Введение к работе
Актуальность темы. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 года, предусматривает значительное снижение энергоемкости производства и повышение тепловой эффективности теплотехнических процессов за счет всемерной экономии топлива и энергии. Одним из резервов повышения экономичности теплоиспользующих установок является глубокая регенерация и утилизация теплоты отходящих от них газов. Использование отходящих газов для подогрева воздуха, подаваемого в топки, системы вентиляции и другие теплотехнологические установки, является важнейшим способом повышения их тепловой эффективности. Поэтому дальнейшее совершенствование и создание компактных, высокоинтенсивных и технологичных в изготовлении воздухоподогревателей является актуальной задачей.
Применение направленно перемещающегося псевдоожиженного слоя мелкозернистого материала в качестве промежуточного теплоносителя в регенеративных теплообменниках позволяет значительно интенсифицировать теплообмен между газообразными теплоносителями, что обусловлено такими их преимуществами, как высокие значения коэффициентов межфазного теплообмена, текучесть, большая удельная поверхность теплообмена, возможность организации протиивоточ- ной схемы движения газообразных теплоносителей для глубокого использования теплоты отходящих газов при многоступенчатом нагреве воздуха. Перемещение твердых частиц промежуточного теплоносителя обеспечивается за счет действия направленных струй газовых потоков, формирующихся в газораспределительных решетках, что обуславливает отсутствие транспортирующих устройств твердой фазы в теплообменном аппарате. Однако в настоящее время нет достаточных сведений об аэродинамике, теплообмене и механизме движения частиц в аппаратах такого типа, которые послужили бы научной базой для разработки методики их инженерного расчета.
Настоящая работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педогогические кадры инновационной России», тема ФЦП 1/10 «Создание энергосберегающих систем и установок с центробежным псевдоожиженным слоем» ГК 02/740/110758, тема ГРМ 4/12 «Создание энергосберегающих тепло- технологических систем и установок с высокоразвитыми поверхностями тепломассообмена» по соглашению № 14.В.37.21.1963 и в соответствии с научным направлением ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Физико-технические проблемы энергетики и экологии» по теме ГБ 2007.12 (№ Гос. регистр. 01.2.00409970).
Целью работы является моделирование аэродинамики и теплообмена в направленно перемещающемся слое дисперсного промежуточного теплоносителя, разработка конструкции и инженерной методики расчета регенеративных воздухоподогревателей с таким слоем. Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
-
Моделирование аэродинамики направленно перемещающихся псевдоожиженных слоев вдоль наклонных полукольцевых газораспределительных решеток.
-
Определение температурных полей в твердой и газообразных фазах.
-
Экспериментальное исследование аэродинамики и межфазного теплообмена в перемещающихся слоях промежуточного теплоносителя.
-
Сопоставление результатов экспериментов с результатами расчетов и данными других исследований.
-
Разработка методики инженерного расчета воздухоподогревателя и оптимизация его режимных и конструктивных параметров.
Научная новизна:
-
разработана и реализована математическая модель аэродинамики и теплообмена направленно перемещающегося псевдоожиженного слоя вдоль наклонных полукольцевых газораспределительных решеток, позволяющая определить угол выхода газового потока из слоя, скорость газа, соответствующую началу движения слоя, и среднюю скорость его перемещения вдоль решётки;
-
установлено распределение температур газов, воздуха и твердой фазы в воздухоподогревателе, учитывающее противоточное движение газообразных теплоносителей;
-
определены зависимости для определения сопротивления газораспределительных решеток и сопротивления слоя, его порозности и коэффициентов межфазного теплообмена, учитывающие движение частиц в сторону подъема решетки;
-
разработан воздухоподогреватель, использующий указанный способ движения промежуточного теплоносителя, новизна и оригинальность которого защищена патентом РФ, определены его оптимальные режимные и конструктивные параметры;
- определены расчетные формулы коэффициентов тепловой эффективности многоступенчатых теплообменников, реализующих протии- воточную схему движения газов и воздуха на базе разработанного воздухоподогревателя.
Достоверность полученных результатов подтверждена использованием фундаментальных законов аэродинамики и теплообмена, итогами экспериментальной проверки, а также сопоставлением полученных результатов с данными других исследований.
Практическая значимость работы.
Проведенные исследования и предложенные в работе зависимости и рекомендации позволили разработать методику инженерного расчета воздухоподогревателя с перемещающемся слоем про-межу- точного теплносителя и определить его расчетные параметры. Результаты исследований использованы при разработке конструкции воздухоподогревателя для утилизации теплоты уходящих газов от сушильной установки в ОАО «Агроэлектромаш», а также внедрены в учебный процесс в ВГТУ по курсу «Котельные установки и парогенераторы».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на XIII Всероссийской научно- практической конференции «Энергетики и металлурги настоящему и будующему России» (г. Магнитогорск,2012), на научно-технических конференциях «Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения» (г. Воронеж, 2009-2011).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 научных работ, в том числе две в издании, рекомендованном ВАК: «Вестник Воронежского государственного технического университета». Получено два патента РФ.
В работах опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата лично соискателю принадлежит: [1,5,6]- определение коэффициентов воздухоподогревателей; [3,4,11]- разработка конструкций теплообменника и обоснование принципа его действия; [2,7,8] - проведение экспериментальных исследований и обработка их результатов; [7,9,12] - разработка конструкций газораспределительных устройств; [10] - моделирование процессов аэродинамики и теплообмена в перемещающемся псевдоожиженном слое.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 130 наименований и двух приложений. Диссертация изложена на 162 страницах основного машинописного текста и содержит 46 рисунков и 4 таблицы.
Похожие диссертации на Теплообмен и аэродинамика в регенеративном воздухоподогревателе с направленно перемещающимся псевдоожиженным слоем
