Обґрунтування можливості створення системи децентралізованого вироблення тепла. Ефективність використання паливно-енергетичних ресурсів в Україні. Вивчення процесів взаємодії обертових газових потоків в енергозберігаючих технологіях теплоенергетики.
При низкой оригинальности работы "Інтенсифікація процесів взаємодії обертових газових потоків в енергозберігаючих технологіях теплоенергетики", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Дотримання даної умови ускладнюється застосуванням сильнозакручених потоків, коли в умовах первинного розпаду вихора, зявляються рециркуляційні зони і виникають низькочастотні коливання прецесуючого вихрового ядра (ПВЯ) у потоці. дослідження результуючого поля швидкості при взаємодії обертових потоків (зустрічном, зустрічно-зміщених, паралельних потоків, які сходяться під кутом), а також коливання швидкості протягом часу в цих видах змішення струменів; дістала подальший розвиток теорія еволюції турбулентного обертового потоку в залежності від ступеня крутки і часу, і вперше виявлено, що причиною зменшення пульсації ПВЯ є перехід руху вихрового ядра від обертання як цілого до вільного вихору, з подальшим розщепленням його на декілько вихрових ядер, які прецесують з меншою інтенсивністю, з коливання, коли частота їх близька до частоти турбулентних пульсацій швидкості обертового потоку; створено комплекс програм для ПЕОМ, що дозволяють визначити результуюче поле швидкості й амплітуду його коливань при взаємодії зустрічно-зміщених обертових потоків протягом часу, витрати газу, ступеня крутки потоків, частоти прецесії вихрових ядер і інших параметрів; Оскільки положення вихрового ядра в різних перетинах струменя буде також залежати від зміни поля швидкостей по довжині струменя, то було прийнято, що вісь вихрового ядра збігається з віссю абсцис, обертовий потік має розвинену зону зворотних струмів, а саме вихрове ядро знаходиться в області, обмеженій зовнішньою границею зони зворотних струмів і прикордонним шаром закрученого потоку.Дане положення отримано при моделюванні руху прецесуючого вихрового ядра і підтверджується наступними результатами: - вихрове ядро розташовується безпосередньо поблизу зони зворотних струмів і має максимум аксіальної швидкості, а по мірі руху вихрового ядра відбувається зменшення аксіальної і збільшення тангенціальної складових швидкості, при цьому саме ядро збільшується в розмірах, що при проведенні аналогії з утворенням вихорів при обтіканні потоком газу твердих тіл, дозволяє припустити надалі його дроблення на декілька вихрових ядер; На основі порівняльного аналізу процесів стійкості в обертових потоках і обертових твердих тілах вперше отримана теоретична залежність ступеня крутки потоку від витрати газу, частоти коливань вихрового ядра і конструктивних параметрів в умовах стійкості самого закрученого потоку, яка показала, що ступінь крутки потоку прямо пропорційна частоті коливань прецесуючого вихрового ядра і протилежно пропорційна квадрату масової витрати газу; тобто забезпечення стійкості закрученого потоку при варіюванні витрати вимагає відповідної зміни ступеня крутки чи впливу на частоту коливань прецесуючого вихрового ядра. Розроблені аналітичні моделі взаємодіючих обертових потоків при наявності в них ПВЯ на основі теорії шляху змішання Прандтля дозволили встановити, що: - при взаємодії паралельних обертових потоків існує періодичність коливань результуючої швидкості (тпер=60 с), подібна до періодичності одиночного струменя, але з більшою амплітудою коливань швидкості, при цьому має місце збіг фаз коливань, що виникають в обертових струменях внаслідок прецесії і нутації вихрових ядер при зсуві вісей струменів у горизонтальній площині на відстань кратну 2 діаметрам струменів, крім того, швидкості взаємодіючих обертових струменів складаються не по всій довжині, а тільки на короткої ділянці, де відбувається збіг зовнішніх шарів; Дослідження швидкості при різних кутах злиття струменів показали, що розподіл радіальної швидкості має максимум на відстані двох калібрів; при цьому збільшення кута сходження обертових струменів відокремлює максимум радіальної швидкості від периферійної області зоною зворотних струмів, що викликано збільшенням кута “атаки” струменів при їх взаємодії, що доводиться аналогією профілів радіальної швидкості в паралельних струменях і що сходяться під кутом у 45?. Дослідження коливань швидкості вільного ізотермічного закрученого струменя з прецесуючим вихровим ядром показали, що на ділянці, де існує зона зворотних струмів, коливання радіальної і тангенціальної складових швидкості спостерігаються в місцях їхніх максимальних значень - у периферійних шарах струменя, а після зони зворотних струмів відбувається збільшення амплітуди коливань швидкості відносно середніх її значень, але сталість абсолютної величини коливань підтверджує припущення про наявність нутації прецесуючого вихрового ядра, як механізму утворення коливань.
Вывод
В дисертаційній роботі розроблені теоретично обґрунтовані науково-технічні принципи створення, аналізу та ефективного використання в теплоенергетиці нового класу процесів фізичної взаємодії обертових газових потоків з прецесуючим вихровим ядром, що дозволяє розв?язати важливу прикладну проблему впровадження енергозберігаючих технологий в теплогенеруючих системах децентралізованого вироблення тепла малої потужності, в елементах яких аеродинамічні характеристики є змінюваними.
Отримані наукові результати базуються на аналізі розроблених математичних моделей і експериментальних даних руху обертового потоку з ПВЯ та різних типах взаємодії закручених газових струмінів та іх стійкості.
У відповідності з метою роботи були одержані наступні результати: 1. В теорії еволюції турбулентного обертового потоку вперше виявлено, що причиною гасіння пульсацій ПВЯ є перехід його від обертання як твердого тіла до обертання за законом вільного вихру, що викликає розщеплення останнього на декілька прецесуючих вихрових ядер з меншою інтенсивністю, а частота коливань іх наближається до частоти турбулентних пульсацій у турбулентному струмені. Дане положення отримано при моделюванні руху прецесуючого вихрового ядра і підтверджується наступними результатами: — вихрове ядро розташовується безпосередньо поблизу зони зворотних струмів і має максимум аксіальної швидкості, а по мірі руху вихрового ядра відбувається зменшення аксіальної і збільшення тангенціальної складових швидкості, при цьому саме ядро збільшується в розмірах, що при проведенні аналогії з утворенням вихорів при обтіканні потоком газу твердих тіл, дозволяє припустити надалі його дроблення на декілька вихрових ядер;
— нутації вихрового ядра викликаються коливаннями його аксіальної швидкості і створюють додатковий градієнт тиску, а область їх існування обмежена зовнішньою границею потока і зоною зворотних струмів закрученого потоку;
— радіальна швидкість різко падає в початковий період часу (до 30 с), а далі переходить у загасаючі коливання, що викликається нутацією вихрового ядра при його прецесії в обертовому потоці газу; ріст додаткового градієнту тиску з часом свідчить про зміну осереднього профілю швидкості внаслідок коливань вихрового ядра, що рухається в обертовому потоці;
— у поперечному перерізі обертового струменя спостерігається досягнення максимуму амплітуди коливань швидкості в області розташування вихрового ядра, що свідчить про обмеження поширення поперечних хвиль, створюваних прецесуючим вихровим ядром. У той же час у подовжньому напрямку, починаючи від границі зони зворотних струмів і до зовнішнього прикордонного закрученого потоку відбувається збільшення амплітуди коливань швидкості;
— залежність амплітуди від часу характеризується гармонійним характером, а період коливань швидкості закрученого потоку дорівнює 60 с.
2. На основі порівняльного аналізу процесів стійкості в обертових потоках і обертових твердих тілах вперше отримана теоретична залежність ступеня крутки потоку від витрати газу, частоти коливань вихрового ядра і конструктивних параметрів в умовах стійкості самого закрученого потоку, яка показала, що ступінь крутки потоку прямо пропорційна частоті коливань прецесуючого вихрового ядра і протилежно пропорційна квадрату масової витрати газу; тобто забезпечення стійкості закрученого потоку при варіюванні витрати вимагає відповідної зміни ступеня крутки чи впливу на частоту коливань прецесуючого вихрового ядра.
3. Розроблені аналітичні моделі взаємодіючих обертових потоків при наявності в них ПВЯ на основі теорії шляху змішання Прандтля дозволили встановити, що: — при взаємодії паралельних обертових потоків існує періодичність коливань результуючої швидкості (тпер=60 с), подібна до періодичності одиночного струменя, але з більшою амплітудою коливань швидкості, при цьому має місце збіг фаз коливань, що виникають в обертових струменях внаслідок прецесії і нутації вихрових ядер при зсуві вісей струменів у горизонтальній площині на відстань кратну 2 діаметрам струменів, крім того, швидкості взаємодіючих обертових струменів складаються не по всій довжині, а тільки на короткої ділянці, де відбувається збіг зовнішніх шарів;
— при змішанні двох вільних обертових струменів, спрямованих під кутом що сходиться, максимуми швидкостей зростають зі збільшенням кута між вісями взаємодіючих обертових струменів; при цьому, на відміну від поля швидкості в паралельних струменях, максимум швидкості, що утвориться, у результаті взаємодії струменів зі збільшенням кута має меншу величину, внаслідок зменшення довжини шляхів взаємодії струменів;
— аналіз результуючої швидкості двох зустрічних, зміщених у горизонтальній площині струменів, що обертаються показав, що швидкість у поперечному перерізі в точках витікання струменів змінюється подібна до одиночного струменя до середини відстані між струменями, а після відповідає профілю швидкості при взаємодії зустрічних обертових потоків; при цьому поле швидкостей розшарується у залежності від величини зсуву, що породжується зміною області взаємодії струменів;
— збільшення швидкості відбувається в більш широкій області у порівнянні з іншими видами злиття обертових струменів і на всій відстані між зустрічно- зміщеними в горизонтальній площині взаємодіючими струменями, а відзначена еволюція піка швидкості, викликаного додаванням швидкостей взаємодіючих струменів, визначає оптимальне співвідношення lcm/lp =0,25 між величиною зсуву струменів у горизонтальній площині і відстанню між точками їхнього витікання.
4. Отримано теоретичну залежність від масової витрати і максимальної осьової швидкості повітря в області стійкої рівноваги для умов виключення резонансу при взаємодії двох обертових потоків із прецесуючими вихровими ядрами, що дозволяє забезпечити роботу теплоенергетичного обладнання в широкому діапазоні навантажень.
5. Експериментальні дослідження вільного ізотермічного обертового потоку з розвиненою зоною зворотних струмів і прецесуючим вихровим ядром показали, що розподіли радіальної і тангенціальної складових швидкості при видаленні від зрізу патрубка мають максимум, що дзеркально змінює своє положення щодо центральної вісі з кроком рівним 1 калібру внаслідок впливу вихрового ядра на структуру потоку; при цьому аксіальна складова характеризується наявністю на початковій ділянці позитивних і негативних швидкостей, поділ яких відповідає зовнішній і внутрішній частині обертового струменя, а зміна її по довжині має чотири ділянки, що обумовлено наявністю зони зворотних струмів.
6. Аналіз результатів експериментальних досліджень швидкості при паралельній взаємодії обертових струменів виявив, що радіальна складова швидкості має три максимуми; при цьому взаємодія рівнобіжних обертових потоків відбувається на вузькій ділянці, рівній ширині зовнішнього шару струменя, а поява симетричних повторних максимумів тангенціальної швидкості відбувається внаслідок сумарної дії зовнішньої частини струменя і ПВЯ.
7. Дослідження швидкості при різних кутах злиття струменів показали, що розподіл радіальної швидкості має максимум на відстані двох калібрів; при цьому збільшення кута сходження обертових струменів відокремлює максимум радіальної швидкості від периферійної області зоною зворотних струмів, що викликано збільшенням кута “атаки” струменів при їх взаємодії, що доводиться аналогією профілів радіальної швидкості в паралельних струменях і що сходяться під кутом у 45?. Тангенціальна і аксіальна складові швидкості по абсолютній величині менше, ніж при взаємодії рівнобіжних обертових потоків, але сама область взаємодії при кутах у 45? і 60? більш протяжна.
8. Експериментальні дослідження поля швидкостей, що утворюється при взаємодії зустрічних, зміщених у горизонтальній площині обертових струменів показали, що: — зсув вісей струменів збільшує область взаємодії радіальної складової швидкості, а розташування максимумів і мінімумів у різних перетинах виявило наявність перемежованих областей взаємодії і витиснення струменів один одним;
— збільшення тангенціальної швидкості починається зі зсуву осей струменів у 1 діаметр, при цьому отриманий розподіл якісно збігається з розподілом при взаємодії зустрічних, одноїменно обертових потоків, що можливо при взаємодії внутрішніх до зони зворотних струмів шарів одного струменя з зовнішніми шарами іншої;
— область, де відбувається додавання швидкостей, значно перевищує аналогічні області будь-яких розглянутих раніше видів взаємодії обертових струменів.
9. Дослідження коливань швидкості вільного ізотермічного закрученого струменя з прецесуючим вихровим ядром показали, що на ділянці, де існує зона зворотних струмів, коливання радіальної і тангенціальної складових швидкості спостерігаються в місцях їхніх максимальних значень - у периферійних шарах струменя, а після зони зворотних струмів відбувається збільшення амплітуди коливань швидкості відносно середніх її значень, але сталість абсолютної величини коливань підтверджує припущення про наявність нутації прецесуючого вихрового ядра, як механізму утворення коливань. При цьому найбільш нестійкою областю у вільному закрученому струмені, відповідає зона на відстані 3, 4 калібрів від початку струменя, де розташовується максимум амплітуди коливань аксіальної складової швидкості, а період коливань швидкості складає 60 с, що підтверджує дані теоретичних досліджень.
10. Результати експериментальних досліджень коливань швидкості в обертових зустрічних, зміщених у горизонтальній площині струменях показали, що коливання тангенціальної складової швидкості виникають у центральній частині вже при зсуві вісей на 1 діаметр і зростають зі збільшенням міжвісьової відстані, що викликається зіткненням взаємодіючих шарів у нижній частині результуючої течії і додаванням коливань у прилягаючих до них областях, при цьому період коливань практично постійний і дорівнює 60 с.
11. Розроблено комплекс програм, що дозволяє одержати дані про стійкість окремих обертових потоків, величину сили, що виникає при прецесії вихрового ядра, впливу взаємодії обертових струменів на стійкість створюваної структури.
12. Запропоновано нові способи інтенсифікації передачі тепла в камерах згорання, що полягає у взаємодії двох зустрічних обертових потоків, зсув яких відносно один до одного формує необхідне результуюче поле швидкостей у залежності від конфігурації топкової камери. Техніко-економічний аналіз запропонованого способу управління аеродинамічною обстановкою в камері згорання показав, економію в 4,1 м3 газу на кожен КВТ використаної потужності за опалювальний період, а термін окупності при впровадженні заходів складає 5,5 років.
Основні положення опубліковані в наступних роботах
Публікації у фахових виданнях: 1. Стоянов Н.И., Зайцев О.Н., Афтанюк В.В. Практикум по защите воздушного бассейна: Учебное пособие. - Одесса: НМУ МОУ, 2000. - 57 с.
2. Гогунский В.Д., Зайцев О.Н. Моделирование закрученного теплового потока при взаимодействии со встречной конвективной струей //Труды ОПУ. - Одесса: ОДПУ. -1999. - №3(9). - С. 128-130.
3. Пульсации скорости закрученных струй при различных волновых числах колебаний вихревого ядра / Гогунский В.Д., Зайцев О.Н., Нефедов Е.В., Донченко С.Б., Рутовский Д.О.// Вісник ОДАБА. - Одеса: ОДАБА.-2003. - №9. - С. 60-63.
4. Зайцев О.Н. Анализ устойчивости результирующего течения при взаимодействии встречных закрученных потоков газа в теплоэнергетических установках // Холодильна техніка і технологія. - 2002. - № 4(78). - С.26-28.
5. Зайцев О.Н. Влияние прецессии вихревого ядра на поле скоростей при сжигании газа в вихревых горелках // Труды ОПУ. - Одесса: ОНПУ. - 2002. -№1(17).- С. 88-90.
6. Зайцев О.Н. Влияние степени крутки на устойчивость структуры закрученного потока // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2003.- № 4.- С.73-75.
7. Зайцев О.Н. Встречные смещенные закрученные потоки в многоступенчатых пылеуловителях // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2002. - № 3.-С. 78-79.
8. Зайцев О.Н. Исследование несоосных встречных закрученных потоков //Труды ОПУ. - Одесса: ОНПУ. - 2001.- №1(13). - С. 77-79.
9. Зайцев О.Н. Исследование прецессии вихревого ядра в закрученном потоке газа //Вестник “ХПИ”. Тематический выпуск “Химия, химическая технология и экология”. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2002. - №2. - Т. 2. - С. 43-46.
10. Зайцев О.Н. Исследования процессов локализации тепловых выбросов закрученными потоками // Экотехнологии и ресурсосбережение.-2002.-№6.- С. 70-72.
11. Зайцев О.Н. Моделирование зоны смешения, образованной взаимодействием двух встречных, смещенных в горизонтальной плоскости закрученных струй // Вісник ОДАБА. - Одеса: ОДАБА. - 2003. - №10. - С. 81-86.
12. Зайцев О.Н. Моделирование поля скоростей параллельных закрученных потоков в теплоэнергетических установках // Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання: Науково-технічний збірник.- К.:КНУБА.-2002.-№4.- С. 24-27.
14. Зайцев О.Н. Стабилизация закрученных потоков в теплоэнергетических установках // Сборник научных трудов “Строительные конструкции, строительные материалы, инженерные системы, экологические проблемы”. - Одесса: изд-во “Город мастеров”. - 1998. - С. 167-173.
15. Зайцев О.Н. Теоретические исследования устойчивости закрученных потоков при прецессии вихревого ядра // Вісник ОДАБА.- Одеса: ОДАБА. - 2002. - №8. - С. 68-71.
16. Зайцев О.Н. Управление аэродинамической установкой в рабочем объеме теплогенерирующих установок // Вісник ОДАБА. - Одеса: ОДАБА. - 2002. - №7. - С. 60-64.
17. Зайцев О.Н. Экспериментальные исследования взаимодействия закрученных струйна результирующее поле скоростей // Холодильна техніка і технологія. - 2002. - № 5(79), 6(80). - С. 47-50.
18. Зайцев О.Н. Экспериментальные исследования движения взаимодействующих закрученных потоков // Труды ОПУ.-Одесса: ОНПУ.-2001.-№2(14) - С. 64-65.
19. Зайцев О.Н. Экспериментальные исследования колебаний скорости закрученного потока газа // Интегрированные технологии промышленности. -2002.-№ 4. - С. 92-95.
20. Зайцев О.Н. Энергосбережение в автономных системах теплоснабжения // Науковий вісник будівництва.-Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ.-2000.-№11.-
С. 204-207.
21. Зайцев О.Н., Гогунский В.Д. Экспериментальные исследования колебательных процессов в сильно закрученных взаимодействующих газовых струях // Холодильна техніка і технологія.-2003.- № 2 (82). - С. 81-86.
22. Зайцев О.Н. Способ регулирования работы теплогенерирующих установок малой мощности // Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання:Науково-технічний збірник. - К.: КНУБА. - 2003. - №6. - С. 70-73.
23. Зайцев О.Н. Процессы взаимодействия закрученных потоков в энерго- и ресурсосберегающих технологиях теплоэнергетических объектов // Збірник наукових праць “Перспективні напрямки проектування житлових та громадських будівель”. Спеціальний випуск. Матеріали науково-практичної конференції “Енергозберігаючі технології в будівництві та архітектурі”. - К.: ЗНДІЕП. - 2004. - С. 110-114.
29. Аппарат для очистки воздуха. А.с.1769961 СССР, МКИ В04 С 5/00./ Зайцев О.Н., Стоянов Н.И. (СССР).- №4855171/26; Заявлено 27.07.90; Опубл.23.10.92, Бюл. № 39. - 3 с. ил.
Апробація роботи: 31. Зайцев О.Н. Энергосбережение в тепловых процессах при использовании закрученных потоков // Матер. Международной научно-технической конференции “Новые процессы и их модели в ресурсосберегающих технологиях”. - Одесса: ОНПУ. - 2003. - С. 28-30.
32. Зайцев О.Н. Энергосбережение при локализации теплового факела от мест сварки в защитных газах // Сборник трудов VII Международной научно-технической конференции “Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов”. - Щелкино (АР Крым). - 1999. - С. 196-198.
33. Зайцев О.Н. Энергосбережение при работе теплогенерирующих установок малой мощности // Сборник научных трудов “Строительные материалы и конструкции”. - Одесса: ОГАСА. - 1999. - С. 46-51.
34. Зайцев О.Н. Исследование пульсаций во встречных закрученных потоках при сжигании газа в теплогенерирующих установках // Труды Междунар. научно-технической конф. “8-ой Европейский форум энергетиков”. - Том 3. - Opole (Poland). - 2002.- С. 689-692.
35. Зайцев О.Н. Влияние степени крутки на устойчивость структуры закрученного потока в теплогенерирующих установках // Збірник матеріалів 5-ої Міжнародній науково-практичної конференції “Управління ефективним енерговикористанням”. - Одеса: Головне управл. ЖКГЕЕ. - 2003. - С. 73-75.
36. Зайцев О.М. Система видалення й уловлювання пилу і газів від пересувних теплових джерел // Збірник Міжнародній науково-практичної конференції “Управління ефективним енерговикористанням”. - Одеса: Головне управл. ЖКГЕЕ. - 2001. - С. 99-100.
37. Зайцев О.Н. Моделирование взаимодействующих закрученных потоков в теплоэнергетических установках // Вісник ОДАБА. Темат. випуск “Збірник наукових праць міжнародного симпозіуму ДОМ-ЕКСПО 2000”. - Одеса.- 2000.- №2. - С. 92-95.
38. Зайцев О.Н. Моделирование встречных закрученных потоков // Матеріали міжнародній конференції з управління “Автоматика - 2001”.- Т.2. - Одеса: ОНПУ. - 2001. - С. 94-95.
39. Зайцев О.Н., Гогунский В.Д. Повышение эффективности работы пылеуловителей во встречных смещенных закрученных потоках // Сборник материалов научно-технической конференции по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и кондиционирования. Серия “Теплоснабжение и вентиляция”. - Одесса: ОГАСА. - 2001. - С. 38-40.
40. Зайцев О.Н., Гогунский В.Д. Процессы взаимодействия закрученных потоков в энерго и ресурсосберегающих технологиях теплоэнергетических объектов // Сборник материалов научно-технической конференции по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и кондиционирования. Серия “Теплоснабжение и вентиляция”. - Одесса: ОГАСА. - 2002. - С. 4-7.
41. Зайцев О.Н., Гогунский В.Д. Экспериментальные исследования взаимодействия сильнозакрученных взаимодействующих газовых струях // Сборник материалов научно-технической конференции по энергосбережению в системах отопления, вентиляции и кондиционирования. Серия “Теплоснабжение и вентиляция”. - Одесса: ОГАСА. - 2003. - С. 38-42.
42. Зайцев О.Н., Исаев В.Ф., Витюков В.В. Энергосбережение в системах отопления и вентиляции // Сборник научных трудов симпозиума “Дом - Экспо’98”. - Одесса: изд-во “Город мастеров”. - 1998. - С. 48-49.
43. Зайцев О.Н., Нефедов Е.И, Донченко С.Б. Энергосберегающие технологии в системах децентрализованного теплоснабжения на основе взаимодействующих закрученных потоков //Международная научно-техническая конференция “Актуальные проблемы урбанизации и территориального строительства”.-Кишинев (Молдова). - Т.2. - 2002. - С. 349-354.
44. Стоянов Н.И., Афтанюк В.В., Зайцев О.Н. Интенсификация сепарационных процессов на асфальтобетонных производствах // Материалы комплекса научных мероприятий стран СНГ. Ч.4. Научная школа “Вибротехнология-97”. Механическая обработка дисперсных (сыпучих) материалов и сред. - Одесса. - 1997. - С. 72-74.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
