Содержание к диссертации
Введение
1. Краткий обзор конструктивных особенностей цистерн и методы исследования тепловых воздействий на котёл цистерны 11
1.1. Конструктивные особенности котлов цистерн 11
1.2. Обзор исследований напряженно-деформированного состояния котлов цистерн 14
1.3. Методы исследования поведения котлов при тепловых воздействиях 22
1.4. Выводы по главе 25
2. Определение нестационарного температурного поля котла цистерны в очаге пламени 27
2.1. Уравнение теплопроводности 27
2.2. Начальные и граничные условия 31
2.3. Вариационная трактовка задачи 32
2.4. Аппроксимация температурного поля 34
2.5. Порядок интегрирования уравнений для отыскания коэффициентов ряда аппроксимации температуры 38
2.6. Результаты расчетов с применением разработанной методики 40
3. Учёт состояния перевозимого продукта при определении нестационарного температурного поля котла цистерны от воздействия наружного источника тепла .. 54
3.1. Принятые допущения 55
3.2. Определение температуры продукта 55
3.3. Определение давления продукта при нагреве 59
3.3.1. Изменение объёма жидкой фазы 59
3.3.2. Определение давления газовой смеси 60
3.4. Определение коэффициента теплоотдачи от котла к продукту 63
3.5. Алгоритм определения нестационарного поля котла с учётом состояния продукта 65
3.6. Результаты расчетов с применением разработанной методики 66
4. Экспериментальное исследование поведения оболочки в очаге пламени 79
4.1. Схема опытной установки 79
4.2. Методика проведения эксперимента 83
4.3. Обработка результатов эксперимента 87
4.4. Результаты эксперимента 89
4.5. Сравнение результатов расчета и эксперимента 97
4.6. Экспериментальное определение свойств защитного покрытия 100
4.7. Выводы по главе 101
Выводы по диссертации 102
Список использованных литературных
Источников 104
- Методы исследования поведения котлов при тепловых воздействиях
- Порядок интегрирования уравнений для отыскания коэффициентов ряда аппроксимации температуры
- Определение коэффициента теплоотдачи от котла к продукту
- Сравнение результатов расчета и эксперимента
Введение к работе
Актуальность работы.
' Перевозка грузов по железным дорогам в цистернах занимает одно
из важнейших мест в общем объеме перевозок. Это связано, с одной стороны в значительных потребностях различных отраслей промышленного производства в подобных грузах, а с другой стороны, с высокой экономической эффективностью применения железнодорожных цистерн.
Нефтебензиновые цистерны - наиболее широко применяющаяся
разновидность цистерн в нашей стране. Они должны соответствовать
требованиям безопасной эксплуатации на сети железных дорог в
условиях постоянного ужесточения условий эксплуатации,
необходимости обеспечения экологической безопасности. Все это
побуждает конструкторов уделять повышенное внимание поведению
цистерны в аварийных ситуациях и разрабатывать различные способы
ч защиты.
Одним из наиболее опасных аварийных режимов является попадание котла цистерны в очаг действия открытого пламени (пожар), особенно при наличии в котле перевозимого груза.
Значительное локальное повышение температуры котла в очаге
пламени влияет на напряженно-деформированное состояние котла в
двух аспектах. Во-первых, сами температурные перепады вызывают
напряжения в оболочке, а во-вторых, при нагреве существенно
изменяются механические характеристики металла котла, что в
условиях действия внутреннего давления приводит к дополнительным,
* весьма значительным деформациям и напряжениям.
Рис.1
«„и:
* 'd_
ivsj*t
Рис.2
На рис. 1 и 2 показаны фотографии последствий подобных аварийных воздействий. Из приведенных снимков можно заключить, что разрушение котла произошло как вследствие тепловых деформаций в процессе пожара, так и из-за взрыва. В результате действия на котел открытого пламени весьма вероятен пролив перевозимого продукта и угроза экологии окружающей местности.
Направления работы в этой области связаны, во-первых, с исследованием сценариев аварийных ситуаций при воздействии открытого пламени на котел цистерны. Важным этапом работы в этом направлении явились разработанные ВНИИПО совместно с МИИТом дополнения к «Нормам...» [1], содержащие сценарии аварийных ситуаций.
В результате основное внимание исследователей перемещается на второе направление исследований - разработку способов защиты и предотвращения катастрофических последствий аварийных воздействий. Способ защиты путем установки соответствующей сливо-наливной арматуры можно считать достаточно глубоко проработанным.
Один из наиболее эффективных способов защиты котла от подобных воздействий состоит в нанесении огнезащитного покрытия на поверхность котла. Главная задача подобного покрытия - в случае возникновения пожара дать время формированиям противопожарной обороны на развертывание и применение средств пожаротушения. Предотвращение разрушения оболочки в течение гарантированного интервала времени достигается за счет изменения свойств покрытия при повышении температуры и ограничения теплового потока к котлу.
Причем следует отметить, что данная проблема исследована мало. В этом направлении необходимо, с одной стороны, иметь возможность определения расчетным путем температурного поля котла при действии открытого пламени для оценки прочности несущей оболочки котла в
зоне действия открытого пламени. С другой стороны, требуется методика для учета и выбора параметров огнезащитного покрытия при пожаре.
Цель и задачи работы.
Главной целью настоящей диссертационной работы является моделирование нестационарного температурного поля котла нефтебензиновой цистерны в очаге пламени с возможностью учета огнезащитного покрытия.
Для реализации цели диссертационной работы необходимо решить следующие задачи:
-разработка математической модели нестационарного температурного поля котла цистерны;
- разработка математической модели поведения перевозимого груза
в котле цистерны при действии на котле внешнего теплового потока;
- компьютерное моделирование тепловых процессов, происходящих
* при воздействии открытого пламени на котёл цистерны, с
использованием разработанной математической модели;
-оценка эффективности способа защиты котла цистерны при помощи нанесения наружного огнезащитного покрытия;
-экспериментальное исследование специально сконструированных образцов с применением огнезащитного слоя.
Научная новизна.
Разработана математическая модель, алгоритм и программа
определения температурных полей при действии открытого пламени на
котёл цистерны. В математической модели использованы двойные
*» тригонометрические ряды для аппроксимации температурного поля
котла, а также учитывается поведение груза при нагреве котла.
Теоретически и экспериментально исследована эффективность огнезащитного покрытия СГК-2 для защиты котлов цистерн от пожара.
Практическая ценность.
Предложенные средства моделирования позволяют на стадии проектирования цистерн определять температурное поле котла от аварийных тепловых воздействиях и разрабатывать средства защиты котлов.
С помощью разработанных средств теоретически определено температурное поле котла нефтебензиновой цистерны при действии открытого пламени.
Подтверждена высокая эффективность способа защиты котлов цистерн от действия открытого пламени путем нанесения огнезащитного покрытия.
Общее содержание работы.
Объектом исследования в данной работе является котёл цистерны. Краткий обзор особенностей конструкции и существующих методов расчёта котлов цистерн по литературным источникам приведён в главе 1.
В главе 2 рассматривается поведение котла цистерны при действии открытого пламени. Излагается разработанная методика определения температурного поля, которое является исходным для вычисления напряженно-деформированного состояния.
Методы исследования поведения котлов при тепловых воздействиях
Специальный обзор посвятим исследованиям тепловых воздействий на котлы. При оценке прочности котла необходимым этапом расчетов является определение температурного поля котла.
В нашей стране вопросы определения температурных полей оболочек нашли глубокую проработку в исследованиях, выполняемых НПО "Криогенмаш".
В работе [47] рассматривается процесс заполнения жидким азотом цилиндрической оболочки, замкнутой плоскими крышками. Для определения нестационарного температурного поля применен вариационный метод и метод конечных элементов. Дискретизация оболочки производится с помощью треугольных конечных элементов. Данный подход может быть применен и для расчета котлов железнодорожных цистерн, если учесть их отличительные особенности.
Работы [48, 49] посвящены исследованиям нестационарных температурных полей отдельных объектов криогенной техники. В работе [48] выполнено теоретическое и экспериментальное исследование осесим-метричных конструкций при переменном коэффициенте теплоотдачи. В [49] моделируются нестационарные температурные поля в трубах с учетом продольной и поперечной теплопроводности материала.
Влияние температуры на теплофизические и механические характеристики материалов отражено в работах [50, 51]. Изменение температурного поля котла вызывает тепловые деформации и напряжения, а также влияет на характер восприятия других (механических) нагрузок.
Температурное поле котла цистерны определяет его напряженно-деформированное состояние. Важной работой в области исследования термоупругости является труд Б.Е. Гейтвуда [52]. В нем рассматриваются задачи определения температурных напряжений в различных элементах конструкций. Интегрирование дифференциальных уравнений производится на основе классических математических методов. Одним из полезных выводов является то, что эффекты инерции при данном виде воздействия обычно незначительны.
Методы определения температурных напряжений в оболочках приводятся также в ранее упоминавшихся работах [15, 27] и многих других. В этих работах обычно рассматриваются оболочечные конструкции какого-либо одного класса, поэтому для расчета оказываются приемлемыми классические подходы. Наличие же конструктивных нерегулярностей может быть эффективно учтено при использовании метода конечных элементов.
В области цистерностроения вопросы тепловых воздействий исследованы недостаточно полно. В 70-е годы постановка подобных задач имела место в рамках разработки большегрузных цистерн для БАМа.
Задача по определению температурного поля цилиндрического котла восьмиоснои цистерны при заполнении его горячим нефтепродуктом при низкой температуре воздуха решена в работе [53].
В работе [54] предложена методика определения температурных напряжений в котлах восьмиосных цистерн, в которой учитывается наличие подкрепляющих цилиндрическую оболочку шпангоутов.
Метод оценки влияния температурных воздействий на НДС котла цистерны предложен в работе [55]. Задача решается в два этапа: определение собственно нестационарного температурного поля и оценка напряженного состояния котла.
В последние годы наметилась активизация интереса к исследованиям в этой области, что связано в первую очередь с вопросами безопасности при эксплуатации цистерн.
Здесь следует отметить работы под руководством В.Н. Филиппова, в которых рассматриваются вопросы поведения котла в очаге пожара. Общим направлением исследований является разработка систем защиты котлов цистерн для перевозки опасных грузов. В работе [56] на основе обобщения статистических данных рассматриваются типовые сценарии аварийных ситуаций, что может быть использовано при постановке задач, связанных с моделированием повреждающих воздействий на котел. Работа [56] содержит результаты экспериментальных исследований поведения котлов при действии открытого пламени.
Вопросам математического моделирования поведения котла при различных, в том числе тепловых, аварийных воздействиях посвящена работа [58]. В ней автором предложены методики определения температурного поля и температурных напряжений в котле цистерны для опасных грузов. Температурное поле определяется путем составления двумерного уравнения теплопроводности и интегрирования его с применением вариационного метода, метода конечных элементов и метода Адамса. Температурные напряжения моделируются с применением мо-ментной теории оболочек, вариационного принципа Лагранжа, МКЭ.
В работе [59] исследуется поведение перевозимого груза (вязких нефтепродуктов) в котле цистерны с точки зрения температурного поля. Предложена методика расчета скорости остывания груза при различных погодных условиях на внешней поверхности котла. Были также проведены исследования по определению коэффициента теплоотдачи на поверхности оболочки котла.
Подводя итоги проделанному анализу, можно отметить следующее.
Применение тригонометрических рядов для аппроксимации неизвестных функций позволяет для определенного класса оболочечных конструкций существенно упростить расчетные зависимости, сделать алгоритм более эффективным.
При исследовании тепловых процессов с котлами железнодорожных цистерн можно пренебрегать эффектами инерции.
Повышение температуры существенно влияет на механические и теплофизические свойства материала котла, и его необходимо учитывать при разработке методики расчета.
При моделировании поведения котла в очаге пламени необходимо учитывать влияние состояния жидкого груза с точки зрения повышения температуры и давления.
При тепловом воздействии в различных исследованиях отмечается существенное влияние коэффициента теплоотдачи на температурное поле. Это обстоятельство может быть использовано применительно к цистернам для опасных грузов при проектировании систем защиты котлов от воздействия открытого пламени.
В качестве защиты котла нефтебензиновой цистерны от воздействия открытого пламени представляется эффективным нанесение огнезащитного покрытия СГК-2. В диссертационной работе необходимо исследовать эффективность подобного способа защиты.
Изучению формирования температурных полей для котлов цистерн, подверженных воздействию открытого огня, в литературе уделяется мало внимания. Без решения этой задачи не представляется возможным прогнозировать их поведение в аварийных ситуациях. Поэтому в диссертации основное внимание уделено определению температурного поля котла цистерны в очаге пламени.
Порядок интегрирования уравнений для отыскания коэффициентов ряда аппроксимации температуры
Для интегрирования разрешающей системы уравнений (2.5) по времени применим интерполяционный метод Адамса 2-го порядка. Исследуемый промежуток времени разделяется на малые промежутки
Описанная методика была применена для расчета температурных полей цилиндрической части котла нефтебензиновой цистерны на действие открытого пламени.
Расчетная схема предусматривала задание воздействия в виде температуры внешней среды (пламени), контактирующей с наружной поверхностью котла по прямоугольной площадке длиной 2 м вдоль оси и 2,8 м по дуге окружности в средней зоне обечайки котла. Вне указанной площадки температура окружающей среды принята постоянной и равной 0С. Начальная температура оболочки равна температуре окружающей среды и была принята равной 0С, температура пламени 1600С. При задании механических и теплофизических свойств материала котла использовалась информация, приведенная в справочнике [60]. Расчетами было определено переменное во времени температурное поле котла.
На рис. 2.3 приведены графики зависимости температур в некоторых характерных точках оболочки от времени. С момента начала воздействия пламени температура начинает резко повышаться, при этом подводимое тепло, главным образом, идет на нагрев зоны действия пламени. Примерно через 50 мин. рост температур практически прекращается и устанавливается режим, когда все подводимое тепло отводится по оболочке и передается в окружающую атмосферу за границами зоны действия пламени.
На рис. 2.4 проиллюстрировано распределение температур по оболочке при установившемся режиме нагрева (максимум температур). Наибольшая температура имеет место в середине очага пламени и составляет 610С. При таком уровне температур в материале уже происходят фазовые изменения. Кроме того, существенно (более, чем в два раза) ослабляются механические характеристики металла.
Распределение температур по обечайке более подробно показано на рис. 2.5 и 2.6. Здесь начало координат по % и по р принято в центре очага пожара. Результаты приводятся для различных моментов времени от начала воздействия. Из графиков видно, что при удалении от середины к краям площадки как в продольном, так и в кольцевом 1,5 направлении температура несколько снижается, а вне площадки -быстро убывает, на некотором расстоянии сравниваясь с температурой окружающей среды. Описанная качественная картина в целом сохраняется во времени, изменяются только уровень температур и (незначительно) размеры зоны возмущения начального температурного поля.
Разработанная методика позволяет моделировать действие открытого пламени на котел с учетом возможной защиты (например, дополнительной изоляции). Был рассчитан вариант действия открытого пламени на котел цистерны с огнезащитным покрытием СГК-2, разработанным Московским институтом теплотехники. Толщина покрытия 3 мм на всей наружной поверхности котла цистерны.
Параметры аварийного воздействия приняты такими же, как и в варианте без покрытия для оценки эффективности данного способа защиты. В принятой расчетной схеме огнезащитное покрытие моделировалось заданием соответствующего коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности котла цистерны. Ввиду отсутствия полных данных по свойствам предлагаемого покрытия, коэффициент теплоотдачи был определен на основании экспериментов, описанных в главе 4 настоящей диссертационной работы.
Результаты расчетов температурного поля котла цистерны с защитным покрытием приведены на рис. 2.7 - 2.10. Зависимость температур от времени имеет характер, аналогичный описанному выше для варианта без защиты. Однако уровень возникающих температур составил 288С, то есть оказался значительно ниже (в 2,1 раза). Кроме того, время повышения температуры до максимального значения при наличии защиты существенно увеличивается (в 1,9 раза). Все это позволяет сделать вывод о высокой эффективности покрытия СГК-2 как способа защиты котлов железнодорожных цистерн от действия открытого пламени. Эта эффективность выражается, с одной стороны, в снижении уровня повышенных температур и температурных перепадов, что должно прямо влиять на напряженно-деформированное состояние оболочки. С другой стороны, обеспечивается достаточный промежуток времени для развертывания противопожарных формирований.
Результаты определения температурного поля были также использованы для оценки напряженно-деформированного состояния оболочки котла в зоне действия очага пламени с помощью методики, разработанной на кафедре "Вагоны" МИИТа. Данная методика основана на применении моментной теории оболочек, вариационного принципа Лагранжа и метода конечных элементов. Конечные элементы выбирались в виде цилиндрических отсеков (поясов) оболочки с аппроксимацией перемещений в виде тригонометрических рядов от окружной координаты и полиномов вдоль образующей.
При этом в качестве внешнего воздействия были заданы температурное поле и давление продукта в котле в момент появления установившегося режима (наибольших температур в оболочке). Учитывалось также локальное снижение жесткости оболочки, вызванное повышением температуры.
На рис. 2.11, 2.12 показаны поля деформаций оболочки без защитного покрытия, вызванные локальным повышением температуры (чисто тепловыми деформациями) и действием внутреннего давления при локальном понижении жесткости, соответственно. Обе диаграммы имеют характер выпучивания. Наибольшие радиальные перемещения оболочки составили, соответственно, 8 см и 15 см.
При составлении уравнения теплопроводности (глава 2) для моделирования температурного поля котла учитывается теплообмен между оболочкой котла и перевозимым продуктом. При этом во все соотношения температура внутренней среды (перевозимого продукта) в котле входила как заданная. В первом приближении данную температуру и другие свойства продукта можно полагать постоянными. Однако для более адекватного описания поведения котла в очаге пламени необходимо учитывать тот факт, что по мере нагрева котла изменяется и состояние (температура, давление) продукта.
Задачами данной главы являются,- во-первых, разработка математической модели состояния поведения груза, исходя из переменного во времени теплового потока от котла.
Во-вторых, требуется разработать методику определения коэффициента теплоотдачи от оболочки котла к грузу.
В-третьих, найти способ внедрения разработанных моделей в общий алгоритм определения температурного поля котла, описанного в главе №2.
В-четвёртых, получить возможность находить давление перевозимого продукта в любой момент времени, что является необходимым исходным данным при определении напряжённо-деформированного состояния котла.
Определение коэффициента теплоотдачи от котла к продукту
В этом параграфе рассматривается процесс теплоотдачи от наружной поверхности цистерны к окружающему воздуху и теплоотдачи на внутренней поверхности к перевозимому продукту - жидкости или газу. Для каждого из этих процессов определяются коэффициенты теплоотдачи.
Коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ав определяется как при естественной конвекции в большом объёме для вертикальной пластины по формуле [62]:
В предыдущих разделах настоящей главы изложено содержание математической формулировки для учёта поведения перевозимого груза при воздействии на котел внешнего потока тепла (очага пожара). Представляется необходимым разработать методику учета состояния груза при определении температурного поля котла с использованием модели, описанной в главе 2 диссертации.
Алгоритм решения этой задачи имеет следующую структуру. Задаются начальные условия для расчёта, то есть значения начальной температуры котла и груза, объёмов жидкой и газообразной составляющей груза. Далее организуется цикл интегрирования по времени. На каждом шаге сначала находятся значения коэффициента теплоотдачи от котла к продукту по методике, описанной в разделе 3.4. Далее определяется температурное поле котла в данный момент времени по методике изложенной в главе 2. При этом учитывается значение температуры груза на предыдущем шаге. Рассматривается состояние груза на данном шаге, и вычисляются его температура (раздел 3.2) и давление (раздел 3.3). Последнее используется как внешняя нагрузка на котёл при расчёте НДС В цикле последовательно выполняются пункты 3.5.2 - 3.5.4 в течение всего исследуемого промежутка времени от начала внешнего теплового воздействия. Результаты расчетов с применением описанной в данной главе методики использовались двояко. Во-первых, они вошли как составная часть в результаты главы 2, так как обе методики при выполнении окончательных расчетов применялись совместно.
Во-вторых, анализ результатов поведения перевозимого груза имеет и самостоятельное значение, так как дает необходимую информацию о характере изменении некоторых важных величин, в частности, коэффициента теплоотдачи на внутренней поверхности котла или давления продукта. Вторую группу результатов приведем в данной главе.
На рис. 3.1 показана зависимость плотности бензина от температуры, взятая на основе справочных данных в качестве исходной при определении состояния продукта. По известной зависимости плотности от температуры была расчетным путем получена зависимость коэффициента объемного расширения бензина от температуры (см. рис. 3.2). Зависимость имеет возрастающий нелинейный характер.
Справочными данными является также зависимость удельной теплоемкости от температуры, приведенная на рис. 3.3.
В результате расчетов получены зависимости коэффициента теплоотдачи от внутренней поверхности стенки котла к продукту-Исследовались зависимости коэффициента теплоотдачи от температуры продукта (рис. 3.4), от температуры стенки котла (рис. 3.5) и от температурного перепада между стенкой и продуктом (рис. 3.6). Из приведенных графиков видно, что зависимость от температуры имеет сходный характер: коэффициент теплоотдачи повышается с ростом температуры, причем после начального крутого участка подъема имеется продолжительный участок более плавного роста.
Было исследовано изменение состояния перевозимого продукта в процессе нагрева котла. Зависимость температуры продукта от времени приведена на рис. 3.7. После начального крутого возрастания температуры в течение примерно 2 часов до температуры 45С дальнейший рост температуры становится значительно более плавным, близким к линейному. Это можно объяснить аналогичным замедлением роста коэффициента теплоотдачи (см. рис. 3.4).
На рис. 3.8 приведена зависимость давления перевозимого груза от времени для различных вариантов заполнения котла: 90% (сплошная линия), 80% (штриховая линия) и 70% (штрихпунктирная линия). Интерес представляет также обобщенная зависимость давления продукта от его температуры, графики которой показаны на рис. 3.9 для трех названных вариантов заполнения котла.
Из графиков видно, что давление нелинейно возрастает, что обусловлено ростом температуры продукта с его одновременным расширением и сжатием газообразной составляющей. Принятое допущение о несжимаемости жидкой составляющей продукта дает завышенные значения давления при малых объемах газообразной составляющей, что идет в запас прочности при последующем применении данной методики для определения НДС котла.
Исследовано также влияние степени заполнения котла на давление в нем. На рис. 3.10 приведены графики зависимости давления от степени заполнения при различных температурах продукта. Эта зависимость качественно совпадает для различных значений температуры и носит нелинейный характер. При заполнении котла до 70% рост давления при нагреве незначителен. При больших значениях степени заполнения уровень значений давления резко повышается, что объясняется малостью начального объема газообразной фазы продукта, что препятствует ее сжатию.
В целом можно сделать вывод о том, что степень заполнения котла существенно влияет на уровень давления в нем.
Сравнение результатов расчета и эксперимента
С целью оценки достоверности разработанной в диссертации методики расчетного определения температурного поля оболочки данная методика была применена для моделирования процесса нагрева опытного образца.
Геометрические размеры оболочки были приняты такими же, как у модели в эксперименте (см. раздел 4.1). Рассматривалась только плоская часть модели, без подкрепляющих ее уголков. При этом при расчете полагалось отсутствие осевой теплопроводности в материале в точках, расположенных по периметру модели.
Были смоделированы оба эксперимента. Для модели без защитного покрытия на основе полученных данных проведено сравнение результатов расчета и эксперимента, что описывается в настоящем раздел е[64].
Для модели с огнезащитным покрытием расчеты позволили определить значение коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности котла при наличии огнезащитного покрытия (см. раздел 4.6). Последние результаты были использованы при выполнении окончательных расчетов в главе 2.
На рис. 4.9 приведены графики изменения во времени температуры центра модели без защитного покрытия. Сплошной линией показана зависимость, полученная экспериментально, штриховой линией -теоретическая зависимость.
Как видно из графика, имеет место качественное соответствие теоретических и экспериментальных данных. Количественное сравнение результатов сведено в таблицу 4.2. Результаты сопоставлялись как по максимальному значению температуры, так и по времени появления установившегося режима. Для этого взято время достижения температурой 95% от максимального значения, так как имеется достаточно долгий период незначительного роста температуры.
Оценка погрешности расчетных данных по сравнению с результатами эксперимента свидетельствует о достаточно близком их соответствии. Причем предлагаемая методика расчета дает несколько завышенное значение максимальной температуры по сравнению с экспериментом.
Расхождения расчетных и опытных данных можно объяснить несколькими причинами: а) погрешностью определения температуры пламени; б) переменностью температур как пламени, так и окружающего воздуха в реальных условиях эксперимента, что не учитывалось при расчете; в) усреднением значений теплофизических параметров модели при расчете; г) отводом тепла через горелку и окружающую среду, что также не учитывалось при расчете; д) погрешностями измерения температур в эксперименте. В целом, можно сделать вывод о достаточно хорошем соответствии результатов расчета и эксперимента. На основе данных экспериментального исследования нагрева образца с огнезащитным покрытием были определены значения коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности котла, которые использованы при расчетах в главе 2. Полученную зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры можно аппроксимировать при помощи формулы: Приведенная формула справедлива для исследованного варианта покрытия (толщина - 3 мм), а также зафиксированного диапазона температур (рис. 4.8). Для других вариантов, очевидно, требуются дополнительные эксперименты Экспериментальным путем получен закон изменения во времени температуры оболочки с огнезащитным покрытием и без него при действии открытого пламени. Исследован характер распределения температур в точках, по-разному удаленных от центра очага пламени. Оценено влияние защиты с применением покрытия СГК-2 на уровень температур оболочки и время достижения уровня наибольших температур. Выявлена высокая эффективность рассмотренного способа защиты в обоих названных аспектах. Результаты проведенного исследования могут служить основанием для выбора адекватных методик расчетного моделирования температурного поля оболочек котлов цистерн при аварийном действии открытого пламени, а также для выбора зон и толщин огнезащитного покрытия, наносимого на котлы цистерн.
Похожие диссертации на Моделирование поведения котла цистерны в очаге пламени
