Введение к работе
Актуальность темы. Теплообменники различного назначения широко используются практически во всех отраслях промышленности, и эффективность их работы оказывает заметное влияние на энергетический баланс страны Необходимость экономить энергию и материалы привели к усилиям, направленным на разработку более эффективного теплообменного оборудования Основной задачей является интенсификация теплоотдачи в теплообменнике
Методы интенсификации можно подразделить на пассивные, которые не требуют прямых затрат энергии и активные, требующие затрат энергии извне Использование новой технологии позволяет получить изделия из анизотропно-пористого материала (АПМ) в форме многоканальных труб со сквозными продольными каналами, ориентированными вдоль оси Таким образом создается развитая поверхность теплообмена
Объектом исследования являются теплообменные аппараты (ТА)
Предметом исследования - теплообменные поверхности из анизотропно-пористых материалов (АПМ)
Цель исследования - определить теплотехнические и аэродинамические показатели теплообменных поверхностей из анизотропно-пористого материала в теплообменниках типа «вода-воздух», работающих в режимах вынужденной и естественной конвекции
Для реализации этой цели решались следующие задачи
теоретически обосновать общий вид уравнения теплообмена в ТА с АПМ,
проведение теплотехнических и аэродинамических исследований теплообменных поверхностей из АПМ в теплообменниках типа «вода-воздух» в режиме вынужденной и естественной конвекции и определения влияния на теплотехнические и аэродинамические характеристики геометрических параметров поверхностей ТА,
получить критериальные уравнения, описывающие закономерности теплопередачи в теплообменных элементах из АПМ;
теоретически и экспериментально определить гидравлические потери давления в ТА,
разработать методику инженерного расчета ТА
Связь с тематикой научно-исследовательских работ. Диссертационная работа выполнялась в рамках целевой комплексной программы «Нефть и газ Западной Сибири», а также общеобластной программы «Энергосбережение в Тюменской области»
Методы исследований. Физическое и математическое моделирование физических процессов, системный подход и оптимизация, методы аналитического исследования функций, многовариантные расчеты
Достоверность и обоснованность: основные положения и выводы работы обоснованы теоретическими решениями, полученными с использованием методов математического анализа на основе известных физических законов теплообмена Кроме того, в работе использованы методы математического моделирования, основанные на использовании строгого математического аппарата, а полученные результаты сопоставлялись с известными результатами теоретических и экспериментальных исследований
На защиту выносятся:
- математическая модель взаимодействия теплоносителей в ТА из АПМ,
критериальные уравнения, полученные по теории подобия для определения коэффициента теплопередачи и аэродинамического сопротивления ТА из АПМ,
методика инженерного расчета ТА из АПМ
Научная новизна диссертации заключается в следующем на основе теоретических и экспериментальных исследований получены критериальные уравнения теплопередачи и аэродинамического сопротивления в ТА из АПМ, на их основе разработана методика инженерного расчета ТА из АПМ, которую можно использовать при разработке и изготовлении теплообменных устройств для санитарно-технических систем, в частности воздухонагревателей, воздухоохладителей, теплоутилизаторов и др
Практическое значение и реализация работы состоит в том, что разработанные теоретические и методические основы расчета ТА из АПМ внедрены в проектных организациях и используются в учебном процессе
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на международных и Всероссийских конференциях в СПбГПУ, ВГАСУ, ТюмГАСУ, итоговой годовой конференции РААСН Результаты работы докладывались на кафедре ТГВ ТюмГАСУ
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 6 печатных работах, одна из них в журнале из списка ВАК.
Личный вклад автора заключается в разработке и оборудовании специальных стендов для проведения экспериментальных исследований теплообменников, позволяющих получать сравнительные теплоаэродинамические характеристики при различных соотношениях длины и диаметров ориентированных каналов Предложена методика расчета геометрических характеристик тепло-обменной поверхности из анизотропно-пористого материала позволяющая определять необходимые параметры сложных поверхностей с достаточной степенью точности На основании проведенных экспериментальных исследований получены графические и числовые зависимости, на основании которых можно рассчитывать теплопередачу и аэродинамическое сопротивление теплообменников из АПМ с различными геометрическими характеристиками при равных параметрах теплообменивающихся сред
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 56 наименований и содержит 105 страниц текста, включающего 5 таблиц и 61 иллюстрацию, а также приложений
