Методика теплового расчёта систем подогрева груза при его разделении в объёме танка наливного судна Аляутдинова, Юлия Амировна

Введение к работе

Актуальность. В условиях роста цен на энергоресурсы, себестоимость перевозок нефтепродуктов во многом определяется затратами на топливо. Особенность эксплуатации нефтеналивных судов заключается в необходимости подогрева груза, что связано с дополнительным расходом топлива. Учитывая мощность судового энергетического комплекса танкера, даже небольшой процент экономии топлива оправдывает дополнительные капитальные затраты. Как один из вариантов решения проблемы энергосбережения, нами предложен способ снижения тепловой нагрузки на систему подогрева танка путём организации позонного подогрева груза, реализуемого установкой в танке вертикальной перегородки параллельно бортам судна. Энергосберегающий эффект достигается созданием вдоль борта малоподвижного слоя, который является дополнительным термическим сопротивлением, снижая потери тепла через борт. Внесенные изменения повлияли на характер движения груза и распределение температур в его объёме, что и определяет энергосберегающий эффект. Существующие методики расчета судовой энергетической установки не учитывают эти изменения. Экономическая целесообразность внедрения энергосберегающих технологий при перевозке высоковязких нефтепродуктов водным транспортом и необходимость проведения исследований для разработки методики конструктивного расчёта элементов танка и систем подогрева, а также определения оптимальных режимов работы судовой вспомогательной теплоэнергетической установки определяет актуальность настоящей работы.

Определение потребной мощности судового энергетического комплекса, включающего в себя теплообмен при перевозке водным транспортом высоковязких жидкостей, при стационарных режимах работы систем подогрева в танке с позонной системой подогрева и имеющих существенные индивидуальные особенности (теплообмен между перегородкой и бортом танка, теплообмен в прослойке, «всплытие» горячего слоя), – это и есть задача, решение которой необходимо учесть при проектировании систем подогрева.

Проблемой исследования является выделение существенных особенностей процессов тепломассообмена при позонном подогреве высоковязкого груза в танке наливного судна и получение расчётных зависимостей для инженерного расчёта параметров систем подогрева и оптимальных геометрических характеристик размещения вертикальной перегородки в танке судна с целью получения энергосберегающего эффекта.

Работа выполнена в соответствии с координационными планами НИР и ОКР, Приоритетными направлениями фундаментальных исследований РАН (одобрено постановлением Президиума РАН от 13.01.1998 г. № 7 – поз. 2.1.4 «Исследования в области энергосбережения и эффективных технологий»), новыми особенностями, возникшими в современных условиях, в том числе современными изменениями структуры грузоперевозок водным транспортом России,; Транспортной стратегией Российской Федерации на период до 2020 г. (Приказ министерства транспорта Российской Федерации от 31 июля 2006 г. № 94); карты проекта «Развитие транспортной системы и повышение конкурентоспособности транспорта»; Федеральным законом Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Цель диссертационной работы заключается в разработке новой методики конструктивного расчёта и рабочих параметров систем подогрева в танке наливного судна при использовании позонного подогрева для достижения энергосберегающего эффекта.

Задачи, решаемые в работе. Для достижения поставленных целей необходимо решить комплекс следующих научных задач:

1. Выделить существенно влияющие особенности процессов тепломассобмена в танке наливного судна со сложной геометрией, включающей разделение груза на зоны, параметры, определяющие потери тепла и потребную мощность системы подогрева при разных граничных условиях.

2. Разработать численную модель процесса стационарного тепломассообмена в танке наливного судна, учитывающую влияние конструктивных особенностей системы подогрева и деление груза в танке на зоны.

3. Получить теоретические зависимости для расчёта процессов теплообмена в танке наливного судна и оценить достоверность полученных результатов.

4. Разработать методику конструктивного расчёта систем подогрева танков наливного судна при установки вертикальной перегородки и их энергосберегающие режимы.

Объект исследования: система подогрева танка в едином комплексе с вспомогательной судовой энергетической установкой наливного судна для перевозки высоковязких жидкостей с системой деления груза на зоны.

Методологическую основу исследования составляет единство теоретического и экспериментального подходов к исследованию теплообменных процессов при транспортировки высоковязких жидкостей наливными судами, современные концепции в области теплофизики, использование теории физического подобия для обобщения полученных результатов исследования, применение современного программно-аппаратного комплекса для изучения теоретических моделей, системный подход, ведущие положения теории тепломассообмена.

Методы исследования. На различных этапах опытно-экспериментальной работы для решения поставленных задач и подтверждения гипотезы использовался комплекс методов: 1) изучение и обобщение исследований по проблеме тепломассообмена при транспортировке высоковязких жидкостей; 2) теоретический анализ стационарного теплообмена в танке наливного судна при установке вертикальной съёмной перегородки; 3) проверка полученных результатов сопоставлением с существующими данными замеров температурных полей в танке наливного судна и экспериментальная проверка; 4) статистико-математические методы обработки данных; 5) математическое моделирование процессов тепломассообмена; 6) численный эксперимент на компьютерных моделях; 7) анализ, изучение и обобщение полученных данных.

Достоверность результатов исследования обеспечивалась использованием фундаментальных законов тепломассообмена, методом решения дифференциальных уравнений и численных методов анализа, целостным подходом к решению проблемы, методологической обоснованностью и непротиворечивостью исходных теоретических положений исследования, разработкой адекватной предмету исследования методики опытно-экспериментальной работы, экспериментальным подтверждением основных результатов исследования, научной обработкой, полученных в ходе эксперимента, данных и оценкой экспериментальных данных различными методами.

Практическая значимость работы:

1. Предложена энергосберегающая технология перевозки высоковязких жидкостей танкерами, обеспечивающая до 8–10 % экономии затрат тепла на поддержание температуры груза во время рейса и металлоемкости системы подогрева.

2. Разработана методика расчёта систем подогрева груза в танке наливного судна, учитывающая деление груза в танке на зоны и позволяющая проводить технико-экономический анализ проектно-конструкторских решений на стадии проектирования наливных судов с целью минимизации капитальных и эксплуатационных затрат при перевозке высоковязких грузов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

2. 1. Результаты численных и экспериментальных исследований работы системы подогрева танка наливного судна при перевозке высоковязких жидкостей с их делением в танке на зоны легкой вертикальной перегородкой.

   2. Режимы теплообмена в объёме танка, ограниченном перегородкой при различных размерах, граничных условиях, теплофизических свойствах груза и режимах работы системы подогрева.

   3. Критериальное уравнение для расчёта теплообмена от вязких нефтепродуктов к стенке танка, учитывающее деление груза в танке на зоны.

   4. Методика конструктивного расчёта систем подогрева груза в танке со сложной конструкцией набора судна и делением груза на зоны вертикальной перегородкой.

   Личный вклад автора. В диссертацию включены результаты, полученные автором, в том числе с консультацией научного руководителя.

   Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на 1-й и 2-й научно-практических конференциях «Новейшие технологии освоения месторождений углеводородного сырья и обеспечения безопасности экосистем Каспийского шельфа», Международной научно-практической конференции, посвящённой 80-летию Астраханского государственного технического университета, 10-й научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», итоговых научно-практических конференциях Астраханского государственного технического университета в 2010–2012 гг., Астраханского Инженерно-строительного института в 2007–2009 гг.

   Публикации. Основные результаты диссертации докладывались на 4-х Международных конференциях, опубликованы в 10 работах, в том числе в 3-х изданиях, рекомендуемых ВАК, по результатам работы получен патент на полезную модель. В работах, опубликованных в соавторстве и приведённых в списке литературы, соискателю принадлежат: [1], [2], [4], [5] -40%; [3], [6], [9], [10] -30%; [7], [8]-100%.

   Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 139 страницах, состоит из введения, списка условных обозначений, 4-х глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа иллюстрирована 25 рисунками, содержит 63 формулы.

   Похожие диссертации на Методика теплового расчёта систем подогрева груза при его разделении в объёме танка наливного судна

   

   Моделирование тепломассопереноса в судовых системах подогрева высоковязких топлив и жидких грузовГоловчун Сергей Николаевич

   

   Тепломассообмен и энергосберегающие режимы работы систем подогрева танкеров при перевозке высоковязких застывающих жидкостейАчилова, Наталья Балтаевна

   

   Создание обобщённой методики расчёта системы внутренних воздушных потоков ГТДТисарев Андрей Юрьевич

   

   Разработка методики расчёта общего случая несимметрии в системах электроснабжения и обеспечение надёжной работы электроустановок при нарушениях качества электрической энергииСоловьёв, Сергей Владимирович

   Многоволновая лидарная система для определения физических параметров тропосферного аэрозоля : методика расчёта параметров и анализа данныхВолков, Николай Николаевич

   

   Методика оценивания готовности эргатической системы управления судном к решению задач расхожденияЧертов Владимир Владимирович

   

   Методика оценивания показателей функционирования эргатической системы управления морским судномВоротынцева Марина Георгиевна

   

   Совершенствование методики расчёта при проектировании нежёстких дорожных одежд с асфальтобетонными покрытиямиКалёнова Екатерина Валерьевна

   Методика расчёта времени блокирования путей эвакуации токсичными продуктами горения при пожаре в производственных зданиях ГЭС ВьетнамаДoaн Bьет Maнь

   

   Исследование гидродинамики при кипении водного раствора Na2SO4 в трубе и совершенствование методики расчёта испарителейКоньков Евгений Олегович