Совершенствование методов расчета, режимов работы и конструкций промышленных печей на основе моделирования зонального и локального сопряженного теплообмена - Автореферат

Совершенствование методов расчета, режимов работы и конструкций промышленных печей на основе моделирования зонального и локального сопряженного теплообмена Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наукРабота выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Научный консультант: доктор технических наук, профессор Седелкин Валентин Михайлович Парамонов Александр Михайлович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет», профессор кафедры «Теплоэнергетика» Защита состоится «23 » октября 2012 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д212.242.07 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054, г.Поэтому развитие и совершенствование зонального метода в направлении создания математических моделей и алгоритмов расчета сопряженного теплообмена в технологических печах различных производств, локальных тепловых характеристик в объеме и на ограждениях, корректного учета оптических свойств факелов и продуктов сгорания, определения зональных оптико-геометрических характеристик излучения при изменении оптических свойств печей на переменных режимах их работы с формированием нового методологического подхода к математическому моделированию и исследованию тепловой работы промышленных печей является актуальной научной проблемой, требующей решения. Развитие зонального подхода к расчету радиационной составляющей теплообмена в печах на основе коррекции зональных оптико-геометрических характеристик при изменении оптических свойств геометрической модели печи на переменных режимах ее работы. Предложена зональная математическая модель сложного внешнего теплообмена в камерных печах, учитывающая в явном виде все виды переноса тепла, его источники и стоки для различных видов зон, приведенная к каноническому виду системы нелинейных алгебраических уравнений, удобному для численного решения, а также методология деления рабочего пространства печей на расчетные зоны. Предложено развитие зонального подхода к расчету радиационной составляющей сложного теплообмена, на основе метода коррекции базовых обобщенных угловых коэффициентов излучения, который позволяет вычислять их однократно для определенных зональной геометрической модели печи и режима ее работы, а затем корректировать при изменении оптических свойств с использованием фундаментальных соотношений между оптико-геометрическими характеристиками лучистого переноса в зональных системах. Коррекционный зональный подход позволяет разделить задачу вероятностно-статистического расчета обобщенных угловых коэффициентов излучения и собственно тепловую задачу расчета температур и тепловых потоков, при этом существенно упростив инженерное применение и повысив вычислительную эффективность зонального метода для исследования переменных тепловых режимов и решения сопряженных задач теплообмена в промышленных печах.В свернутой форме система уравнений зональных тепловых балансов имеет вид: ; (2.1) где N - общее число зон в расчетной области - зональной геометрической модели печи; M - число зон, непосредственно контактирующих с j-ой зоной; Ti - абсолютная температура i-ой зоны; Pij - коэффициент радиационного обмена между зонами i и j; Wij - коэффициент конвективно-турбулентного обмена между зонами i и j; Cj = f(Qj) - свободный член уравнения, включающий в себя внутренний тепловой источник или сток в j-ой зоне; i, j - зоны источник и приемник теплоты. Коэффициенты радиационного обмена в (2.1) записываются в виде: (2.2) где ; - приведенные разрешающие обобщенные угловые коэффициенты излучения в полосе спектра k; N? - число поверхностных зон в расчетной области; (N-N?) - число объемных зон в расчетной области; Fi - площадь поверхностной зоны; Vi - объем газовой зоны; s0 - постоянная Стефана-Больцмана; Z - число рассматриваемых полос спектра в модели излучения продуктов сгорания; bi,k - доля излучения АЧТ в k-ой полосе спектра при температуре i-ой зоны; ci,k - коэффициент поглощения продуктов сгорания в k-ой полосе спектра при физических условиях в i-ой зоне; ei - степень черноты i-ой поверхностной зоны-источника излучения; ej - степень черноты j-ой поверхностной зоны-приемника излучения; dij - дельта-символ Кронекера. Соотношения для коррекции ОУК имеют вид: ¦ для поверхностной зоны-приемника излучения или ; (3.1) для объемной зоны-приемника излучения или ; (3.2) где yij,k - обобщенный угловой коэффициент излучения между зонами i и j в k-ой полосе спектра; ej,k - степень черноты j-ой объемной зоны; Dij,k - пропускательная способность среды; верхний индекс «0» означает базовый режим. Локальные коэффициенты радиационного обмена имеют выражение: (4.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ