Введение к работе
Актуальность работы. Теоретическое исследование теплового излучения позволяет получить информацию о параметрах протекающего в реальности процесса, когда регистрирующая экспериментальная аппаратура не обладает достаточной точностью или разрешающей способностью. В ряде случаев эксперимент является финансово- и энергозатратным или не может быть практически реализован (при исследованиях теплового излучения движущихся продуктов сгорания).
При изменении параметров и условий функционирования действующих энергетических установок возникает необходимость проведения всего комплекса тепловых и энергетических исследований, направленных на повышение производительности установок, а также защиту элементов конструкций. С появлением новых производств главными задачами становятся экономическая эффективность энергетических установок и снижение неблагоприятного воздействия выбросов на окружающую среду.
Имеющийся недостаток исходных данных по оптическим свойствам, дисперсности частиц и радиационным характеристикам создает проблему при компьютерной реализации процессов лучистого теплообмена в энергетических установках. При отработке методик численного моделирования радиационных характеристик и теплового излучения возникает проблема интерпретации результатов с установлением адекватности исследуемым условиям. Для спектро- и радиометрической аппаратуры, работающей с потоками излучающих и рассеивающих гетерогенных продуктов сгорания, необходимо знать области, характер и величину влияния определяющих параметров на измеряемые характеристики.
В связи с этим, проблема численного моделирования оптических свойств и радиационных характеристик является актуальной, а ее решение позволяет изучать процессы теплового излучения в различных энергетических установках.
Объекты исследования: моно- и полидисперсные системы, продукты сгорания энерготехнологических агрегатов, высокоэнергетических установок, дизелей и газодизелей.
Целью работы является разработка методики численного моделирования оптических свойств и радиационных характеристик дисперсных систем энергетических установок.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
сбор, систематизация и аналитическое представление исходных данных по оптическим свойствам, дисперсности частиц основных компонентов конденсированной фазы продуктов сгорания энергетических установок;
создание методики численного моделирования оптических свойств и радиационных характеристик дисперсных систем энергетических установок;
моделирование радиационных характеристик индивидуальных частиц и единичного объема применительно к продуктам сгорания энерготехнологических агрегатов, высокоэнергетических установок, дизелей и газодизелей;
определение влияния различных факторов на радиационные характеристики и характеристики излучения продуктов сгорания энергетических установок.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработана и реализована методика численного моделирования оптических свойств и радиационных характеристик дисперсных систем энерготехнологических агрегатов, модельных ракетных двигателей, дизелей и газодизелей.
Представлен метод замены по ли дисперсной системы полифазных частиц совокупностью монодисперсных систем, состоящих из однофазных частиц, для определения радиационных характеристик.
Установлены области влияния различных факторов (оптических свойств, дисперсности, присутствия газовой фазы, скоростной и температурной неравновесностей частиц и газа) на радиационные характеристики и характеристики излучения продуктов сгорания энергетических установок.
Практическая ценность работы. Определение оптических свойств и радиационных характеристик с учетом особенностей излучающих продуктов сгорания позволяет повысить надежность и точность расчетных методик в области лучистого теплообмена. Установленные области наибольшего и наименьшего влияния различных факторов на радиационные характеристики и характеристики излучения могут использоваться при планировании, прогнозировании и интерпретации результатов физических и математических экспериментов.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы используются в тепловых расчетах энергетических котельных агрегатов Кировского филиала ТГК-5. Материалы диссертации применяются в учебном процессе Вятской ГСХА: при чтении лекций, выполнении курсовых работ и дипломном проектировании студентами, обучающимися по специальностям 190601 и 190603. Межрегиональным советом по науке и технологиям (г. Миасс) рекомендовано опубликовать научный обзор по профилю диссертации в серии «Материалы Всероссийской конференции по проблемам науки и технологий» для передачи в заинтересованные НИИ, КБ и предприятия для практического использования.
Личный вклад автора. Все результаты получены лично автором под научным руководством доктора технических наук, профессора Кузьмина В.А.
Достоверность результатов работы обусловлена применением методов вычислительной математики, теории рассеяния, сопоставимостью полученных результатов с литературными источниками, использованием баз данных по коэффициентам поглощения газовой фазы, разработанных в ЦНИИМАШ и институте оптики атмосферы СО РАН (на основе банков данных HITRAN и HITEMP).
На защиту выносятся:
Методика и результаты численного моделирования оптических свойств и радиационных характеристик дисперсных систем энерготехнологических агрегатов, модельных ракетных двигателей, дизелей и газодизелей.
Метод определения радиационных характеристик, позволяющий рассматривать полидисперсную систему полифазных частиц путем ее замены совокупностью монодисперсных систем, состоящих из однофазных частиц.
Обнаруженные области влияния различных факторов на радиационные характеристики и характеристики излучения продуктов сгорания энергетических установок, позволяющие оценить роль погрешностей при реализации расчетных методик.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях: Всероссийская научно-техническая конференция «Наука - производство - технологии - экология», 2008, 2009 гг. (ВятГУ, г.Киров); Пятнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-15), 2009 г. (КемГУ, г.Кемерово); Всероссийская научно-техническая конференция «Общество - наука - инновации», 2010, 2011 гг. (ВятГУ, г.Киров); III и IV Международная научно-практическая конференция «Наука -Технология - Ресурсосбережение», 2010, 2011 гг. (Вятская ГСХА, г.Киров); Пятая российская национальная конференция по теплообмену, 2010 г. (МЭИ, г.Москва); XVIII и XIX Международная молодежная научная конференция «Туполевские чтения», 2010, 2011гг. (КГТУ им. А.Н.Туполева, г.Казань); XXXI Всероссийская конференция «Наука и технологии», 2011 г. (МСНТ, г. Миасс Челябинской обл.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 работ. Из них 2 статьи в журнале, входящем в перечень ВАК, и 13 статей в сборниках трудов Международных и Всероссийских конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 134 страницах, включающих 50 рисунков, 24 таблицы и 145 наименований в списке использованной литературы.
Похожие диссертации на Моделирование оптических свойств и радиационных характеристик дисперсных систем энергетических установок
