой основной относительной погрешности измерения объема газа в диапазоне расходов от Q n до 0,2 Qmax составит ± 2,5 %; а в диапазоне от 0,2 Qmax до Qmax ± 1,5 %.

Погрешности измерения температуры жидкости для ДТПЬ (ХК) составляют ± 2,5 в диапазоне температур - 40...375 С; погрешности измерений температуры газовой смеси в топочном объеме и температуры внутренних поверхностей в диапазоне температур 400...1600 С, для ДТПS021 составляют 0,0075Т. Для измерения температуры внешней поверхности стенок топки использовался инфракрасный пирометр Кк 1200 с погрешностью измерений в диапазоне температур –10...1200С, с пределом допускаемой относительной погрешности 1 %. Для измерения радиационной составляющей температуры внутри топочного объема был применен узкоугольный радиометр, [83, 106]. Тарировка узкоугольного радиометра проводилась абсолютным методом на специальном стенде. В качестве источника теплового излучения использовалось абсолютно черное тело, изготовленное из медного стержня, в котором было просверлено отверстие с дном в виде конуса. Корпус абсолютно черного тела нагревался нихромовой спиралью. Температура нагрева регулировалась реостатом и контролировалась с помощью шести хромель-алюмелевых термопар, вмонтированных в медный корпус черного тела. Температура абсолютно черного тела определялась как среднее значение показаний этих термопар [95]. Данные с термопар фиксировались измерителем ОВЕН ТРМ 210.

Характер тарировочных кривых для всех узкоугольных радиометров в весьма большом диапазоне радиационного теплового потока был близок к линейному (рисунок 4.8), что согласуется с литературными данными [95]. Погрешности измерения плотности потоков излучения с помощью радиометрического прибора являются следствием его конструктивных особенностей и сводятся в основном к двум ошибкам: 1) к ошибке, возникающей из-за затенения косых лучей диафрагмой радиометра; 2) ошибке, возникающей из-за превышения температуры диафрагмы над температурой стенок зеркала вследствие ее нагрева за счет радиационного и конвективного теплообмена с внешней средой (при производстве измерений).

Как видно из рисунка 4.8, наличие первой ошибки обусловливается тем обстоятельством, что отверстие диафрагмы может пропустить внутрь прибора лишь те лучи, которые падают на ее поверхность под углами от 0 до вмакс. При этом максимальный угол падения #макс, при котором лучи еще могут пройти в отверстие диафрагмы, определяется из соотношения

Очевидно, что для уменьшения величины д\ нужно стремиться к уменьшению у. Проведенные расчеты показывают, что при у = 540 (tgy = 0,1) и равномерном распределении интенсивности полного излучения в зависимости от полярного угла в и азимута ср в падающем радиационном потоке величина д\

Вторая ошибка радиометра возникает вследствие превышения температуры диафрагмы над температурой стенок эллиптического зеркала.

Как нетрудно видеть из схемы (рисунок 4.9), диафрагма радиометра воспринимает тепло от окружающей среды за счет излучения и конвекции и отдает его посредством теплопроводности охлаждающей воде. Температура в каждом кольцевом сечении диафрагмы устанавливается из условий теплового равновесия и будет иметь более высокие значения, чем температура стенок эллиптического зеркала, которое не участвует в теплообмене с внешней средой. Вследствие этой температурной разницы диафрагма будет облучать шарик термоприемника с интенсивностью, большей интенсивности собственного излучения стенок зеркала. Это в свою очередь должно привести к некоторому завышению показаний радиометра [83, 106].

Практически уменьшение второй ошибки может быть достигнуто следующими мероприятиями: путем применения в качестве материала диафрагмы наиболее теплопроводных материалов, путем уменьшения степени черноты на внешней и внутренней поверхностях диафрагмы, путем применения эллипсоидов с большими эксцентриситетами (для уменьшения коэффициента облученности шарика от диафрагмы) и, наконец, что нежелательно, путем увеличения угла скоса диафрагмы (с целью увеличения ее толщины). Детальный анализ второй ошибки, являющийся довольно сложным в математическом отношении, показывает, однако, что величина второй ошибки составляет лишь сотые доли процента и имеет всегда положительное значение. Поэтому доминирующим остается влияние первой ошибки, величину которой и следует оценивать в опыте [83, 106].

На основании изложенного можно считать, что описанный радиометр является довольно точным и чувствительным прибором, предназначенным для измерения величин плотности падающего излучения. Само производство измерений с его помощью сводится к измерению одной электрической величины (термо-ЭДС термоэлемента), так как температура стенки (замкнутой полости 2 на рисунке 4.2) равняется температуре охлаждающей воды. По значению этой величины и тарировочным данным прибора однозначно определяется величина плотности падающего излучения [83, 106,107, 116].

Концентрации CO и CO2 измерялись газоанализатором Testo 335 с погрешностью измерения параметра CO (c H2 компенсацией) с диапазоном измерения 0 ... 8000 ппм, погрешностью ± 10 ппм или ± 10 %. Параметр концентрации COниз (c H2 компенсацией) в диапазоне измерений 0...500 ппм и погрешностью ± 2 ппм. Параметр расчета CO2 с диапазоном измерений 0 ... CO2 макс, погрешность составляет ± 0,2 об. % [116].

Методика измерений и расчетов

Другой важный фактор, влияющий на выбор Тух – содержание серы в топливе и двуокиси углерода в дымовых газах. При низкой температуре (меньше, чем температура точки росы дымовых газов) возможна конденсация, водяных паров на трубах поверхностей нагрева. При взаимодействии с сернистым, серным ангидридами и с двуокисью углерода, которые присутствуют в продуктах сгорания, образуются сернистая, серная и угольная кислоты. В результате этого поверхности нагрева подвергаются интенсивной коррозии. Современные котельные агрегаты, работающие на газообразном топливе, имеют Тух = 390 – 400 К.

Значение qv = Q/VT представляет собой количество теплоты, выделившейся при сжигании определенного количества топлива в единицу времени и приходящейся на 1 м3 объема топочного пространства. Если значение qv будет выходить за интервал значений, установленных практически, то за время нахождения в топке топливо не сгорит полностью. Опыт эксплуатации котельных агрегатов показал, что для различных видов топлива, способов сжигания и конструкций топок допустимое значение qv изменяется в широких пределах. Для газотрубного котла малой и средней мощности, использующего для работы газообразное топливо, qv находится в пределах от 250 до 1100 кВт/м3.

Для определения области рациональных значений показателей работы газотрубного котла, необходимо использовать численные методы нелинейного программирования, в которых применяются алгоритмы отыскания экстремума нелинейной функции при нелинейных ограничениях. В своем большинстве алгоритмы такого сорта представляют собой различные способы воплощения двух подходов к организации поиска условного экстремума. Первый состоит в том, чтобы, непосредственно контролируя соблюдение ограничений задачи, двигаться к ее оптимуму по последовательности допустимых или «почти» допустимых точек с монотонно убывающими либо монотонно возрастающими значениями целевой функции Соответствующие алгоритмы называются методами спуска. Второй подход заключается в сведении задачи на экстремум при наличии ограничений к последовательности задач безусловной оптимизации конструируемых специальным образом вспомогательных функций. Эти функции принято называть штрафными, а использующие их алгоритмы – методами штрафных функций. Рассмотрим метод проекции градиента как разновидность метода спуска. Описанный ниже алгоритм предназначен для решения задач вида

Min f(x), i (x) 0, I = 1, …, m, i (x) = 0, I = m+ 1, …, l, где f, i – непрерывно дифференцируемые функции, и является прямым обобщением метода наискорейшего спуска. Принцип работы и у того, и у другого один – идти в направлении быстрейшего убывания минимизируемой функции. Только в методе наискорейшего спуска, осуществляющем поиск безусловного минимума, это направление есть антиградиент, а в методе проекции градиента, решающем задачи условной оптимизации, оно определяется с учетом ограничений и получается в результате ортогонального проектирования антиградиента на некоторое линейное многообразие. Последнее аппроксимирует участок границы допустимой области, «параллельно» которому будет сделан шаг на очередной итерации. Поскольку граница нелинейная, этот шаг, вообще говоря, выведет из допустимого множества, даже если исходная точка принадлежит ему. Таким образом, в методе проекции градиента возможно движение по недопустимым точкам. Однако степень нарушения ограничений строго контролируется и сохраняется малой за счет корректировок и ограничения длин шагов.

Осуществлены многовариантные расчеты, основные характерные графики приводятся. Для сопоставления теплообменных поверхностей в качестве основных характеристик выделяются величины: количество теплоты Q, передаваемой через поверхность; расход топлива B; массы М; изменяющаяся часть годовых расчетных издержек И. Для решения задачи, в которой рассматриваются газотрубные котлы с топками 115 различного профиля и массы, поверхность нагрева не может однозначно служить мерой оценки сравниваемых вариантов. В соответствии с этим предлагается следующая формулировка основных типов технических задач: \. Q = idem, М = idem - оценка по т/, В, И. 2. Q = idem, В = idem - оценка по М, И. З. В = idem, М = idem - оценка по т/, Q, И. A. Q = idem, F = idem - оценка по т/, В, М, И. 5.В = idem, F = idem - оценка по т/, 0, М, И, где количество теплоты Q, передаваемой через поверхность, масса М газотрубного котла, КПД брутто газотрубного котла т/, расход топлива В, V - объем всей конструкции котла, F - площадь поперечного сечения. Наиболее полный анализ теплотехнических показателей работы газотрубного котла возможен при решении следующей технической задачи: 1. Сохраняя постоянную площадь поверхности теплообмена в сечение топки и котла в целом (Q = idem, М = idem - оценка по rj, В, И).

Переход от профиля круг к профилям эллипс и эллипс оребренный при неизменом интервале рекомендуемых температур уходящих газов соответствует уменьшению расхода топлива примерно на 1,1 м3/час из-за более эффективной поверхности теплообмена в топке с профилем эллипс оребренный по сравнению с другими рассмотренными вариантами (Рисунок 5.1, где точками показаны номинальные характеристики работы котлов).

Переход от профиля круг к профилям эллипс и эллипс оребренный ведет к уменьшению объма топки и при неизменом интервале рекомендуемых тепловых напряжений в топке соответствует уменьшению расхода топлива примерно на 1,1 м3/час (Рисунок 5.2) в заданном интервале температур уходящих газов.