Встановлення закономірностей впливу навантажень і розподілу витрат пари та повітря на параметри суднових парових нагрівачів повітря. Теплогідродинамічний розрахунок парових нагрівачів, які враховують особливості суден льодового районів плавання.
Аннотация к работе
Особливості умов експлуатації морського флоту України, повязані зі значною віддаленістю районів рибного промислу і транспортних ліній від вітчизняних портів, висувають підвищені вимоги до системи суднового мікроклімату (ССМ) як енергетичної системи, що забезпечує комфортні умови перебування екіпажу і безпечної експлуатації суднової енергетичної установки і судна в цілому. Практика експлуатації ССМ на суднах необмеженого і льодового районів плавання показує, що в 50 % випадків виходу з ладу ПНП, які працюють на зовнішньому повітрі, причиною є замерзання конденсату в трубках на часткових навантаженнях при відємній температурі повітря. Відсутність вирішення проблеми замерзання конденсату призвела до заміни парових нагрівачів повітря термосифонними із заздалегідь гіршими теплотехнічними та масогабаритними показниками. Неможливість розвязання проблем в експлуатації за допомогою існуючих теоретичних методів призвела до необхідності вирішення наукової задачі - розробки методики теплогідродинамічного розрахунку і математичної моделі ПНП, що дозволяють установити закономірності впливу реальних умов експлуатації ССМ (часткових навантажень, нерівномірності розподілу парових і повітряних потоків) на параметри робочих процесів у ПНП та проектувати теплогідродинамічно досконалі суднові ПНП. Встановлені закономірності впливу кратності циркуляції пари на теплові потоки при різних ступенях ребристості поверхні та режимних параметрах роботи ПНП: з підвищенням ступеня ребристості, витрат повітря та зниженням температури повітря приріст теплових потоків із збільшенням кратності циркуляції зростає; підвищення кратності циркуляції у півтора рази забезпечує приріст теплових потоків на 20…30 %, подальше збільшення кратності циркуляції не призводить до зростання теплових потоків.У розділі 1 був виконаний аналіз нагрівачів повітря, що випускаються провідними вітчизняними та закордонними фірмами для систем мікроклімату, з погляду їхньої теплової ефективності та експлуатаційної надійності. Проте, і останні далеко не повною мірою відповідають підвищеним вимогам з теплової ефективності та експлуатаційної надійності, які висуваються до систем мікроклімату суден необмеженого і льодового районів плавання. Вкрай низька інтенсивність теплопереносу на заповнених конденсатом ділянках поверхні ПНП обумовлює невисоку теплову ефективність нагрівачів у цілому. У розділі 2 розроблена математична модель ПНП, яка використовувалася для встановлення закономірностей впливу експлуатаційних параметрів (температури повітря на вході, витрат пари і повітря, нерівномірності їхнього розподілу) на теплогідродинамічні характеристики ПНП. На кожнім i-м кроці визначалися параметри пари (конденсату) і повітря на виході з i-ї ділянки (паровміст х2i або температура конденсату ткт2i, температура повітря тв2i), а також кількість відведеної на i-й ділянці теплоти Qi (рис.1).Як видно, розрахункові значення Qt (рис.4,а) і ттв2 (рис.4,б) задовільно узгоджуються з експериментальними Qэ і тэв2: розбіжність не виходить за межі довірчого інтервалу 20 %. На підставі наведених вище результатів порівняння був зроблений висновок про адекватність розробленої в розділі 2 математичної моделі ПНП обєкту дослідження, а значить і можливості її використання при моделюванні роботи суднових ПНП у реальних умовах експлуатації: на режимах часткових теплових навантажень і при нерівномірному розподілі повітряних і парових потоків. Як видно, має місце зростання витрат пари по трубках у напрямку від першої трубки (N = 1), яка примикає до вхідного патрубка, до останньої трубки (N = 16) у торця розподільного колектору. Причина такого характеру залежності Q = f(Gв) стає очевидною з результатів аналізу тепловідводів на ділянках поверхні, що приходяться на інтенсивний фазовий перехід Qінт (власне конденсацію) і переохолодження конденсату Qkt (рис.6,б), як складових загального тепловідводу Q: Q = Qінт Qkt. Залишається практично постійним і сумарний тепловідвід з нагрівача, оскільки його величина Qkt з ділянок трубки, заповнених конденсатом, на порядок менше, ніж у зоні конденсації Qінт, тобто збільшення витрати повітря не приводить до зростання сумарного тепловідводу з поверхні ПНП при постійній витраті пари.Науковою задачею, вирішеною в дисертаційній роботі, є розробка методики теплогідродинамічного розрахунку і математичної моделі ПНП, що дозволяють установити закономірності впливу реальних умов експлуатації ССМ (часткових навантажень, нерівномірності розподілу парових і повітряних потоків) на параметри робочих процесів у ПНП, обґрунтувати і реалізувати новий принцип здійснення робочих процесів у суднових ПНП - ступінчасту конденсацію з проміжною сепарацією фаз. Встановлено, що ступінчаста конденсація з проміжною сепарацією пари забезпечує збільшення густини теплового потоку на 20…30 % при рівномірному розподілі пари і повітря та на 30…40 % - при нерівномірному. Показано, що з підвищенням температури повітря на вході і теплової продуктивності суднових ПНП діапазон відхилень витрат, які допускаютьс