Энергосбережение в технологии нагрева трансформаторного масла на основе активных методов интенсификации процессов теплообмена

Золотоносов, Алексей Яковлевич

Промышленная теплоэнергетика

автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Энергосбережение в технологии нагрева трансформаторного масла на основе активных методов интенсификации процессов теплообмена

кандидата технических наук: Золотоносов, Алексей Яковлевич
город: Казань
год: 2011
специальность ВАК РФ: 05.14.04

Диссертация по энергетике на тему «Энергосбережение в технологии нагрева трансформаторного масла на основе активных методов интенсификации процессов теплообмена»

Автореферат диссертации по теме "Энергосбережение в технологии нагрева трансформаторного масла на основе активных методов интенсификации процессов теплообмена"

(№5004368

О'

ЗОЛОТОНОСОВ АЛЕКСЕЙ ЯКОВЛЕВИЧ

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА НА ОСНОВЕ АКТИВНЫХ МЕТОДОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА

05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ДЕК 2011

Казань-2011

005004368

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Казанский архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Конахина Ирина Александровна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Гурьянов Алексей Ильич кандидат технических наук Шамсутдинов Эмиль Василович

Ведущая организация:

ООО Инженерный центр «Энергопрогресс» г. Казань

Защита состоится 15 декабря 2011 г. в 16 час 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.082.02 при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» по адресу: г.Казань, ул.Красносельская, д.51, зал заседаний Ученого совета (Д-223).

Отзывы на автореферат диссертации (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 420066 г. Казань, ул. Красносельская д. 51 Ученому секретарю Зверевой Э.Р.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет».

С авторефератом можно ознакомиться на сайте ФГБОУ ВПО КГЭУ www.kgeu.ru.

Автореферат разослан «15» ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.082.02 кандидат химических наук, профессор

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Теплообменники вязких сред, предназначенные для нагрева или охлаждения технологических потоков, широко применяются в теплоэне-регетике и промышленных теплотехнологиях. Как правило, для осуществления процесса нагрева в таких теплообменниках используются горячая вода или водяной пар, но довольно часто встречается и электронагрсв в емкостях циркуляционных контуров. В процессах охлаждения обычно применяется оборотная или захоложенная вода, реже — рассольные хладоносители или хладоны систем хладоснабжения. Из-за высокой вязкости одной из рабочих сред рассматриваемые теплообменники характеризуются низкими показателями коэффициента теплопередачи, высокими показателями гидравлических потерь и удельной металлоемкости. Лимитирующее значение коэффициента теплоотдачи наблюдается со стороны вязкой среды, поэтому в рассматриваемом оборудовании широко применяются методы интенсификации, способствующие повышению данного коэффициента.

Используемые с этой целью пассивные и активные методы интенсификации имеют свои достоинства и недостатки. Так, пассивные методы характеризуются сравнительной дешевизной исполнения, чрезвычайным разнообразием предлагаемых конструкций и их геометрических параметров, но добиться опережающего роста интенсивности теплосъема над гидравлическим сопротивлением в теплообменниках вязких сред с пассивными шпенсификаторами удается лишь в единичных случаях, при этом массоогабаритные показатели оборудования оставляют желать лучшего. Активные методы, напротив, более сложны в исполнении, требуют установки специальных устройств для создания вращательного, колебательного или вибрационного движения теплообменных аппаратов, а также дополнительных эксплуатационных затрат на энергообеспечение используемых механизмов и обслуживание оборудования. Тем не менее, активные методы позволяют резко снизить массогабаритные показатели теплообменника и повысить их теплогидравлическую эффективность.

Комбинированные методы интенсификации, объединяющие в себе достоинства активных и пассивных методов, в настоящее время практически не исследованы, хотя интерес к таким методам растет, и в последнее десятилетие появились работы, отражающие подходы к моделированию и созданию новых конструкций на базе теплообменников типа «труба в трубе» с вращающимся вокруг оси профилированным тепло-обменным элементом, в том числе в виде вращающегося канала диффузорно-конфузорного типа (ВКДКТ) в форме чередующихся усеченных прямых конусов. В развитие данного направления предлагается использование малогабаритных тепло-обменных аппаратов типа «труба в трубе» с вращающимся вокруг своей оси криволинейным теплообменным элементом «конфузор-диффузор» и оребренной проточной частью (ВЭКДО). Создание расчетной методики предлагаемых интенсифицированных аппаратов потребовало проведения широких теоретических исследований процессов гидродинамики и теплообмена в ВЭКДО и вращающихся криволинейных теплообменных элементах «конфузор-диффузор» с неоребренной проточной частью (ВЭКДН). Результаты исследования в работе обсуждаются на примере теплообмен-ной системы, включенной в состав узла нагрева и осушки трансформаторного масла.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта ЛИ Республики Татарстан №05-54-233/2004 (ф) от 15.03.04 и научно-инновационных проектов по Федеральной программе У.М.Н.И.К (проект №7640 от 05.07.2007, проект №14012 от 14.01.2011).

Целью работы является разработка теоретических и методических основ создания энерго- и ресурсосберегиющего теплообменного оборудования типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО для нагрева трансформаторного масла в системах масло-

хозяйства нефтехимических комплексов (ТМ НК), усовершенствованные по тепловым и гидравлическим характеристикам по сравнению с теплообменниками типа «труба в трубе» с ВКДКТ.

Задачи нсследоваиия для достижения указанной цели поставлено и решено ряд научно-технических задач, включающих:

- разработку математической модели теплообмена для подогрева трансформаторного масла на основе активных методов интенсификации процессов теплообмена с использованием ВЭКДН и ВЭКДО;

- на основе обобщения полученных данных разработку метода инженерного расчета теплообменников вязких сред ВЭКДН и ВЭКДО;

- проведение оценки энерго- и ресурсосберегающего эффекта в технологии нагрева трансформаторного масла за счет использования теплообменных аппаратов ВЭКДН иВЭКДО.

Научная новизна заключается в том, что на основе математической модели сопряженной задачи теплообмена при ламинарном течении жидкости в ВЭКДО и ВЭКДН, построенной в трехмерной постановке на базе дифференциальных уравнений движения, энергии, неразрывности и теплопроводности для стенок канала и трехмерной теплопроводпости для оребрения, выявлен характер распределения полей скоростей, давлений и температур в зависимости от конструктивных особенностей проточной части, числа закрутки, критериев Рейнольдса и Пекле. Обобщение полученных данных на базе критериальных уравнений позволило выявить методические особенности расчета аппаратов типа «труба в трубе» с ВЭКДО и ВЭДН для нагрева ТМ НК и разработать расчетный алгоритм.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается тем, что математическая модель сопряженной задачи теплообмена разработана на базе фундаментальных уравнений механики сплошной среды и уравнений математической физики; численное решение проведено с использованием известных классических приемов и методов. Результаты численных решений подтверждаются теоретическими и экспериментальными данными других авторов, полученными при исследовании ВКДКТ.

Практическая ценность работы заключается в том, что в результате исследований предложено энерго- и ресурсосберегающее теплообменное оборудование ВЭКДН и ВЭКДО для нагрева ТМ Ж. Реализация результатов исследования показала, что по сравнению с теплообменниками «труба в трубе» с ВКДКТ достигается эффект снижения гидравлических потерь на 15-20%, и уменьшение массогабаритных показателей на 50-60%. На основе разработанного теплообменного аппарата предложено техническое решение по модернизации узла нагрева и осушки трансформаторного масла в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез». Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения теплообменного аппарата составляет 438 тыс. руб. при сроке окупаемости 2 года. ОАО «ПО ЕлАЗ» (г. Елабуга) принята программа модернизации существующего парка кожухотрубного теплообменного оборудования на базе предложенных интенсифицированных элементов в технологии охлаждения закалочного масла термогальванического производства инструментального цеха. Ожидаемый экономический эффект от внедрения составит 630 тыс. руб./год.

«труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО; результаты энергетического, термодинамического и технико-экономического анализа предлагаемых технических решений; техническое решение по модернизации узла нагрева трансформаторного масла в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез».

Личное участие. Основные результаты работы получены лично автором под руководством д.т.н., профессора Конахиной И.А.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на научной студенческой конференции КГЭУ, Казань- 2004г.; на IX аспирантско-магистерском семинаре КГЭУ, Казань - 2005г.; на XIV Молодежной международной конференции "Туполевские чтения» КГТУ, Казань - 2006г, на Всероссийском смотре- конкурсе научно-технического творчества студентов «Эврика-2006» ЮРГТУ, Новочеркасск -2006г; на V школе- семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика PÁH Е.Е.Алемасова, КазНЦ РАН, Казань- 2006; на 4-ой Российской национальной конференции по теплообмену М.: МВТУ им. Баумана - 2006г; на II Молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» КГЭУ, Казань- 2007г.; на XVII школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.ИЛеонтьева ЦАГИ, Жуковский - 2010г.; на VIII Молодежной международной научной конференции, Самарканд - 2010г.; на Республиканской научной конференции КазГАСУ, Казань 20 Юг; на V,VI Молодежной международной научной конференциях «Тинчуринские чтения» КГЭУ, Казань - 2010,2011 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано: 21 работа, в том числе 8 статей, из них -5 статей в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК РФ, 7 тезисов докладов, 1 патент на изобретение, 5 патентов на полезную модель.

Объем работы. Диссертация изложена на 189 страницах, состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 43 рисунка, 1 таблицу. Список использованной литературы содержит 229 наименований.

Основное содержание работы

Во введении изложена актуальность, поставлены цели и задачи исследования.

В первой главе представлен обзор конструкций теплообменных устройств типа «труба в трубе» с неподвижной и вращающейся теплообменной поверхностью «кон-фузор-диффузор», проведен анализ способов интенсификации процессов конвективного теплообмена в аппаратах гравитационного и ротационного типов. Важное место в работе отведено исследованию комбинированного способа интенсификации теплообмена в каналах «конфузор-диффузор», положительный эффект которого связан с вращением криволинейной теплоотдающей поверхности конфузорно-диффузорного канала и оребрением его проточной части. Сформулированы основные задачи теоретических исследований в модернизированных аппаратах типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО для нагрева ТМ НК; рассмотрены основные требования профилирования стенок канала и его внутреннего оребрения. Установлено, что снижение гидравлического сопротивления проточной части ВЭКДН может быть обеспечено профилированием стенок конфузорно-диффузорных элементов по дуге окружности с приданием плавных входных кромок на начальных участках конфузорно-диффузорных элементов в среднем на 15..20%. Дальнейшее увеличение внутренней поверхности теплообмена может быть достигнуто путем оребрения проточной части конфузорно-диффузорного канала. Для расчета геометрических параметров стенки канала в работе предложены аналитические уравнения, а для задания оптимального профиля оребрения - рекомендации по его конструктивному оформлению. В результате были предложены аппараты типа «труба в трубе» с ВЭКДО с ребрами плавникового типа, снабженными прорезями, образующими «гребешок».

Вторая глава посвящена формированию целей и задач исследования, а также перспективам использования аппаратов типа «труба в трубе» с ВЭКДО в технологии нагрева ТМ НК, где в настоящее время для этих целей используются емкости с электронагревателями мощностью 45кВт каждый. На рис.1 представлена схема участка подогрева ТМ НК, на рис.2 структурная балансовая схема (а) и потоковая эксергети-ческая диаграмма (б) участка нагрева ТМ НК.

Рис. 1. Технологическая схема процесса нагрева ТМ НК(исходная схема)

N„^+N„3/3 -►

ТМ25°С

Э/Э на транспорт ТМ

а) б)

Рис 2. Структурная балансовая схема (а) и потоковая эксергетическая дишрамма (б)

участка пагрева ТМ НК

Кроме того, во второй главе нашли отражение вопросы, касающиеся анализа современного состояния результатов теоретических и экспериментальных исследований гидродинамики и теплообмена ламинарного течения вязкой жидкости в неподвижных и вращающихся каналах типа «конфузор-диффузор», выполненных в виде ВКДКТ. В ходе экспериментальных исследований было установлено, что эффективность теплообмена возрастает в 2,5 раза, но одновременно (по сравнению с неподвижной конфу-зорно-диффузорной трубой), в 3 раза растает коэффициент гидравлического сопротивления. За счет непрерывного сброса с поверхности вращающегося теплообменного элемента ковденсатной пленки термическое сопротивление внешней теплоотдачи уменьшается в 3...10 раз, тепловая эффективность вращающихся конфузорно-диффузорных труб может вырасти в 1,9, а тепло гидродинамическая в 1,17 раза по сравнению с вращающимися гладкими трубами. Средний коэффициент теплоотдачи с

Потери теплоты

Подогретое ТМ

ТМ

Э/Э на подогрев ТМ

ТМ 65 °С

водной стороны составил ав=1300 Вт/м2К, а со стороны пара - 0^=21000 Вт/м2К. Эффективность затрат энерг ии

нагрева трансформаторного масла в исходной схеме рассчитывалась по известному соотношению для определения эксергетического КПД и оказался равным 0,13,

что указывает на крайне низкую термодинамическую эффективность процесса В этой связи, представляют научный и практический интерес исследования, направленные на интенсификацшо процессов гидродинамики и теплообмена внутри ВЭКДН и ВЭКДО. Математические модели формируются в этом случае в виде сопряженной задачи теплообмена на базе уравнений движения, энергии, уравнений теплопроводности криволинейной стенки канала и трехмерной модели распространения тепла в ребре. Численное решение строится на методе конечных элементов (МКЭ). Третья глава посвящена постановке сопряжённой задачи теплообмена во вращающемся криволинейном канале «конфузор - диффузор» при ламинарном течении вязкой жидкости. Учитывая геометрию объекта, течение вязкой жидкости во вращающимся канале типа «конфузор-дифузор» (рис.3) рассматриваем в подвижной цилиндрической системе координат (г,(р,г), вращающейся с угловой скоростью со относительно оси канала, где нулевое значение радиальной координаты совпадает с осью канала, координаты г - с входным сечением, а угловой координаты (р - с вертикальным осевым сечением трубы.

Тогда система уравнений сопряженной задачи при ламинарном течении вязкой жидкости во вращающемся канале в подвижной системе координат, состоящая из уравнений движении, неразрывности, энергии для жидкости и теплопроводности дл стенок канала и ребра имеет вид

(У^ас/У) = -—^аф + УСНУ§гос1У + тгг!г - 2[еоУ] I ¿ЫУ = 0; (VgradTж ) = а<И\%гас1Тж; ЛЧ>§гагЯ"с = 0; (Очр-аЛр = 0.

Условия однозначности системы (1) заданы начальным распределением скорости, давления, температуры на входе в канал и на выходе из него, и граничными условиями на стенках канала и ребра

Условие на входе в канал 2 = 0: для жидкости при 0 < (р < 2ж; 0 <г <гр(г) и при = 0,1,2,3); гР(^)<г

для скорости Уг = 0; V = 0; К, = ий; для температуры жидкости Тж = Т0;

для температуры стенки и ребра Тс = ТР = 71; условие на выходе из канала г = Ь : для

мр

( Г Л2)

жидкости при Оаг<г0 для скорости Гг= 0;у =о;у =2иСР 1- — '

I ^

для температуры жидкости _ о; для температуры стенки и ребра =0;^к=0-

йг ' & 5г

Граничные условия: при 0<г< Ьтр: условия на границе ребра и жидкости при

для скорости = =0 и для температуры четвертого рода

ТР=Тж;АР^Аж^;*щ>К + + = 1,2,3);

скорости =0,1^ = 0,^=0 и для температуры четвертого рода

= = на боковых внутренних стенках гребешка для скорости

дг дг

дТР „ дТ-

ж ■

УГ = 0,У^ = 0,Уг = 0 и для температуры четвертого рода ТР=ТЖ;ЛР^£-=ЛЖ

дг дг

условие на границе жидкости и стенки для скорости уг = о, У = 0, = 0 и для температуры четвертого рода при ¿£=+*/с<<р<-+?-к-^(к = 0\ 2 3); г = д(г):

т —т-1 ж — 1 "'с ■ 1ж~кс>лж ~ «с '

2rn 2 2 2

Ëjl=)Ê1C ■ дг дг ,

условие на границе стенки и ребра для температуры четвертого рода при 1,2,3);

2г0 2 2 2/q 2Г0

йг дг

условие на границе внешней стенки и пара третьего рода и при 0й<р<2я; r = R(z) + ô: Лс~=а„(Т„-Тс)•

С учетом особенностей геометрии ребра и учитывая малость расстояния в прорезях между «гребешками», принимаем компоненту Vx = 0. Тогда в уравнениях движения и энергии компоненты, содержащие функцию К. и производные от этой функции, равны нулю. Для приведения уравнений (1) к безразмерному виду введены безразмерные переменные и параметры:

r=r/R(zy,r=r-R(z)/R(z);z = z/Ly4;â = a/Ly4>b=b/Lyii; R^RJL^

N^md /кп; Л=Л IX \Л = Л /Л;Л = Л !Л : H-S/R(z); 30 с ж ж р ж р v '

С учётом особенностей геометрии ребра и учитывая малость расстояния в прорезях между «гребешками», принимаем компоненту Vz = 0. Тогда в уравнениях движения и энергии компоненты, содержащие функцию Уг и производные от этой функции, равны нулю. Для приведения уравнений (1) к безразмерному виду введены безразмерные переменные и параметры:

= г Г = X /Л ; Г = г■ /Л(*); Л = ^ /Я(*); Яе = ^/и;

= г/£ ;к ; тр

ср

N = Ы /ип;А=А /А ;А = А /А;А = А /Я ; Я = <?/Л(г); э и С Ж.' ж р ж р 4 '

Решение сопряжённой задачи теплообмена во вращающемся криволинейном теплооб-менном элементе с оребренной и неоребренной проточной частью, ищем в виде:

Кг = "о-/"(г.<г>,А);= ®гС(г,р,г); (г,(Э,г); /)~Р0 = /иф^г.р,?");

= Г0'жГ„ = V»ГС^ = Го'св*'* Г,(*,р,г) = Г (*,Лг); ^(= ПГ^.г).

В четвёртой главе на базе МКЭ предложен алгоритм численного решения сопряженной задачи теплообмена во ВЭКДН и ВЭКДО. Для этого всю исходную область разбивали на конечное число непересекающихся подобластей и на каждой подобласти получали систему (1), состоящую из уравнения движения, неразрывности, энергии и теплопроводности стенок и ребер канала, которую решали методом Галеркина, при этом для исключения параметра давления из уравнений движения использовали метод штрафа. Искомые неизвестные аппроксимировались функциями вида:

£ ч>~ ^(1,р,т) х ^ где ФГ>_ базисные функции элемента е , удовлетво-/=1 ' '

в каждой внутренней точке

ряющие условиям Ф5*>(<^,г.,?;.) = |1' ' \

элемента Для определения значений неизвестных безразмерных параметров скоростей и температур во всех узловых точках разбиения области формируем глобальную матрицу сисгемы. Линеаризация нелинейной системы уравнений проводился итерационным методом Ньютона. Для решения системы алгебраических уравнений применялся метод сопряжённых градиентов. Неизвестные значения параметра давления в каждом элементе определяли из уравнения неразрывности со штрафным параметром исходя из полученного поля скоростей. Алгоритм численного решения сопряжённой задачи теплообмена во вращающихся каналах «конфузор-диффузор» реализован в виде программы в системе МаИ,аЬ. На рис. 4...8 представлены результаты численного решения математической модели сопряженной задачи теплообмена для ВЭКДО и ВЭКДН, а в качестве теста для ВКДКТ.

в)

а) б)

Рис.4. Формирование профилей осевой (а), радиальной (б) и окружной (в) компонентов скоростей по длине диффузора ВЭКДО при нагревании жидк сги.(® = 50с').

1.8

1.6 1.4 1.2 а 1

0.8 0.6 0.4 0.2

1 1-2=0.060 • 2-/. 0.066

3-2=0.072

4-/. « 078 , 5-2=0.084

X 6-2=0.090

0 ~0~2

0.6 г/К (г)

а)

Г> .. : 4 ^

•-.г:.' жГ 4

3 ' - "ГД-

— 1- 2=0.066 \ \ I

— 2-2=0.072 : \ 1

— 3- г=0.073 : А

4-2=0.084 : V

-5-2=0.090 ;

0.4 0.6

б)

0.9 0.8 0.7 О.О э 0.5 0.4

о.з 0.2 0.1 О

\ к ...........1....Д...

: |

I и ¡! -

( !■ 1

■11 - -г=0 105

[ — 2-г=0 1 11 3-2=0.117. 4-2=0 123 —5-2=0.129 6-2=0 135

о.4 о.с о е

В)

Рис.5 Формирование профилей осевой (а), радиальной (б) и окружной (в) компонентов скоростей по длине конфузора ВЭКДО при нагревании жидкости (® = )

■V

5-р0.56

,8 7-1=0.33

А 102-1=0.98 9-F0.11 " 3-г=0.78 10-1=0

0.5 I

1.5 г

Г?

г ,

>1г

^ г ,

г^г'5:..! б-г-о.44

Ч-г=1 7-1=0.33

2-г=0.98 8-Н).22

.^¿■"¡910 9-НШ

,5-1=0.56 Ю-г=0

¿■г

О 0.5 1

1.5 ъ

2.5

5г 4.5 4

3.51

н3

2.5-р

2 ?/ 1.5,

--6

1-1=[ 6-1=0.44

2-1=0.98 7-г=0 33

3-Н5.78 8-г=0.22 '8 9 10 :4-г=0.67 -9-1=0.11

; 5-1=0.56 Ю-г=0

Ж-

0.5

1.5

2.5

а) б) в)

Рис.6 Формирование профиля температур жидкости по длине ВКДКТ (а), ВЭКДН (б) и ВЭКДО (в) (со = 50с1)-

4.5 4

3.5

2.5

4Ч

154

„1-г=1 5 2-г=0.1 -- 3-г=0.2 А о

5-1=0.4

6-1=0,54.6

4.4 Н

4.2

"0 0.5 1 1.5 г.мм(2=0.015м)

3.6

4.8

1-г=1

2-г=0.1

3-г=0.2 -4-г=0.3 ¡1 75

6-г=0.5

4.7 Н

4.65

О 0.5 1 1.5 2 Г.мм(2=0.06 м)

4.6

4.55

-1-г=1

2-г=0.1

3-г=0.2 ~4-г=0.3

5-г=0.4

6-1=0.5

Л; .

4.5

г <

1-Г=1

-2-1=0.) 3-г=П

4-г=0.3 , с,

5-г=0 4 -

6-г=0.5

к"

1-1=1 ■ 2-г=0.1

4.8

,7"75-1=0:4 1 .Д 6-1=0.5

0 0.5 1 1.5 2 г,мм(г^0.96м)

З.В-б-'Ч 3.61

4.75

4.7 Н '4.65

4.6 -4.55

1-г=1

-2-г=0 I 3-г=0 2 .4-г=0.3 -5-г=0.4 6н 0 5

■ч5

"0 0.5 1 1.5 2" 0 0.5 1 1.5 2""0 0.5 1 1.5 2 г,мм(г=0.015м) г,мм(2р0.06м) |\мм(г=0.96м)

а) б)

Рис.7 Формирование профиля температур в ребре (а) и в прорезях ребра (б) по длине

ВЭКДО О = 50с-1)

4.5 4

3.5

H 3 2.5 2 1.5 1

4*10J-

,-'2.. О

■//y i вэкдо

2- ВЭКДН

3- ВКДКТ

2.5

1.5 I

0.5

0 0.5 I 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 °o 0.5 1 1.5 2 2'S 3 3 5 4 45

г z

a; 6)

Рис.8 Характер изменения средних температур (а) и безразмерного давления (б) по длине проточной части каналов ВЭКДО, ВЭКДН и ВКДКТ (о = 50с ')

Для подтверждения адекватности математической модели сопряженной задачи теплообмена на рис. 9 представлены графики изменения профиля безразмерной температуры t от безразмерного радиуса r=riR[z) в зависимости от окружных чисел Рейнольдса Re0Kp и изменения профиля осевых градиентов давления dP/dz по длине канала в теплообменном элементе, выполненном в виде чередующихся ВКДКТ.

- 1-ВЭКДО

2-вэкдн

3-ВКДКТ

0.4 0.6 r/R(z)

а)

1.3 литературные да!шые;

2.4 - данные автора

0.18

б)

1 - литературные данные,

2 - данные автора

Рис.9 Сравнение характера изменения безразмерной температуры от безразмерного радиуса в зависимости от окружных чисел Рейнольдса (а) и профиля осевых градиентов давления (б) в каналах, выполненных в виде ВКДКТ и ВЭКДН

(а = 50с"1)

Как следует из приведенных данных, имеет место совпадение полученных значений со значениями, ранее проведенных исследований. Расхождение не превышает ± 10%.

Пятая глава посвящена разработке модернизированной схемы технологического процесса нагрева ТМ НК на базе аппарата типа «труба в трубе» с ВЭКДО и ВЭКДН и инженерному методу расчега аппаратов типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО. Для расчета коэффициентов теплоотдачи предложены выражения: - для ВЭКДН:

Nu = 1,216/V- Re

¿же h+Li

)2 Pr».«(1^)0,25. при 600<Re<2300,

<0,29;

¿1 +1*2

где и Ь2 - длина криволинейной стенки диффузора и конфузора соответственно - для ВЭКДО

0Д5

№ = 0,4187У0'5Ке0-43(^-)°-40Рг0'43(^);при 600<Яе<2300, 2,08<--

Рг„„

<1,12;

в - расстояние между ребрами

Проведена оценка энергетической эффективности при единичной температурном напоре ( Д/ = 1), равный отношению количества переданного тепла ОСВт) к затратам мощности N (Вт) на перекачивание теплоносителей и вращения тсплообменного элемента. Установлено, что для ВЭКДО £=53314, ВЭКДН £=47227, а для ВКДКТ £=22996.

На основе теоретических исследований и разработанного теплообменного аппарата предложено техническое решение по модернизации узла нагрева ТМ НК ОАО «Казаньоргсинтез» (рис. 10). Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения теплообменного аппарата составил 438 тыс.руб., срок окупаемости - 2 года

1 «Г" Л * I т * .:

Рис.10. Модернизированная схема технологического процесса нагрева ТМ НК

Пар

К Э/Э

ТМ 25°С

Потери 2% Конденсат

ТМ60°С

Э/Э на транспорт

Подогрев ТМ

Конденсат пара

а) б)

Рис. 11 Структурная балансовая схема (а) и потоковая эксергетическая диш рамма (б) модифицированного участка подогрева ТМ НК

Как видно из рис. 2 и 11 модернизированная схема технологического процесса нагрева ТМ НКпозволила повысить термодинамическую эффективность рассматриваемого процесса практически в 3 раза, который составил т]е=0,36.

Технико-экономический анализ использования аппарата типа «труба в трубе» с ВЭКДО позволил установить высокую эффективность предлагаемых решений. Дополнительные расходы денежных средств на греющий вторичный пар 97,2 тыс. 12

руб./год. Ежегодный расчетный промежуточный доход за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий ДД= 340,9 тыс. руб./год. Принятый срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий Тсл=20 лет; норма дисконта 16 %, т.е. г = 0,16. Полный дисконтированный доход за счет экономии энергоресурсов за весь срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий ДДтсл, составил 2021,5 тыс. руб. Чистый доход ЧДД, за счет экономии энергоресурсов за весь срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий составил 1451,5 тыс. руб. Бездисконтный срок окупаемости инвестиций Т0, год составил 1,67 года. Срок окупаемости инвестиций с учетом дисконтирования поступающих доходов за счет экономии энергоресурсов Тд составил 1,9 года. Индекс доходности инвестиций при условии дисконтирования всех поступающих мероприятий ИДд =2,5. Индекс доходности инвестиций при условии дисконтирования всех поступающих доходов ИДП) » течение срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий - 34,25.

Основные результаты и выводы

1. Проведенный анализ теплообменных устройств типа «труба в трубе» с теплооб-менными элементами «конфузор-диффузор» показал перспективность использования ВЭКДИ и ВЭКДО для нагрева ТМ НК. Предложено теоретическое обоснование и алгоритм расчета конфигурации криволинейных конфузорно-диффузорных элементов, описываемых дугой окружности. Установлено, что профилирование стенок каната позволило увеличить поверхность теплообмена в среднем на 15...20%, аза счет ореб-репия проточной части канала ребрами плавникового типа с прорезями, образующими «гребешок», внутренняя теплообменная поверхность возросла в среднем на 40...45%.

2. Анализ работ, касающийся исследований гидродинамики и теплообмена в устройствах типа «труба в трубе» с комбинированными методами интенсификации теплообмена показал, что гидродинамические и теплообменные процессы в ВЭКДН и ВЭКДО в настоящее время изучены не достаточно полно.

3. На базе полной системы уравнений движения, энергии, теплопроводности стенок канала и трехмерной модели распространения тепла в ребре, дополненных условиями однозначности (начальными и граничными условиями), разработаны математические модели сопряженной задачи теплообмена в аппарате типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО. При этом, учитывая особенности геометрии ребер и гидродинамику течения жидкости в прорезях между «гребешками» ребра, компоненты скорости V и производные от У^ принимались равными нулю.

4. На основании МКЭ составлен алгоритм численной реализации сопряженной задачи теплообмена, включающий в себя особенности разбиения рассматриваемой области О на ряд непересекающихся подобластей (конечных элементов П*'1), причем в центральной области (на оси) задается е - окрестность (е -> 0), исключающая особенность точки в пуле и позволяющая сохранить однотипность элементов разбиения. Для получения системы уравнений (дискретного аналога исходных дифференциальных уравнений) используется метод Галеркина, интегралы в которых определяются численно с использованием квадратурных формул Гаусса в локальной системе координат. Для исключения безразмерного параметра давления из числа неизвестных используется метод штрафа. Нелинейную локальную систему алгебраических уравнений ансамблируют в глобальную матрицу, которую решали методом Ньютона совместно с методом сопряже1шых градиентов. Предложенный алгоритм позволил опреде-

лить параметры давления, компоненты скоростей и температур в стенках, ребре и проточной части канала в зависимости от чисел закрутки, критериев Рейнольдса и Пекле.

5. На базе теоретических исследований предложен алгоритм инженерного расчета аппаратов типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО. Установлено, что длина проточной части с криволинейным теплообменным элементом на 30. ..35% меньше, а длина каналов с криволинейным теплообменным элементом и оребренной проточной частью в 2 раза меньше каналов, выполненных в виде ВКДКТ. Предложены критериальные уравнения для расчета коэффициентов теплоотдачи в ВЭКДН и ВЭКДО. Отклонения теоретических значений от расчетных по критериальным уравнениям не превышает ± 12%.

6. Подтверждена адекватность математической модели задачи сопряженного теплообмена в аппарате «труба в трубе» с теплообменным элементом «конфузор-диффузор» в виде чередующихся усеченных прямых конусов путем сравнения результатов численного решения, с ранее проведенными исследованиями в ВКДКТ. Расхождение не превышает ± 10%.

7. На базе теоретических исследований и разработанных теплообменных устройств типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО предложено техническое решение по модернизации узла нагрева TM НК в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез». Термодинамическая эффективность от перехода с существующей системы подогрева трансформаторного масла к предлагаемому решению с использованием ВЭКДО увеличился в 3 раза. Ожидаемый экономический эффект от внедрения теплообменного аппарата с ВЭКДО в данной технологии составил 438 тыс. рублей, срок окупаемости - 2 года. ОАО «ПО ЕлАЗ» (г. Елабуга) принята программа модернизации существующего парка кожухотрубного теплообменного оборудования на базе предложенных интенсифицированных элементов в технологии охлаждения закалочного масла термогальванического производства инструментального цеха Ожидаемый экономический эффект от внедрения составит 630 тыс. руб./год.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ: Патенты на изобретение

1. Патент РФ №2306518. Аппарат для проведения процессов тепломассообмена/ Я.Д.Золотоносов, А.Я.Золотоносов. №2006105076/06 заявл.17.02.06; опубл. 20.09.07; Бюл. №26.

Статьи

2. Золотоносов А.Я. Построение профиля криволинейных элементов теплообменного аппарата конфузорно-диффузорного типа (статья)/Басова O.A., Золотоносов АЛ., Золотоносов Я.Д. // Известия вузов. Проблемы энергетики. Казань: КГЭУ. 2005. №11-12.-С.111-116.

3. Золотоносов А.Я. Теплообмен в аппарате типа «труба в трубе» с вращающейся те-плообменной поверхностью «конфузор-диффузор» и оребренпой проточной частью (статья) / Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. // Известия КазГАСУ. 2010 №1(13). -С.200-211.

4. Золотоносов АЛ. Построение профиля стенок криволинейных теплообменных элементов в трубах «конфузор-диффузор» (статья)//Известия КазГАСУ. 2010. №2(14).-С. 168-175.

5. Золотоносов АЛ. Повышение энергетической и технико-экономической эффективности процесса подогрева трансформаторного масла в цехе маслохозяйства

нефтехимических предприятий (статья)/ Золотоносов А.Я., Конахина И.А.//Известия КазГЛСУ. 2011. №3(17). - С.90-95..

6. Золотоносов Л.Я. Теплообменные аппараты в технологии нагрева трансформаторного масла (статья) / Золотоносов А.Я., Конахина И.А., Известия вузов. Проблемы энергетики. Казань: КГЭУ. 2011: №7-8.-с. 161 -164.

Статьи и материалы конференций в других изданиях: Патенты на полезные модели

7. Золотоносов АЛ., Золотоносов Я.Д., Конахина И.А. Патент РФ на пол. модель №62694 МПК F28D 7/00; 11/04 Теплообменный элемент. №2006143517/22; заявл. 07.12.06; опубл.27.04.07. Бюл.12.

8. Золотоносов АЛ. Патент РФ на пол. модель №90887 МПК F28D 7/00; 11/04 Аппарат для проведения процесса теплообмена №2009136745/22; заявл.29.09.09. опубл.20.01.10. Бюл.№2.

9. Золотоносов АЛ. Патент РФ на пол. модель №92162 МПК F28D 7/00; 11/04 Аппарат для проведения процессов теплообмена №2009138855/22; заявл. 20.10.09.; опубл. 10.03.10. Бюл.№7

10. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Патент РФ на пол. модель №96641 МПК F28D 7/00; Аппарат для проведения процессов теплообмена №2010110802/22 за-явл.22.03.10; опубл. 10.08.10. Бюл.22.

11. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Патент РФ на пол. модель №100205 МПК F28D 11/04 Аппарат для проведения процессов теплообмена №2010124171/06; за-явл.11.06.10.; опубл.10.12.10. Бюл.№34.

Статьи

12. Золотоносов А.Я. Решение сопряженной задачи гидродинамики и теплообмена во вращающемся канале типа «конфузор-диффузор» методом Галеркина (статья) /Золотоносов А.Я., Конахина И.А .// КГЭУ. Казань. Деп. ВИНИТИ 21.07.08. №628-В 2008. 62с.

13. Золотоносов А.Я. Конструкции теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» с вращающейся поверхностью теплообмена « конфузор-диффузор» (статья) //Сборник научных трудов КазГАСУ. 2009г.С. 19-23.

14. Золотоносов А.Я. Теоретические и экспериментальные исследования гидродинамики и теплообмена в неподвижньк и вращающихся каналах различной формы, (статья) /Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. (статья) // КазГАСУ. Казань. 2010. ВИНИТИ 02.08.10; №476-В 2010.128с.

Тезисы

15. Золотоносов А.Я. Перспективы совершенствования энергосберегающей теплооб-менной аппаратуры на объектах промтеплоэнергетики (тезисы) // Материалы Всероссийского смотра - конкурса научно- технического творчества студентов высших учебных заведений «Эврика - 2006». ЮРГТУ. Новочеркасск.-2006.С.-289-291.

16. Золотоносов А.Я. Сопряженная задача теплообмена в оребренном вращающемся криволинейном канале типа «конфузор-диффузор» пароструйного подогревателя /Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. (тезисы) // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды: Материалы VIII Международной научной конференции.-Самарканд. 2010. С.467-472.

17. Золотоносов А.Я. Математическое описание поверхности теплообмена с оребрен-ными конфузорно-диффузорными трубами (тезисы) //Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения,

транспорта и сельского хозяйства: Труды IX Международной научно-технической конференции. Ростов- на -Дону: ДГТУ. 2010. С.968-972. 18.Золотоносов АЛ. Теплообмен в аппарате типа «труба в трубе» с вращающейся криволинейной теплообменной поверхностью типа «конфузор-диффузор». (тезисы) //Проблемы газодинамики и тепломассообмена в аэрокосмических исследованиях: Труды 5-ой Российской национальной конференции по теплообмену «Интенсификация теплообмена Радиационный и сложный теплообмен: М: Изд-во МЭИ, Том 6.2010. С.76-79.

19. Золотоносов АЛ. К теории расчета орсбрения во вращающихся конфузорно-диффузорных трубах аппарата типа «труба в трубе» (тезисы) /Золотоносов АЛ., Конахина И.А. //Тинчуринские чтения: Материалы докладов VI Международной молодежной научной конференции. Казань. КГЭУ. 2011.С.34,35.

20. Золотоносов АЛ. Теплообмен в аппарате типа «труба в трубе» с оребренной вращающейся теплообменной поверхностью «конфузор-диффузор» (тезисы) /Золотоносов АЛ., Маулетдинов А.И. //Проблемы архитектуры и строительства: Тезисы докладов 62-ой республиканской научной конференции. Казань. КазГАСУ. 2010.С.251.

21. Золотоносов АЛ. Модернизация тегоюобменного оборудования в системе ЖКХ на базе теплообменных элементов типа «конфузор-диффузор» (тезисы) //Наука и инновации в решении актуальных проблем города: Материалы научно - практической конференции студентов и аспирантов Казань. 2010.С.46-48.

Основные обозначения Уг—радиальная, окружная и осевая составляющие вектора скорости, м/с;

т„ тп Тр, Тс> - температуры соответственно жидкости, пара ребра и стенки , К; /,С,Н- безразмерные компоненты соответственно радиальной, окружной и осевой

вектора скоростей; р- плотность, кг/м3;®- угловая скорость вращения, с'1; V- коэффициент кинематической вязкости, м2/с; и0- начальная скорость на входе в канал,

__'у

м/с; а- средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м -К); а-коэффициент температуропроводности, м2/с; Х- коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); IV- число закрутки; 5, 8Р - соответственно толщина стенки канала и ребра, м.; В/, - критерий Био для стенки канала, а„ - коэффициент теплоотдачи от пара к внешней стенке ВЭКДО и ВЭКДН.

Подписано к печати 11.11.2011г. Формат 60x84/16. Гарнитура «Times». Вид печати РОМ. Бумага ВХИ. Тираж ЮОэкз. Усл.печ.л.1.0. Уч.-изд.л.1.0. Заказ № 4218. Типография КГЭУ, 420066,г. Казань Красносельская,51.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Золотоносов, Алексей Яковлевич

Условные обозначения.

Введение.

Глава 1. Анализ конструкций теплообменных аппаратов и способы интенсификации конвективного теплообмена.

1.1. Обзор конструкций теплообменных аппаратов.

1.1.1. Аппараты с неподвижной теплообменной поверхностью типа «конфузор - диффузор».

1.1.2. Конструкции теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» с вращающейся поверхностью теплообмена «конфузор -диффузор».

1.2. Способы интенсификации конвективного теплообмена.

1.2.1. Пассивные методы интенсификации конвективного теплообмена.

1.2.2. Активные методы интенсификации конвективного теплообмена.

1.3. Построение профиля криволинейных теплообменных элементов конфузорно-диффузорного типа.

Глава 2. Гидродинамика и теплообмен ламинарного течения вязкой жидкости в каналах различной формы.

2.1 Теоретические и экспериментальные исследования гидродинамики ламинарного течения вязкой жидкости в неподвижных и вращающихся каналах различной формы

2.2. Теоретические и экспериментальные исследования теплообмена при ламинарном течении вязкой жидкости в неподвижных каналах различной формы.

2.3. Теоретические и экспериментальные исследования теплообмена при ламинарном течении вязкой жидкости в каналах различной формы, вращающихся относительно собственной оси.

2.4. Описание технологии нагрева и осушки трансфоматорного масла.

Глава 3. Сопряженная задача теплообмена при ламинарном течении вязкой жидкости во вращающемся криволинейном канале типа «конфузор - диффузор» с оребренной (и неоребренной) проточной частью.

3.1. Общие положения.

3.2. Физическая модель гидродинамики и конвективного теплообмена во вращающемся криволинейном канале типа «конфузор - диффузор» с оребренной (и неоребренной) проточной частью.

3.3. Математическая модель ламинарного течения вязкой жидкости во вращающемся криволинейном канале типа «конфузор - диффузор» с оребренной (и неоребренной) проточной частью.

Глава 4. Численная реализация задачи гидродинамики и теплообмена во вращающемся канале типа «конфузор - диффузор» с оребренной (и неоребренной) проточной частью.

4.1. Алгоритм численной реализации сопряженного теплообмена на основе метода конечных элементов.

4.2. Построение конечно - элементной модели.

4.3. Определение поля температур и скоростей в жидкости и оребрении.

4.4. Ансамблирование конечных элементов.

4.5. Решение системы алгебраических уравнений.

4.6. Расчет температуры стенки канала.

4.7. Расчет давления.

4.8. Анализ результатов численного решения задачи сопряженного теплообмена.

Глава 5. Практическая реализация результатов исследований в условиях производства.

5.1. Расчет аппаратов типа «труба в трубе» с вращающимися теплообменными элементами «конфузор - диффузор».

5.2. Описание модернизационной схемы технологического процесса нагрева и осушки трансформаторного масла.

Введение 2011 год, диссертация по энергетике, Золотоносов, Алексей Яковлевич

Актуальность работы. Теплообменники вязких сред, предназначенные для нагрева или охлаждения технологических потоков, широко применяются в теплоэнерегетике и промышленных теплотехнологиях. Как правило, для осуществления процесса нагрева в таких теплообменниках используются горячая вода или водяной пар, но довольно часто встречается и электронагрев в емкостях циркуляционных контуров. В процессах охлаждения обычно применяется оборотная или захоложенная вода, реже - рассольные хладоносители или хладоны систем хладоснабжения. Из-за высокой вязкости одной из рабочих сред рассматриваемые теплообменники характеризуются низкими показателями коэффициента теплопередачи, высокими показателями гидравлических потерь и удельной металлоемкости. Лимитирующее значение коэффициента теплоотдачи наблюдается со стороны вязкой среды, поэтому в рассматриваемом оборудовании широко применяются методы интенсификации, способствующие повышению данного коэффициента.

Используемые с этой целью пассивные и активные методы интенсификации имеют свои достоинства и недостатки. Так, пассивные методы характеризуются сравнительной дешевизной исполнения, чрезвычайным разнообразием предлагаемых конструкций и их геометрических параметров, но добиться опережающего роста интенсивности теплосъема над гидравлическим сопротивлением в теплообменниках вязких сред с пассивными интенсификаторами удается лишь в единичных случаях, при этом массоогабаритные показатели оборудования оставляют желать лучшего. Активные методы, напротив, более сложны в исполнении, требуют установки специальных устройств для создания вращательного, колебательного или вибрационного движения теплообменных аппаратов, а также дополнительных эксплуатационных затрат на энергообеспечение используемых механизмов и обслуживание оборудования. Тем не менее, активные методы позволяют резко снизить массогабаритные показатели теплообменника и повысить их теплогидравлическую эффективность.

Комбинированные методы интенсификации, объединяющие в себе достоинства активных и пассивных методов, в настоящее время практически не исследованы, хотя интерес к таким методам растет, и в последнее десятилетие появились работы, отражающие подходы к моделированию и созданию новых конструкций на базе теплообменников типа «труба в трубе» с вращающимся вокруг оси профилированным теплообменным элементом, в том числе в виде вращающегося канала диффузорно-конфузорного типа (ВКДКТ) в форме чередующихся усеченных прямых конусов. В развитие данного направления предлагается использование малогабаритных теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» с вращающимся вокруг своей оси криволинейным теплообменным элементом «конфузор-диффузор» и оребренной проточной частью (ВЭКДО) [1-22]. Создание расчетной методики предлагаемых интенсифицированных аппаратов потребовало проведения широких теоретических исследований процессов гидродинамики и теплообмена в ВЭКДО и вращающихся криволинейных теплообменных элементах «конфузор-диффузор» с неоребренной проточной частью (ВЭКДН). Результаты исследования в работе обсуждаются на примере теплообменной системы, включенной в состав узла нагрева и осушки трансформаторного масла.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта АН Республики Татарстан №05-54-233/2004 (ф) от 15.03.04 и научно-инновационных проектов по Федеральной программе У.М.Н.И.К (проект №7640 от 05.07.2007, проект №14012 от 14.01.2011).

Целью работы является разработка теоретических и методических основ создания энерго- и ресурсосберегающего теплообменного оборудования типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО для нагрева трансформаторного масла в системах маслохозяйства нефтехимических комплексов (ТМ НК), усовершенствованные по тепловым и гидравлическим характеристикам по сравнению с теплообменниками типа «труба в трубе» с ВКДКТ.

Задачи исследования для достижения указанной цели поставлено и решено ряд научно-технических задач, включающих: разработку математической модели теплообмена для подогрева трансформаторного масла на основе активных методов интенсификации процессов теплообмена с использованием ВЭКДН и ВЭКДО;

Научная новизна заключается в том, что на основе математической модели сопряженной задачи теплообмена при ламинарном течении жидкости в ВЭКДО и ВЭКДН, построенной в трехмерной постановке на базе дифференциальных уравнений движения, энергии, неразрывности и теплопроводности для стенок канала и трехмерной теплопроводности для оребрення, выявлен характер распределения полей скоростей, давлении и температур в зависимости от конструктивных особенностей проточной части, числа закрутки, критериев Рейнольдса и Пекле. Обобщение полученных данных на базе критериальных уравнений позволило выявить методические особенности расчета аппаратов типа «труба в трубе» с ВЭКДО и ВЭДН для нагрева ТМ НК и разработать расчетный алгоритм.

Практическая ценность работы заключается в том, что в результате исследований предложено энерго- и ресурсосберегающее теплообменное оборудование ВЭКДН и ВЭКДО для нагрева ТМ НК Реализация результатов исследования показала, что по сравнению с теплообменниками «труба в трубе» с ВКДКТ достигается эффект снижения гидравлических потерь на 15-20%, и уменьшение массогабаритных показателей на 50-60%. На основе разработанного теплообменного аппарата предложено техническое решение по модернизации узла нагрева и осушки трансформаторного масла в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез». Годовой экономический эффект от внедрения теплообменного аппарата составляет 438 тыс. руб. при сроке окупаемости 2 года. ОАО «ПО ЕлАЗ» (г. Елабуга) принята программа модернизации существующего парка кожухотрубного теплообменного оборудования на базе предложенных интенсифицированных элементов в технологии охлаждения закалочного масла термогальванического производства инструментального цеха. Экономический эффект от внедрения составляет 630 тыс. руб./год.

На защиту выносятся: постановка и результаты реализации математической модели сопряженной задачи теплообмена при ламинарном течении вязкой жидкости с ВЭКДН и ВЭКДО; алгоритм численной реализации сопряженной задачи теплообмена на основе МКЭ, позволивший определить параметры давления, компоненты скоростей и температур в ребрах, стенке и проточной части канала в зависимости от чисел закрутки, критериев Рейнольдса и Пекле; обобщенные результаты исследования в виде критериальных уравнений; методика инженерного расчета аппаратов типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО; результаты энергетического, термодинамического и технико-экономического анализа предлагаемых технических решений; техническое решение по модернизации узла нагрева трансформаторного масла в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез».

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на научной студенческой конференции КГЭУ, Казань- 2004г.; на IX аспирантско-магистерском семинаре КГЭУ, Казань - 2005г.; на XIV Молодежной международной конференции "Туполевские чтения» КГТУ, Казань - 2006г, на Всероссийском смотре- конкурсе научно-технического творчества студентов «Эврика-2006» ЮРГТУ, Новочеркасск - 2006г; на V школе- семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН Е.Е.Алемасова, КазНЦ РАН, Казань- 2006; на 4-ой Российской национальной конференции по теплообмену М.: МВТУ им. Баумана - 2006г; на II Молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» КГЭУ, Казань- 2007г.; на XVII школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И.Леонтьева ЦАГИ, Жуковский - 2010г.; на VIII Молодежной международной научной конференции, Самарканд — 2010г.; на Республиканской научной конференции КазГАСУ, Казань 201 Ог; на V,VI Молодежной международной научной конференциях «Тинчуринские чтения» КГЭУ, Казань - 2010, 2011 гг.

Объем работы. Диссертация изложена на 189 страницах, состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 43 рисунка, 1 таблицы. Список использованной литературы содержит 229 наименований.

Заключение диссертация на тему "Энергосбережение в технологии нагрева трансформаторного масла на основе активных методов интенсификации процессов теплообмена"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ теплообменных устройств типа «труба в трубе» с теплообменными элементами «конфузор-диффузор» показал перспективность использования ВЭКДН и ВЭКДО для нагрева ТМ НК. Предложено теоретическое обоснование и алгоритм расчета конфигурации криволинейных конфузорно-диффузорных элементов, описываемых дугой окружности. Установлено, что профилирование стенок канала позволило увеличить поверхность теплообмена в среднем на 15.20%, а за счет оребрения проточной части канала ребрами плавникового типа с прорезями, образующими «гребешок», внутренняя теплообменная поверхность возросла в среднем на 40.45%.

3. На базе полной системы уравнений движения, энергии, теплопроводности стенок канала и трехмерной модели распространения тепла в ребре, дополненных условиями однозначности (начальными и граничными условиями), разработаны математические модели сопряженной задачи теплообмена в аппарате типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО. При этом, учитывая особенности геометрии ребер и гидродинамику течения жидкости в прорезях между «гребешками» ребра, компоненты скорости У^ и производные от V принимались равными нулю.

4. На основании МКЭ составлен алгоритм численной реализации сопряженной задачи теплообмена, включающий в себя особенности разбиения рассматриваемой области О. на ряд непересекающихся подобластей (конечных элементов £2(е)), причем в центральной области (на оси) задается е-окрестность (г0), исключающая особенность точки в нуле и позволяющая сохранить однотипность элементов разбиения. Для получения системы уравнений (дискретного аналога исходных дифференциальных уравнений) используется метод Галеркина, интегралы в которых определяются численно с использованием квадратурных формул Гаусса в локальной системе координат. Для исключения безразмерного параметра давления из числа неизвестных используется метод штрафа. Нелинейную локальную систему алгебраических уравнений ансамблируют в глобальную матрицу, которую решали методом Ньютона совместно с методом сопряженных градиентов. Предложенный алгоритм позволил определить параметры давления, компоненты скоростей и температур в стенках, ребре и проточной части канала в зависимости от чисел закрутки, критериев Рейнольдса и Пекле.

5. На базе теоретических исследований предложен алгоритм инженерного расчета аппаратов типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО. Установлено, что длина проточной части с криволинейным теплообменным элементом на 30.35% меньше, а длина каналов с криволинейным теплообменным элементом и оребренной проточной частью в 2 раза меньше каналов, выполненных в виде ВКДКТ. Предложены критериальные уравнения для полттато т/*АЛ птшатттлп ТОТТ ттллт1гтти п ПОТУ TTU ТТ DOT/* ТТ/Л О TI' ГГ AIIA1 М1П pavnvia ivvjjip^imiiviiiuu и/шиллдапи d i n jj^iv^v/. ку i ллип^пнл теоретических значений от расчетных по критериальным уравнениям не превышает ±12%.

7. На базе теоретических исследований и разработанных теплообменных устройств типа «труба в трубе» с ВЭКДН и ВЭКДО предложено техническое решение по модернизации узла нагрева трансформаторного масла в системе маслохозяйства ОАО «Казаньоргсинтез». Термодинамическая эффективность от перехода с существующей системы подогрева трансформаторного масла к предлагаемому решеию с использованием ВЭКДО увеличился в 3 раза. Экономический эффект от внедрения теплообменного аппарата с ВЭКДО в данной технологии составил 438 тыс. рублей, срок окупаемости - 2 года. ОАО «ПО Ел АЗ» (г. Елабуга) принята программа модернизации существующего парка кожухотрубного теплообменного оборудования на базе предложенных интенсифицированных элементов в технологии охлаждения закалочного масла термогальванического производства инструментального цеха. Экономический эффект от внедрения составляет 630 тыс. руб./год.

Библиография Золотоносов, Алексей Яковлевич, диссертация по теме Промышленная теплоэнергетика

1. Koch R. Druckverlust and Warnrenbergang bei Verbirbetter Stromning-VDY -Forschungshest. 1958. № 469.

2. Nunucr W. Warmenhergang and Druckabfall in rauchen Rohren VDY -Forschungscheft. 1956, № 445.

3. Мигай B.K. Повышение эффективности современных теплообменников Л., Энергия 1980- 144с.

4. Мигай В.К., Быстров П.Г. Интенсификация теплообмена в волнистых трубах// Теплоэнергетика. 1976. - № U.c. 74-76.

5. Пантелеева Л.Р. Теплообмен при ламинарном течении вязкой жидкости в теплообменных устройствах типа «труба в трубе» с вращающейся поверхностью «конфузор-диффузор». Дисс. канд. техн. наук. Казань. 2005-116с.

6. Горская Т.Ю. Гидродинамика ламинарного течения вязкой жидкости в теплообменных устройствах с вращающейся поверхностью типа «конфузор-диффузор». Дис.канд. техн. наук. Казань. 2004. - 110с.

7. Патент РФ №2306518 Аппарат для проведения процессов тепломассообмена/ Я.Д. Золотоносов, А.Я. Золотоносов №2006105076/06 заявл. 17.02.06; опубл. 20.09.07; Бюл. №26.

8. Золотоносов А.Я. Построение профиля стенок криволинейных теплообменных элементов в трубах «конфузор диффузор». Известия КазГАСУ №2(14). Казань 2010.-е. 168-175.

9. Патент РФ №100205 на полезную модель. Аппарат для проведения процесс теплообмена / Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. №2010124171/06

10. ГЛА 1 (Л- АГП l(r\ ТТ III Ю 1Л. ктлп 4/1 OCl/lDJi. 1 1 ,\J\J. A \J j Wll j WJ1. XW.A^.AV, UIVJ1. ~T.

11. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Теплообмен в аппарате типа «труба в трубе» с вращающейся теплообменной поверхностью «конфузор-диффузор» и оребрённой проточной частью. Известия КазГАСУ №1(13). Казань. 2010 -с.200-211.

12. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Методика исследования теплообменных устройств типа «труба в трубе» с вращающейся поверхностью «конфузор диффузор». Известия КазГАСУ №2(14). Казань.2010. -с.176-183.

13. Мальцев B.B. Исследование движения газа и теплоотдачи во вращающихся роторах. Вестник электропромышленности 1962, №11

14. Kuo С.Х. Jida Н.Т., Taylor Y.H., Kreith F Heattransfer in flow troudh rotating ducts. Trans of the ASME, ser.C, vol.82,№2, 1960 s. 139-151.

15. Справочник по теплообменным аппаратам/ П.И. Бажан, Г.Е. Каневец, В.М. Селиверстов. М.: Машиностроение, 1989. - 368 с.

16. Отопление и вентиляция В.Н. Богословский В.П. Щеглов, H.H. Разумов; М.: Стройиздат, 1980. 292 с.

17. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию под ред. Ю.И, Дытнерского. М.: Химия, 1983 - 272 с.

18. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергия, 1975. 488 с.

19. А. с. 885796 СССР, Теплообменная труба / А. И. Савченко (СССР) № 2900121/24-06 ; заявл. 26.03.80 ; опубл. 30.11.81, Бюл. № 44. - 2 с.

20. А. с. 920347 СССР, Теплообменник типа «труба в трубе»/ С.А. Кондаков, В.Т. Буглаев, В.И. Калентьев, A.A. Кузьмин 2722873/24-06 заявл. 12.02.79. опубл. 15.04.82. Бюл. №14.

21. А. с. 106500 СССР, Теплообменный элемент/ А.Г. Кузан, В.И. Шаранок, Е.И. Рыбалов 3835863/24-06 заявл. 03.01.85. опубл. 30.06.86. Бюл. №24.

22. Золотов С. Продолжаем беречь тепло Электронный ресурс. / С. Золотов // Строительство и недвижимость. М.: 2001. - № 24.

23. Патент РФ 2249777, МПК 7F, 28D 11/00 Аппарат для проведения процессов теплообмена / Я.Д. Золотоносов, J1.А. Смирнова, Т.Р. Шафигуллин № 2002115856/06 (016690); заявл. 13.06.0; опубл. 10.04.05; Бюл. №10. - Зс.

24. А.Я. Золотоносов, O.A. Басова, Я.Д. Золотоносов Теплообменные аппараты с интенсивными процессами теплообмена// Тинчуринские чтения: Материалы докладов П-ой Молодежной научной конференции. КГЭУ.

25. ТУ---. ъгилп Т---О. л 1 ОА 111ivajdttb. ¿ии/- 1 urvi j, c.iz,v,iz,±.

26. Патент РФ № 92162 на полезную модель МПК F28D 7/00, 11/04 Аппарат для проведения процессов теплообмена/ А.Я, Золотоносов № 2009138855/22 от 20.10.09; опубл. 10.03.10 Бюл. №7.

27. Золотоносов А.Я. Конструкции теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» с вращающейся поверхностью теплообмена «конфузор диффузор». Сборник научных трудов КазГАСУ. Казань 2009. - с. 19-23.

28. Патент РФ №64750 на полезную модель МПК F28D 7/00, 11/04 теплообменный элемент / Золотоносов А.Я., Золотоносов Я. Д. №2007107173/229 заявл. 26.02.07; опубл. 10.07.07; Бюл. №10

29. Патент №62694 на полезную модель №62694 РФ МПК F28D 7/00, 11/04 Теплообменный элемент /А.Я. Золотоносов, Я.Д. Золотоносов, И.А. Конахина №2006143517/22; заявл. 07.12.06.;опубл. 27.04.07; Бюл. 12 - 1с.

30. Я.Д.Золотоносов, А.Я. Золотоносов, Т.В. Белавина, М.Р. Хайруллин Математические модели ламинарного течения вязкой жидкости во вращающихся каналах типа «конфузор диффузор». Сборник научных трудов КазГАСУ. Казань 2010. - с.221-228.

31. Патент РФ №90887 на полезную модель МПК F28D 7/00, 11/04 Аппарат для проведения процессов теплообмена/ А.Я. Золотоносов №2009136145/22 от 29.09.09; опубл. 20.01.10. Бюл. №2.

32. Долгов А.Н., Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Определение коэффициентов теплопередачи через стенку пужинно-витых каналов теплообменных аппаратов// Труды Академэнрго, Казань. 2008, №3 - с. 13 -28.

33. Евсеев Е.С., Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Высокоэффективные теплообменные аппараты на базе теплообменных элементов в виде пружинно-витых труб // Труды Академэнерго, Казань. 2008 №4. с. 18-33.

34. Антонов С.Ю., Антонова A.B., Золотоносов Я.Д. Определение коэффициентов теплопередачи через стенку эллиптических гладких и

35. TTtM rWTrTTTTA ПТТТЧ TV ТСОТТО ТТЛГ» ПГЛТТ TT А Л^ » f ЛТТТТТ Т V О ТТТТПП птлпиру /ышпи — Dj-i 1В1л лапалио luiuivjvjwivu^nnmA ainiapai wo/ riocvunn ivaoi j . —

36. Казань. 2009 №1(11) - с. 158 - 164

37. Патент РФ №91419 на полезную модель МПК F28D 7/00, 11/04 Теплообменный элемент/ С.Ю. Антонов, А.Я. Золотоносов, A.B. Антонова, Я.Д. Золотоносов заявка №2009136142/22 от 29.09.09; опубл. 10.02.10 Бюл. №4

38. Антонов С.Ю., Антонова A.B., Золотоносов Я.Д. Математическая модель конфигурации эллиптических пружинно-витых каналов теплообменных устройств/ Известия КазГАСУ. Казань. 2009 - №2(12) - с. 173-178

39. Антонов С.Ю., Золотоносов Я.Д. Математическая модель гидродинамики и теплообмена течения жидкости в пружинно-витых каналах/ Известия КазГАСУ. Казань. 2010 - №1(13) - с. 182-186.

40. Патент РФ №96641 на полезную модель МПК Б280 7/00 Аппарат для проведения процессов теплообмена / Золотоносов Я.Д., Золотоносов А.Я. -№2010110802/22 от 22.03.10. Бюл. №22.

41. Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамики внутренних потоков в полях массовых сил. М.: Машиностроение, 1970 - 240с.

42. Белавина Т.В., Золотоносов Я.Д. Высокоэффективный пароструйный подогреватель для систем теплоснабжения жилых и промышленных зданий // Известия КазГАСУ. Казань, 2009. №1(11) с. 165 - 175

43. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д., Хамитова Д.В. Центробежгый пароструйный подогреватель большой единичной мощности // Материалы научной конференции, посвященной «Дню энергетика». Казань; КГЭУ, -2005-с. 129- 130.

44. Золотоносов А.Я., Конахина И.А. Решение сопряженной задачи гидродинамики и теплообмена во вращающемся канале типа «конфузор-диффузор» методом Галеркина// КГЭУ. Казань. 2008-62с. Деп. в ВИНИТИ 21.07.08; №628-В 2008.

45. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Гидродинамика при течении вязких и

46. Конахина И.А. Организация систем технологического комбинирования в производствах изопрена и синтетического изопренового каучука. Дис.докт. техн. наук. Казань. 2004. 350с.

47. Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В. Теплообменные аппараты с интенсифицированным теплообменом. Казань: КГТУ, 1999. - 176 с.

48. Вачагина Е.К. Разработка энергоэффективных направлений производства реологически сложных вязких и дисперсных материалов на основе непрерывных теплотехнологических схем и интенсификации тепловых процессов: Дис. . докт. техн. наук. Казань. 2005. 409 с.

49. Теплообменная аппаратура энергетических установок / М.М. Андреев, С.С. Берман, В.Т. Буглаев, Х.Н. Костров// М.: Машгиз. 1963. 240 с.

50. Интенсификация теплообмена дисперсно кольцевом течении газожидкостного потока в каналах / Ф.М. Давлетин, A.A. Овчинников, H.A. Николаев; КГУ. Казань. 2001. 87с.

51. Золотоносов Я.Д., Золотоносов А.Я. Теоретические и экспериментальные исследования гидродинамики и теплообмена в неподвижных и вращающихся каналах различной формы // КазГАСУ. Казань. 2010. 128с. Деп. ВИНИТИ 02.08.10; №476-В2010.

52. Назмеев Ю.Г. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в дискретно-шероховатых каналах. М.: Энергоатомиздат, 1998. - 376 с.

53. Жукаускас A.A. Проблемы интенсификации конвективного теплопереноса. // Тепломассообмен VII Минск, 1985. - С. 16-31

54. Золотоносов Я.Д., Золотоносов А.Я., Белавина Т.В. Математическая модель теплопроводности в длинном ребре переменной высоты с учётом изменений условий теплообмена. Известия КазГАСУ №2(12). Казань. 2009. -с. 190-196.

55. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1990. - 200 с.

56. Дрейцер Г.А. Проблемы создания компактных трубчатых теплообменных аппаратов // Теплоэнергетика. 1995. № 3. - С. 11 - 18.

57. Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Якименко Р.И. Интенсификация теплообмена в каналах с искусственной турбулизацией потока // Труды Первой Российской национальной конференции по теплообмену. М.: Изд-во МЭИ, 1994. Т.8. С. 64 - 69.

58. Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. М.: Энергия, 1966. - 256 с.

59. Берглс А.Е. Интенсификация теплообмена. Теплообмен. Достижения. Проблемы. Перспективы // Избранные труды 6-й Международной конференции по теплообмену: Пер. с англ. М.: Мир, 1981. С. 145 - 192.

60. Воронин Г.И., Дубровский Е.В. Эффективные теплообменники. М.: Машиностроение, 1973. - 95 с.

61. Калинин Э.К., Яхно С.А. Влияние чисел Рейнольдса и Прандтля на эффективность интенсификации теплообмена в трубах// ИФЖ. 1966. Том И;

62. Гухман A.A., Кирпиков В.А., Борисова Р.Д. Сравнительная оценка эффективности некоторых современных методов интенсификации конвективного теплообмена // Материалы VII Всесоюзной конф. Минск: Изд-во ИМТО, 1984. Т. 1. - С. 56 - 61.

63. Мигай В.К. Моделирование теплообменного энергетического оборудования. Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 262 с.

64. Жукаускас A.A. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982.-471 с.

65. Назмеев Ю.Г. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков реалогически сложных сред. М.: Энергоиздат. 1966 368 с.

66. Кирпиков В.А. О классификации современных методов интенсификации конвективного теплообмена при вынужденном движении (без фазовых переходов) // ТОХТ. 1991. - Том 25.-№1. - С. 139-143.

67. Кирпиков В.А. Интенсификация теплообмена при вынужденной канвекции// ТОХТ. 1993. - Т.27. - №3. - С. 315 - 319.

68. Фагри, Асако. Численые расчеты теплообмена и потерь давления при течении в каналах с сужением и расширением проходного сечения // Теплопередача. 1988. - №2. - С. 44-50.

69. Буглаев В.Т., Василев Ф.В. Исследование метода интенсификации теплоотдачи от пластинчатых диффузорно-конфузорных волнистых поверхностей теплообмена // Теплоэнергетика. 1988. - №2. - С.34-37.

70. Логвиненко В.В. Исследование гидродинамики и теплообмена в шероховатых криволинейных конфузорно-диффузорных каналах // Теплоэнергетика. 1996. - №2. - С.21-24.

71. Интенсификация конвективного теплообмена / А.А. Коноплев, Ал.Ал. Берлин, Г.Г. Алексанян, Б.Л. Рытов // ТОХТ. 2002. - Т.36. - №2. - С.220-222.

72. Середа И.П. Выбор профиля диффузоров теплообменных аппаратов конфузорно-диффузорного типа // Теплоэнергетика. 1994. - №10. - С. 45-48.

73. Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Попов И.А. Эффективность промышленно перспективных интенсификаторов теплоотдачи// Изв. АН. Энергетика. - 2002. - №3.

74. Ильина И.М. Численное моделирование турбулентных течений в малогабаритных трубчатых аппаратах диффузор-конфузорной конструкции и оптиизация их проточной части: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Казань, 2003. - 19 с.

75. Rush Т.А., Newell Т.А., Yacobi A.U. Anexperemtal study of flow and heat transfer in sinusoidal wavy passages// Ynt.Y. Heat Mass Transfer. 1999. vol. 42 - №9. - p. 1541 - 1553.

76. Ройзен Л.И. Дулькин И.Н. Тепловой расчет оребренных поверхностей. -М.: энергия, 1977-256.

77. Золотоносов Я.Д., Золотоносов А.Я., Горская Т.Ю. К теории расчета оребрения во вращающихся конфузорно диффузорных трубах аппарата типа «труба в трубе». Сборник научных трудов КазГАСУ. Казань. 2010. -с.150-159.

78. Керн Д., Краус А. Развитые поверхности теплообмена. M.: Энергия. 1947 - 461 с.

79. Машины и аппараты химических производств/ И.В. Даманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский и др.; Под общей ред. В.Н. Соколова Л.: Машиностроение., 1982-381с.

80. М.А. Михеев Основы теплопередачи М-Л 1956 390с.

81. Фраас А. Оцисик М, Расчет и конструирование теплообменников М.: Атомиздат. 1971 356 с.

82. Теплообменные аппараты холодильных установок/ Г.Н. Данилова, С.Н. Богданов, О.П. Иванов и др.; Под общ. ред. Г.Н. Даниловой. Л.: Машиностроение, 1986. 303 с.

83. Гоголин A.A. О сопоставлении и оптимизации теплообменных аппаратов холодильных машин// Холодильная техника. 1981. - №4. - С. 18-21.

84. Сутырнна Т.М., Прозорова Т.В. Влияние теплового сопротивления контакта на эффективность поверхностей труб с насадными ребрами// Холодильная техника. 1983. - №6. - С. 28-36.

85. Путилин В.Ю. Теплообмен и сопротивление при поперечном обтекании одиночных оребренных труб с малыми шагами оребрения. Дис. .канд. техн. наук. Москва, 2003. - с.

86. Harper D.R., Brown W.B. Mathematical Equations for Heat Conduction in the Fins of Air-Cooled Engines. «NAGA Rep.», 1992, №158. 32 p.

87. Мигай В.К., Мороз А.Г., Зайцев В.А. Методика сравнения интенсифицированных поверхностей теплообмена// Изв. Вузов. Сер. Энергетика. 1990. - № 9. - С. 101-103.

88. Schmidt Е. Die Wärmeübertragung durch Rippen Zs. VDI, 1926. Bd. 70, №2, S. 885 889

89. Gardner K.A. Efficiency of Extended Surface Trans. ASME, 1945, v. 67, №8, p. 621 -631

90. Jakob M. Heat Transfer, v. 1, N. Y., Wiley, 1949. 758 p.

91. Шнейдер П. Инженерные проблемы теплопроводности. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. - 478 с.

92. Kraus A.D. Extended surfaces. Baltimore, Md. Spartan Books, London, 1964. 276 p.

93. Kern D.Q., Kraus A.D. Extended surface heat transfer. N. Y. Mc Graw Hill, 1972. 805 p.

94. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий/ Голубков Б.Н., Данилов O.JL, Зосимовский JI.B. и др. М.: Энергия, 1979. -544с.

95. Кейс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники М. Энергия 1967-223C.

96. Петровский Ю.В., Фастовский В.Г. Современные эффективные теплообменники М-Л., Госэнергоиздат 19662 256с.

97. Цесарский И.Б. Мотин Э.А. Стационарное поле температур при теплоотводс от плоской оребреннон поверхности с учетом изменения условий теплообмена по длине ребра. В кн.: Исследования по теплопроводности. Минск. Наука и техника. 1967 - 516с.

98. Эккерт Э.Р., Дрейк P.M. Теория тепло-и масообмена. М-Л.: Госэнергоиздат, 1961 -680с.

99. Keller Н.Н., bomers E.V. Heattransferfrom an annular fin of costant thickness. "Trans of ASME, ser. C.Y. of Heat Transfer", 1959. v.81,№2. p 151

100. Айри P.K. Погрешности одномерных решений для ребра -Теплопередача, 1968. Том 90; №1, с. 147-149.

101. Цейсарский И.Б., Мотин Э.А. Численное решение задачи об охлаждении плоских оребренных и пористых поверхностей. Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1968. Вып. 2; с. 26-31.

102. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Конвективный теплообмен при ламинарном течении вязкой жидкости в аппаратах с вращающейся теплообменной поверхностью типа «конфузор-диффузор»/ КГЭУ. Казань. 2007. - 103 с. - Деп. в ВИНИТИ 10.02.07.; №143 0 В 2007.

103. Горская Т.Ю., Золотоносов Я.Д. Исследование ламинарного течения вязкой жидкости в канале образованном конфузорно-диффузорными элементами с помощью пакета FlowVision/ КГЭУ. Казань , 2008 - 64с. -Деп. в ВИНИТИ 29.07.08; №657 - В 2008.

104. Белавина Т.В. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в роторе центробежного пароструйного подогревателя и модернизация на его основе узла нагрева воды в системах водоподготовки. Дис.канд. техн. наук. -Казань. 2009 140с.

105. Багоутдинова А.Г. Модернизация узла подготовки горячей воды на базе вращающегося малоинерционного теплообменного аппарата ы технологии приготовления суспензии стеарата кальция. Дис.канд. техн. наук. Казань. 2007 - 127с.

106. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. М.: Энергия, 1979. - 319с.

107. Кирпиков В.А. Исследование каналов пластинчатого теплообменника с поверхностями типа «конфузор-диффузор»// Теплоэнергетика. 1982. - №5. -С. 56-59.

108. Исследование теплообмена и гидродинамического сопротивления при турбулентном течении газа в поле продольного знакопеременно градиента давления/ A.A. Гухман, В.А. Кирпиков, В.В. Гутарев, Н.М. Цирельман// ИФЖ. 1969. Т. 16. - №4. - С. 581 - 591.

109. Шевчук И.В., Халатов A.A. Теплообмен и гидродинамика в каналах, вращающихся относительно своей оси (обзор)// ИФЖ. 1997. Том 70; №3. -С. 514-528.

110. Герценштейн С .Я., Никитин Н.В. // Изв. АН СССР. МЖГ. 1985. №4. С. 22-28.

111. Mackrodt P.A. // J. Fluid Mech. 1976. Vol. 73. P. 153-164.

112. Nishibori K„ Kikuyama K., Yoshioka S. // Trans. JSME. Ser. В. 1991. Vol. 57, N538. P. 1941-1946.

113. Pedley T.J. // J. Fluid Mech. 1969. Vol. 35. P. 97-115.

114. A.A. Халатов, A.A. Авраменко, И.В. Шевчук. Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил Т. 2 Киев 1996 288с.

115. Toplosky N., Akylas T.R. // J. Fluid Mech. 1988. Vol. 190. P. 39-54.

116. Murakami M., Kikuyama K. // Trans. ASME. J. Fluids Engng. 1980. Vol.1 r\rt XT 1 n r\—T 11U¿. IN 1. Г. У/-l\JJ.

117. Kikuyama K., Murakami M., Nishibori K„ Maeda K. // Bull. JSME. 1983. Vol. 26. N 214. P. 506-513.

118. Reich G., Weigand В., Beer H. // Int. J. Heat Mass Transfer. 1989. Vol. 32. N 3. P. 563-574.

119. Касьянов B.M. Ламинарное течение жидкости через вращающуюся прямую трубу круглого сечения // Тр. МНИ. 1951. Вып. 11. С. 144-170.

120. Борисенко А.И., Костиков О.Н., Чумаченко В.И. Гидравлическое сопротивление при ламинарном течении жидкости в канале вращающемся вокруг своей оси// Самолетостроение и техника воздушного флота. Харьков, 1973. Вып. 32. С. 42-45.

121. Развитие ламинарного движения жидкости во вращающемся цилиндре в поле сил тяжести/ И.Н. Сидоров, Я.Д. Золотоносов, Г.Н. Марченко, О.В. Маминов. ИФЖ, 1988, - Т. 54. - №2. - С. 198 - 202.

122. Gilham S., Ivey P.C., Owen J.M., Pincombe J.R.// J. Fluid Mech. 1991. Vol. 230. P. 505-524.

123. Кузьминский A.B., Смирнов E.M., Юркин C.B. Экспериментальное исследование развивающегося течения в каналах квадратного сечения, вращающимся вокруг поперечной оси// ИФЖ. 1983. - Т.45. - №4. - С. 662 -663.

124. Смирнов Е.М., Юркин C.B. О течении жидкости по вращающемуся каналу квадратного поперечного сечения// Известия АН СССР. МЖГ. 1983. - №6. - С. 24 - 30.

125. Овчинников О.Н., Смирнов Е.М. Динамика потока и теплообмен во вращающемся щелеобразном канале // ИФЖ. 1978. - Т. 35. - №1. - С. 87-92.

126. Смирнов Е.М. Асимптотические формулы сопротивления быстровращающихся радиальных каналов прямоугольного поперечного сечения// Известия АН СССР. МЖГ. 1978. - №6. - С. 42 - 49.

127. Lezius D.K., Johnston J.P. The structure and stability of turbulent wall layers in rotating channel flow. Report MD-29, Stanford: Stanford University, 1971.

128. Никольская С.Б. Ламинарное движение жидкости во вращающихся каналах// Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1977.- №6. -С. 175- 179.

129. Юркин C.B. Расчет сопротивления быстровращающегося криволинейного канала прямоугольного поперечного сечения. Л., 1980. 38 с. Деп. ВИНИТИ, 1980, № 4573.

130. Чжэн, Линь Жаньчао, Oy Жэнву. Полностью развитое ламинарное течение в криволинейных каналах прямоугольного поперечного сечения. -Тр. Амер. о-ва, инж.-мех. Сер. D. Теорет. основы инж. расчетов, 1976, №1, с. 149-156.

131. Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М.: Энергия, 1967. - 411 с.

132. Борисенко А.И., Костиков О.Н., Чумаченко В.И. Экспериментальное исследование теплоотдачи в трубе, вращающейся вокруг своей оси// Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. 1974 Вып. 4. - С. 63-71.

133. Мураками М., Кукуяма К. Турбулентное течение в трубах, вращающихся относительно своей оси// Теоретические основы. Тр. ASME -1980-Том 102; № 1. С. 218-224.

134. Kikuyama К., Murakami М., Nishibori K.M., Maeda К. Flow in an axially rotating pipe (a calculation of flow in the saturated region)// Bull. JSME. 1983. -26, №214.-P. 506-513.

135. Reich G., Weigand В., Beer H. Fluid flow and heat transfer in an axially rotating pipe II. Effect of rotation on laminar pipe flow// Int. J. Heat and Mass Transfer. - 1989 - Vol. 32, № 3. - P. 563-574.

136. Барлыбаев X.A. Исследование гидродинамики и теплообмена при движении жидкости в кольцевом канале: Автореф. дис. . к.ф.-м.наук1. А---- А ™ 1 П/СО 1 ü ~гл.л1\1а-гма, i- IUL.

137. Ma Тун Цзе. Развитие процесса теплоотдачи в трубах при ламинарном режиме: Автореф. дис. . к.т.наук - Москва, 1961. - 16 с.

138. Craetz L. Ober die Warmeteitungstahingkeiten der Flüssigkeiten. Ann. Phys. 18, 79-94, 1983.

139. Марьямов Н.Б. Аналитическое определение теплоотдачи и гидравлического сопротивления масляных радиаторов. Тр. ЦАГИ, Вып. 444.

140. Eckert and Irvine. Transaction of the ASME, vol. 77, №4, 1956.

141. Мигай B.K. Теплообмен в треугольном канале при ламинарном течении// ИФЖ. 1958. - №7. Том; 1. - С. 18 - 25.

142. Спэрроу, Хаджи-Шейх. Течение и теплопередача в трубах произвольного поперечного сечения при произвольном задании тепловых граничных условий// Теплопередача. 1966. - №4. Том; 88. - С. 11 - 20.

143. Спэрроу, Балига, Патанкар. Анализ характеристик теплообмена и течения жидкости в каналах с прерывистыми стенками (применительно к теплообменникам)// Теплопередача. 1977. - №1. Том; 99. - С. 1 - 9.

144. Патанкар, Лью, Спэрроу. Полностью развитые течение и теплообмен в каналах с периодическим изменением площади поперечного сечения в продольном направлении// Теплопередача. 1977. - №2. Том; 99. - С. 21 - 29.

145. Борисенко А.И., Костиков О.Н., Чумаченко В.И. Экспериментальное исследование теплоотдачи в трубе, вращающейся вокруг своей оси // Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. 1974. - Вып. 4. -С. 63-71.

146. Kuo C.Y., Lida Н.Т., Taylor J.H., Kreith F. Heat transfer in flow through rotating ducts, Trans, of the ASME, ser. C. vol. 82, № 2, 1960, p. 139-151.

147. Алексеев И.И., Витков Г.А., Холпанов Л.П., Шерстнев С.Н.// ЖПХ. 1989. Том; 6, № 2. С. 327-330.

148. Reich G., Weigand В., Beer Н.// Int. J. Heat Mass Transfer. 1989. Vol. 32, N 3. P. 563-574.

149. Теплообмен и гидродинамика в каналах сложной формы / Ю.И. Давыдов, Б.В. Дзюбенко, Г.А. Дрейцер и др.; Под ред. чл.-корр. РАН В.М. Иевлева. М.: Машиностроение, 1986. - 200 с.

150. Reich G., Weigand В., Beer Н. Fluid flow and heat transfer in an axially rotating pipe II. Effect of rotation on laminar pipe flow// Int. J. Heat and Mass Transfer. - 1989.-Vol.32.-№3. - P.563-574.

151. Weigand В., Beer H. Fluid flow and heat transfer in an axially rotating pipe subjected to external convection// Int. J. Heat and Mass Transfer. 1992.-Vol.35.-№7. - P. 1803-1809.

152. Jacovides H., Jacson D.C., Kelemenis G., Launder B.E., Yuan Y.M. Experiments on local heat transfer in a rotating square-ended U-lend // Int. J. Heat and Fluid Flow. 1999. - Vol.20. - P. 302-310.

153. Авраменко A.A., Шевчук И.В., Халатов A.A. Теплообмен и гидродинамика в полях центробежных массовых сил. Киев: Наук, думка, 1996.-Том;2,-228 с.

154. Алексеев И.И., Витков Г.А., Холпанов Л.П. Расчет гидравлических сопротивлений и теплопередачи при движении ньютоновских жидкостей в трубах и каналах, вращающихся вокруг своей оси // Журнал прикладной химии. 1989. - Т.6. - № 2. - С. 327-330.

155. Кочубей A.A., Ракита Е.М., Рядно A.A. Гидродинамика и теплообмен во вращающихся трубах и каналах. Днепропетровск: Днепропетровск, гос. ун-т, 1991.- 100 с.

156. Обобщение опытных данных по теплоотдаче во вращающихся каналах в поле нескольких массовых сил / A.A. Зайцев, И.М. Скачко, Б.В. Васильев, Н.Г. Стюшин // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 1989. - Том; 32.-№1.-С. 97-103.

157. Najib H.H., Lavan S., Fejer A.A., Wolf J. // Phus Fluids. 1971. vol.14 p.760-768.

158. Золотонсов Я.Д. Математическое описание процессов течения пседопластичной среды в проточной части центробежных аппаратов/'/ Изв. высших учебных заведений Хим. И химическая технология. Иваново, ИГТУ. 2002. Том 45; вып. 5. С. 3 - 16.

159. Н.Е. Кочин, И.А. Кибель, Н.В. Розе Теоретическая гидромеханика, ч. 2 М. Физматгиз 1963-728 с.

160. Л.Г. Лойцянский Механика жидкости и газа. М.: Наука. 1987-840 с.

161. Седов Л.И. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1973 Том 2; 584 с.

162. Ши Д. Численные методы в задачах теплообмена. М.: Мир 1988. 544с.

163. Белоносов С.М. Черноус К.А. Краевые задачи для уравнений Навье -Стокса. -М.: Наука. 1985 312с.

164. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидродинамика и теплообмен: в 2-х томах. М.: Мир. 1990 - 728с.

165. Ладыженская O.A. Исследование уравнений Навье Стокса в случае стационарного движения несжимаемой жидкости/ УМН. - 1958 -13.-с. 219 -220; 1959.- 14-с. 75-97.

166. Ладыженская O.A. Математические вопросы динамики вязкой жидкости. М.: Наука. 1970 228с.

167. Ладыженская O.A., Солонников В.А. Существование решения стационарной краевой задачи для систем уравнений Стокса и Навье Стокса, имеющих неограниченный интеграл Дирихле. - Л. Препринт ЛОМИ. 1979-54с.

168. Темам Р. Уравнения Навье Стокса. Теория и численный анализ М.: Мир. 1981 -408с.

169. Математическое моделирование конвективного тепломассообмена на основе уравнений Навье Стокса/ В.И. Полежаев A.B., Бунэ Н.А,. Верезуб K.M. и др. Под ред. B.C. Авдуевского. - М.: Наука, 1987 - 272 с.

170. Heywood I.G. Onynigueness in the theore of viscous flow. Asta math. (Uppsala). 1976. - vol. 136, № 1-2. - p. 61 - 102

171. Роже Пейре, Томас Д. Тейлор Вычислительные методы в задачах механики жидкости: Пер с англ. Л.; Гидрометеоиздат. - 1986 - 352 с.

172. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 150 с.

173. В.И. Полежаев, А.И. Простомолотов, А.И. Федосеев Метод конечных элементов в механике вязкой жидкости/ ИНТ. ВИНИТИ. МЖГ. 1987. - Том 21.-с. 3-92

174. Кочубей А. А., Рядно А. А. Численное моделирование процессов конвективного переноса на основе метода конечных элементов. -Днепропетровск: Изд-во ДГУ, 1991. 223 с. - ISBN 5-86400-032-9.

175. Сегерлинд Д. Применение метода конечных элементов. Пер. с англ. М.: Мир, 1979. 392с.

176. Нории Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов: Пер.с англ. М.: Мир. 1981 304с.

177. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. Пер. с англ. М.: Мир. 1984.-428с.

178. Коннор Дж. Бреббия К. Метод конечных элементов в механике жидкости: Пер. с англ. JL: Судостроение. 1973. - 347с.

179. Никитенко Н.И., Кольчик Ю.Н., Сороковая H.H. Метод конечных элементов для моделирования течения и теплообмена несжимаемой жидкости в областях произвольной формы.// Промышленная теплотехника. -2002. Том 24; № 1. - С. 16 - 23.

180. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике: Пер. с англ. М.: мир, 1975.-541 с.

181. Яненка H.H. Избранные труды. Математика. Механика. М.: Наука. 1991 -416с.

182. Формалеев В.Ф., Рев изников Д.Л. Численные методы. м.:лЫ/ГОА i AT ГТТ/ГГ 1ЛЛ/1 Л rvrv „ Vf jriOiVin J. Jlti 1 . ¿wt — 4UUL.

183. Бахвалов H.C., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. Зе изд. - М.: Бином. Лаборатория знаний. 2003. - 632с.

184. Марчук Г.И. Агошков В.И. Введение в проекционно-сеточные методы: Учебн. Пособие для вузов. М.: Наука, 1981 - 416с.

185. Ranger К.В. Exlicit solutions of the steady two dimensional Navier -Stokes eguations// Stud. Appl. Math. - 1995. - Vol. 94, № 2 - P. 169 - 181

186. Ding Rui, Ding Fang Yun. Zrang Hai The Galerkin approximations for boundary value problem// Proc. 3 Iut. Conf Nonlinear Mech., Shanghai. Aud. 17 -20, 1998. ICNM - 3. Shangai 1998. - P. 784 - 788

187. Бужсова H.H., Железовский C.E. О скорости сходимости метода Галеркина одного класса квазилинейных операторных уравнений// Журнал выч. мат. и мат. физики 1999 - Том 39; №9. - с. 1519-1531.

188. Кочубей A.A. Алгоритм метода конечных элементов решения трехмерных задач гидродинамики в каналах сложного сечения.// ИФЖ.1989. Том 57; № 3. - С. 508 - 511.

189. О. С. Zienkiewicz, R. L. Taylor, Y. Z Zhu. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals. 6rd ed. - Elsevier Butterworth-Heinemann:, 2005. - 733 p. ISBN 0-7506-6320-0

190. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с англ.- М.: Мир, 1986. 318 с.

191. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). Определения, теоремы, формулы. 6-е изд., стереотип. СПб.: Изд-во «Лань», 2003. - 832 с. - (Учебники для вузов. Специальная литература)

192. Зубов В. И. Численное исследование течений вязкой несжимаемой жидкости методом конечных элементов. Дисс. . канд. техн. наук. Львов,1990. -150 с

193. Кочубей А. А., Ракита Е. М., Рядно А. А. Расчет гидродинамики и теплообмена во вращающихся каналах на основе метода конечных элементов.//Сибирский физико-технический журнал 1991. Вып. 1. - С. 129 -132.

194. Кочубей A.A., Ракита Е.М. Рядно A.A. Гидродинамика и теплообмен во вращающихся трубах и каналах: Учебн. пособие Днепропетровск. ДГУ. 1991 - 100с.

195. Кочубей A.A., Рядно А.А Численное моделирование процессов конвективного переноса на основе метода конечных элементов. Днепропетровск. ДГУ, 1991 223с.

196. Булгаков В.К., Чехонин К. А. Основы теории метода смешанных конечных элементов для задач гидродинамики. Хабаровск, 1999. - 281 с.

197. Булгаков В.К., Потапов И. И., Чехонин К. А. Особенности реализации метода конечных элементов для задачи Стокса: Сб. научн. тр. НИИ KT. -1999.-№ 9.-С. 9-12.

198. Галанин М. П., Савенков Е. Б. Совместное использование метода конечных элементов и метода конечных суперэлементов//Препр. Ин-т прикл. мат. РАН. 2004. - № 13. - С. 1-34.

199. Сипетов В. С., Карпиловский В. С., Демчук О. Н. Применение метода конечных элементов к решению стационарной задачи теплопроводности кусочно-неоднородных систем.//ИФЖ. 1988 - Т. 55, № 6. - С. 1014-1020.

200. Г.А. Гук Процессы и аппараты молочной промышленности. Промтехиздат. 1955 210с.

201. Золотоносов А.Я., Белавина Т.В., Золотоносов Я.Д. Модернизация узла водоподготовки на базе пароструйного подогревателя на объектах промтеплоэнергетики. Известия КазГАСУ №1(15). Казань. 2011 с.132 - 139.

202. Золотоносов А.Я., Золотоносов Я.Д. Аппарат типа «труба в трубе» в технологии нагрева трансформаторного масла. Известия КазГАСУ №2(16) Казань. 2011 с. 152-156

203. Примеры и задачи по курсу процессы и аппараты химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, A.A. Носков. Л.: Химия. 1976 -551с.

204. Грузинов В. П. Экономика предприятия: учеб. для вузов. 2-е изд. - М.:1. ЮНИТИ-ДАНА, 2002. 795 с.

205. Экономика предприятия: учеб. для вузов./ под ред. проф. В.Я.

206. Горфинкеля, В.А. Швандара. 3-е изд. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. -718 с.

207. Виленский П. Л., Лившиц В. Н., Смоляк С. А. Оценка эффективностиинвестиционных проектов: теория и практика. Учеб. Пособие. 3-е изд. - М.: Дело, 2004. - 888 с.

208. Дмитриев А.Н., Ковалев И.Н., Табунщиков Ю.А., Шилкин Н.В.

209. Руководство по оценке эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия Текст./ А.Н. Дмитриев, И.Н. Ковалев, Ю.А. Табунщиков, Н.В. Шилкин М.: АВОК - ПРЕСС, 2005.

Похожие работы

Энергетика
05.14.00