Введение к работе
Актуальность темы. Анализ тенденций развитая мирового судостроения за последнее десятилетие свішетельствует о том, что в ближайшем будущем вряд ли следует ожидать принципиально новых технических решений, существенно изменяющих существующие приоритеты при проектировании и эксплуатации судов морского н речного флота. Техническое совершенствование судов всех типов будет подчинено в первую очередь топливо- и энергосбережению, защите окружающей среды, а также сокращению трудоемкости в процессе обслуживания и эксплуатации судов.
Одной из, наиболее известных технологий топливо в энергосбережения па судах п береговых объектах является утилизация вторичной теплоты, вырабатываемой главным и вспомогательным оборудованием энергетических установок при выполнении своих основных функций.
Необходимо отметить, что в мире уделяется самое серьезное внимание вопросам утилизации теплоты на судах морского флота. Лидерами здесь являются фермы Японии, США, Германии, Дании, Финляндии н других стран. Ьольшкнство опубликованных работ за рубежом описывают разработки для морского флота и совсем не касаются проблем утилизации теплоты на речном флоте. Это объяснимо, потому что речного флота такого состава, как в нашей стране, нет ни у одного государства мира. По сути, около 53% речного флота РФ включают в себя суда, являющиеся уменьшенными копиями морских судов, но построенных с учетом специфики их эксплуатации на внутренних водных путях. И хотя многие вопросы утилизации теплоты на морских судах, в том числе я усплияхш русских ученых и специалистов, решены, эти решения неприменимы для судов речного флота.
Помимо чисто технических разработок сделаны попытки создать элементы теории (математического описания процессов) утилизации теплоты, что нашло отражение в работах Г.А.Абрамова, П:И.Бажана,
Е.В.Бридана, С.Н.Валиулина, В.К.Голубева, В.СД'аннлова, В.А.Йорданова, Л.П.Коршунова, А.Г.Курзона, В.А.Кутыркина, В:В.Маслова, В.М.Селиверстова, А.Ю.Смольника, А.С.Хряпчёнкова и других специалистов.
Автор диссертации базировался на публикациях перечисленных авторов, использовал некоторые их подходы и описания в своей работе, однако по результатам анализа работ этих и других специалистов нельзя все же утверждать, что применительно к специфике речного флота инструмент теоретического исследования процессов утилизации теплоты, позволяющий достоверно определить (предсказать) параметры сред и устройств утилизации теплоты, а также их эффективность в границах выбранной схемы использования, разработан.
Поэтому тема диссертации, направленной на решение .затронутых вопросов, актуальна.
Целью работы являются улучшение топливоиспользования на речных судах, достигаемое путем повышения эффективности утилизационного оборудования и систем утилизации теплоты (СУП благодаря более глубокой проработке (экспертизе) проектных решений на основе компьютерного моделирования ^работы утилизационного оборудования (УО) и СУТ в условиях, наиболее приближенных к условиям эксплуатации речных судов.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи исследования:
1) анализ литературных источников и выявление подходов к
составлению математических описаний, пригодных для специфики
эксплуатация речных судов;
2) формирование принципов разработки математических моделей УО,
предназначенного для использования из речных судах;
3) разработка детерминированных математических моделей
утилизационных котлов (УК) различного типа, утилизационных
теплообменников (УТ), бойлеров, калориферов, элементов систем
отопления, а также стохастических математических моделей потребления горячей воды, пара и др. ;
-
проведение экспериментальных исследований с целью получения эмпирических описаний тех процессов, которые, с одной стороны, предопределены причинами детерминированного характера, но не поддаются универсальному теоретическому описанию, а с другой - существенно искажены стохастическими воздействиями, предсказать которые заранее практически невозможно;
-
проведение натурных испытаний УО на судах с целью настройки В проверки адекватности математических моделей основного УО;
6) создание, отладка, настройка и проверка адекватности
компьютерных моделей УО и СУТ в целом;
-
разработка инструмента оценки экономической целесообразности применения того или иного УО или СУТ того или иного состава на речных судах, ориентированного на законы рыночной экономики;
-
моделирование работы СУТ различного состава и параметров на пассажирских, грузовых, налнвиыг. самоходных судах и бук"снрах-толкачах с целью выявления наиболее эффективного УО и состава СУТ для нового судостроения.
Все поставленные задачи в диссертации решены.
Научная новизна работы состоит в следующем:
создай метод оценки экономической целесообразности утилизации вторичных тепловых потоков, ориентированный на использоиание в условиях рыночной экономики;
разработаны и реализованы принципы построения математических моделей УО речных судов и СУТ а целом;
выведены эмпирические зависимости, описывающие режимы работы и параметры носителей вторичной теплоты - главных двигателей (ГЦ) и дизельгеиераторов (ДП;
' разработан метод стохастического описания режимов работы ГЦ в ДГ, а также потребителей теплоты;
созданы математические и компьютерные модели УО и СУТ в целом;
на основе экономической целесообразности УО различного типа разработаны новые рекомендации по составу и схемам СУТ для перспективных судов речного флота различного назначения.
Практическая ценность диссертации состоит в том, что разработан а доведен до рабочего состояния инструмент моделирования СУТ, который позволяет оценить эффективность применения различного УО и СУТ того или иного состава на конкретных типах речных судов, а также выработать рекомендации для нового судостроения. Важно, что этот инструмент охватывает как традиционные, так и самые новые, передовые технологии утилизация теплоты н интенсификации теплообмена.
Внедрение разработанных рекомендаций позволит сэкономить за навигацию от 11 до 37 т котельного топлива в зависимости от типа судна в состава СУТ.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались * на первой Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, ноябрь 1994 г.), международной научно-технической конференции АМФ'94 (Нижний Новгород, октябрь 1994 г.), научно-технических совещаниях в Волжском пароходстве в 1992 г. и получили одобрение.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в пяти статьях.
