Розвиток методу розрахунку радіаційного теплообміну в низькоемісійних топках - Автореферат

Національна академія наук України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукРобота виконана у відділі проблем горіння Інституту газу Національної академії наук України Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, член-кореспондент НАН України, Халатов Артем Артемович, Інститут технічної теплофізики НАН України, завідувач відділом високотемпературної термогазодинаміки кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Пікашов Вячеслав Сергійович, Інститут газу НАН України, в.о. завідувача відділом проблем промислової теплотехніки Захист відбудеться “6 ”квітня 2007 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.255.01 в Інституті газу НАН України за адресою: 03113, м.Домінуючим видом теплообміну у високотемпературних камерах згоряння є радіаційний теплообмін, від інтенсивності й правильної організації якого залежать техніко-економічні показники вогнетехнічних агрегатів: питомі витрати палива, ККД, а також продуктивність, надійність і тривалість експлуатаційного періоду. До останнього часу в країнах СНД при розробці нових і реконструкції існуючих котлоагрегатів, а також з метою аналізу й оцінки режимів експлуатації використовується “Нормативний метод розрахунку котлів”, основою якого є визначення узагальнених інтегральних та осереднених енергетичних і теплообмінних показників. Математичне моделювання є основою для прискорення розробки нового екологічно чистого енергетичного обладнання - воно дозволяє ще на стадії вибору концепції оцінити як теплотехнічні, так і екологічні характеристики нового устаткування та пристроїв. Дослідження, результати яких представлені в дисертаційній роботі, проведено в Інституті газу НАН України при виконанні відомчих (НАН України) науково-дослідних робіт: “Розробити наукові основи моделювання низкоемісійних котельних пальників для спалювання природного газу та компютерних програм їх розрахунку” (тема 280В № д/р 0100U002382), “Розробка математичних моделей до компютерних програм розрахунку теплообміну в печах та топках з метою мінімізації шкідливих викидів” (тема 300В № д/р 0103V006596). Мета роботи: створення математичних моделей та методів розрахунку радіаційного теплообміну у випромінююче-поглинаючому середовищі, які придатні для аналізу процесів у топках з низькоемісійними системами спалювання (пальниковими пристроями, що працюють на природному газі та інших вуглеводневих паливах) серед них: § розробка методик розрахунку радіаційного теплообміну, включаючи урахування процесів згоряння в топкових системах печей та котлоагрегатів поширених конструкцій, зокрема таких, що використовують прийоми зменшення шкідливих викидів;На основі проведеного аналізу визначено переваги методу Монте-Карло для розрахунку складних прикладних задач, а також вказано на доцільність його застосовування при розрахунку локальних теплових потоків та кутових коефіцієнтів. Відзначено основні переваги вибраних підходів до моделювання при створенні нового паливовикористовуючого обладнання конкретного призначення: § швидке і недороге визначення теплового стану вузлів топкової системи з високою деталізацією результатів, що при використанні інших методів іноді є неможливим; У MK-методі значну частину обчислень складає розрахунок геометричних перетворень, повязаний з визначенням положення променя, його шляху та точки перетинання з поверхнями. В MK-методі враховується енергетична трансформація кожного із променів при проходженні обємних зон і перевідбиттях від поверхонь, що обмежують конструкцію при послідовному врахуванні обміну контрольної зони j з усіма обємними і поверхневими зонами i, включаючи обмін зони із самою собою. Завдяки звязку поглинаючої здатності Aj контрольного обєму j з температурою джерела падаючого потоку Ts (поточні зони s) і незалежності Aj від температури Tj і температури будь-яких інших зон i? s при проходженні через них і перевідбиттях кожного з розрахункових променів, а також завдяки незалежності kn від (Ti) можна вважати справедливими такі комбінації зваженої суми променистих потоків Qrad: , де j = 1, …, L; (4)Визначено, що метод Монте-Карло (МК-метод) є найбільш дієвим засобом розрахунку як інтегрального (або усередненого для топки), так і локального теплового стану котельної топки та окремих її вузлів, який дає можливість врахувати конструкцію топки і режими її експлуатації, в т.ч. викликані екологічними потребами (зміна складу палива, окислювача, введення додаткових компонентів: рециркулюючих продуктів згоряння, пари тощо). Розроблено МК-метод для розрахунку топок, з урахуванням селективності випромінювання продуктів згоряння, які заповнюють топковий простір, шляхом використання моделі випромінювання реального газового середовища у вигляді зваженої суми сірих газів з ваговими коефіцієнтами, які залежать тільки від температури зони - випромінювача.

2. Основний зміст