автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Гидродинамика входных цилиндрических коллекторов теплообменных аппаратов теплоэнергетических установок

На правах рукописи

V

Дубоносов Антон Юрьевич

ГИДРОДИНАМИКА ВХОДНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЛЕКТОРОВ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

05.14.14 - «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005569896

2015

Краснодар-2015

005569896

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» на кафедре «Теплоэнергетики и теплотехники»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Гапоненко Александр Макарович

Официальные оппоненты: Томаров Григорий Валентинович,

доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)», г. Москва, профессор кафедры «Термодинамика, теплотехника и энергосбережение»; Безгрешное Александр Николаевич, кандидат технических наук, профессор, ОАО ТКЗ «Красный котельщик» г. Таганрог, Ростовская обл., начальник отдела по развитию НИОКР

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет» («КубГАУ»), г. Краснодар

Защита состоится «02» июля 2015 г. в 10 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.304.08, созданного на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова» в аудитории 149 главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовская область, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова» и на сайте http://www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан « // » ¿/¿¿&Я' 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д.В. Батищев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Одними из элементов, широко применяемыми на тепловых электрических станциях, являются теплообменники, в которых протекает процесс перехода тепловой энергии от одного из видов теплоносителя к другому.

Для успешного решения задачи эффективного теплосъема необходимо знать гидродинамические характеристики элементов трактов теплоносителей и, в частности, входных устройств.

Поле скоростей теплоносителя на входе в трубный пучок, формируется в основном на этом участке, и в дальнейшем теплообмен между трубками и теплоносителем определяется формой упаковки трубок и формой поля скоростей на выходе из входного устройства.

Из рассмотрения известных работ по исследованию гидродинамики теплоносителя во входных коллекторах теплообменников видно, что существует множество конструктивных вариантов выполнения таких коллекторов. При этом ставится практически единственная цель - получить заданный закон распределения потока по трубной доске или решетке при наименьшем гидравлическом сопротивлении в коллекторе. В большинстве случаев этот закон - равномерное распределение.

Подбор конструктивных элементов натурального теплообменника для обеспечения заданного распределения потока теплоносителя часто трудновыполним и ограничиваются изменением одного какого-либо параметра, поэтому необходимо заранее знать как повлияют те или иные изменения во входном коллекторе на поток теплоносителя.

Необходимы аналитические зависимости для определения поля скоростей теплоносителя на выходе из решетки раздаточного коллектора, учитывающие геометрические параметры коллектора.

Кроме того, важна экспериментальная информация по гидродинамике, которая оставалась бы справедливой в возможно более широком диапазоне геометрических и режимных параметров элементов тракта, в частности, входного устройства. Такая информация имеет двоякую ценность: с одной стороны, она может непосредственно использоваться в качестве справочного материала в процессе проектирования тракта теплообменника, с другой, может использоваться для отработки математических моделей и расчетных методик.

На основании вышеизложенного, работы по выбору эффективного варианта входного устройства цилиндрического коллектора теплообменных аппаратов являются актуальными.

Степень разработанности темы.

Большой вклад в исследования гидродинамических характеристик теплообменного оборудования тепловых электрических станций внесли Больтенко Э.А., Дельнов В.Н., Габрианович Б.Н., Быстров П.И., Волохова Т.Г., Крапивин A.M., Субботин В.И., Трофимов A.C., Идельчик И.Е., Кумаев Б.Я., Коченков М.Н., Наседкин С.П., Кириллов П.Л., Ибрагимов М. X.,

Новосельский О.Ю., Белугин A.B., Решетов В.А., Юрьев Ю.С., Владимиров М.А. и др.

Данные о гидродинамике входных устройств, используемых в технике, носят разрозненный характер и учитывают отдельные факторы, влияющие на гидродинамические характеристики.

Подобные данные чаще всего получают в ходе поверочных экспериментов на крупномасштабных или натуральных моделях (стендах), создаваемых в обоснование конкретных проектов, а обладая высокой точностью, эти данные в то же время остаются справедливыми в относительно узком диапазоне изменения конструктивных и режимных параметров, поэтому они не могут эффективно использоваться для вновь проектируемых теплообменников на начальных стадиях проектирования, поскольку именно на этих этапах производится выбор типа конструктивных элементов тракта, определение основных геометрических соотношений, и этот выбор оказывает решающее влияние на возможности тракта в отношении обеспечения оптимального режима течения теплоносителя.

Решение задачи нахождения оптимального варианта коллектора значительно облегчается при переходе от крупномасштабных стендов к мелкомасштабным, для которых значительно проще обеспечить структурную изменяемость модели и режимных параметров.

Целью настоящей работы является повышение эффективности работы цилиндрических коллекторов теплообменных аппаратов тепловых электрических станций путем совершенствования конструктивных элементов входных устройств и исследования влияния их геометрических и гидравлических характеристик на поле скоростей на выходе из входного устройства.

Задачи исследования.

Для достижения указанной цели необходимо:

1. Разработать методику экспериментального исследования влияния конструкции входного устройства на поле скоростей на выходе из модели коллектора теплообменника.

2. Провести экспериментальное исследование влияния неравномерности подвода теплоносителя на входе в модель коллектора, геометрии и высоты днища модели входного коллектора, закрутки потока теплоносителя на входе в модель входного коллектора на поле скоростей на выходе из входного коллектора теплообменника.

3. Обобщить результаты исследования полей скорости на выходе входного коллектора при равномерной подаче теплоносителя в форме аналитических зависимостей для определения поля скорости на выходе из решетки пригодной для практического применения в инженерных расчетах.

Научная новизна. Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:

- разработана новая методика измерений полей скорости на выходе из модели входного устройства теплообменника при помощи многоточечного приемника давлений в 36-ти точках одновременно;

- получены новые данные о влиянии на поле скорости на выходе из модели: неравномерности расхода теплоносителя на входе в модель, степени закрутки теплоносителя на входе в модель, геометрии и высоты днища модели, гидравлического сопротивления решетки;

- на основании экспериментальных данных предложены аппроксимирующие полиномы, описывающие поля скоростей на выходе из модели в зависимости от гидравлического сопротивления решетки, высоты и диаметра камеры, радиуса.

Теоретическая и практическая значимость работы.

На основании экспериментальных данных получены аппроксимирующие полиномы для инженерных расчетов поля скоростей на выходе входной камеры при равномерном входе, зависящие только от высоты камеры, текущего радиуса и гидравлического сопротивления решетки.

Работа имеет прикладной характер, при которой повышается эффективность работы теплообменного оборудования теплоэнергетических установок тепловых электрических станций; результаты исследований могут быть использованы при разработке проектов входных цилиндрических коллекторов теплообменного оборудования и заключаются в следующем:

- предложены аппроксимирующие полиномы для инженерных расчетов поля скоростей на выходе входной камеры при равномерном входе;

- разработана методика экспериментального аэродинамического исследования модели входных устройств теплообменников включающая специальную систему измерений скорости потока теплоносителя в 36-ти точках одновременно;

- исследования позволяют значительно сократить затраты денежных средств и времени при разработке новых типов теплообменных аппаратов, а также повысить их эффективность работы.

Реализация результатов исследования.

Результаты проведенных исследований приняты к внедрению на предприятии «Автономная теплоэнергетическая компания» («АТЭК») г. Краснодара; имеется справка о внедрении.

Основные материалы диссертационной работы вошли в монографию Дубоносов АЛО. Гидродинамика входных цилиндрических коллекторов теплообменных аппаратов теплоэнергетических установок/ Гапоненко A.M., Дубоносов А.Ю.// ФГБОУ ВПО «КубГТУ». - Краснодар: Издательский Дом-Юг, 2013.- 124с., которая используется в учебном курсе дисциплины «Тепломассобменное оборудование промышленных предприятий» для бакалавров на кафедре теплоэнергетики и теплотехники КубГТУ; имеется акт о внедрении.

Методология н методы исследования. Методология выбиралась исходя из поставленных решаемых задач с учетом особенностей эксперимента: разработана методика измерений полей скорости на выходе из модели при помощи многоточечного приемника давлений; на массиве экспериментальных данных предложены аппроксимационные полиномы для

расчета полей скорости с использованием методов регрессивного анализа. Использовались стандартные и специальные разработанные алгоритмы и программы.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методики экспериментального исследования измерения скорости на выходе из модели при помощи многоточечного приемника давлений в 36-ти точках одновременно.

2. Результаты экспериментальных исследований полей скорости в модели входного устройства.

3. Аппроксимирующие полиномы, построенные на массиве экспериментальных данных, позволяющих рассчитывать распределение относительных скоростей на выходе из цилиндрического раздаточного коллектора.

Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверность научных результатов обеспечивается тщательной метрологической проработкой методики исследования, учетом возможных источников погрешностей и контрольными балансовыми испытаниями экспериментального стенда; использованием современных математических методов обработки данных в сочетании с новейшими компьютерными технологиями: применением современных вычислительных программных комплексов, удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментальных данных и с данными других авторов.

Основные результаты докладывались на: III Международной научной конференции «ТТС-11» «Технические и технологические системы», Краснодар, 2011г.; IV международной научной конференции «ТТС-12» «Технические и технологические системы», Краснодар, 2012г.; II межвузовской конференции: «Автоматизированные информационные и электроэнергетические системы», Краснодар, 2012 г.; Международной научно - технической конференции «Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и социальной сфере», Южно-Уральск, 2013 г.; Международной научно - технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии», Иваново, 2013 г.

По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 6 в журналах из перечная изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 88 наименований. Общий объём работы составляет 145 страниц печатного текста, включая 57 рисунков, 8 таблиц и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой темы, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна, достоверность результатов и практическая значимость диссертационной работы; изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена аналитическому обзору литературы по теме исследования. Рассмотрены экспериментальные исследования входных устройств и конструктивные решения, направленные на достижение заданного поля скоростей теплоносителя на выходе входного устройства цилиндрических коллекторов теплообменных аппаратов

теплоэнергетических установок тепловых электрических станций. Поставлена цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе рассматривается и обосновывается методика исследования и анализируются возможные ошибки измерения полей скорости потока теплоносителя на выходе из модели цилиндрического коллектора.

Исследование процессов

течения во входном устройстве теплообменника при самых различных условиях входа рабочей жидкости в модель проводилось на установке схема которой, представлена на рис. 1.

Воздух от вентилятора по воздуховоду 2 квадратного сечения размером 200x200 мм, поступает в коллектор 3, представляющий собой цилиндрическую обечайку

диаметром 500 мм и высотой 200 мм, закрытую с двух сторон днищами. Коллектор имеет восемь отверстий диаметром 60 мм, которые расположены по окружности на высоте 100 мм.

К основанию модели крепится установки: 2-воздуховод; 3-коллектор; 4 многоточечная система измерения - воздухопровод; 5-заслонки; б - скоростей на выходе из коллектора диафрагма; 8-исследуемая модель; 9 - Ю, которая воспринимает давление подставки; 10 -система измерения выходного потока воздуха. Система измерения 10 связана импульсными трубками с микроманометрами, что позволяет измерять давление в любой точке на окружности выходящего из модели потока воздуха.

Расход воздуха определяется с помощью стандартных дроссельных расходомеров, установленных на каждом из 8-ми воздухопроводов установки. Для изменения профиля скоростей на входе в камеру (выходное сечение кольцевого канала) при снятой крышке используется устройство, состоящее из бруска магнита, плотно прилегающего к наружной стороне внешней обечайки и кронштейна с трубкой Пито, закрепленного на бруске.

Схема входного устройства исследуемой модели приведена на рис. 2. Вход в исследуемую модель представляет собой восемь патрубков, равномерно распределенных по окружности, переходящих в диффузоры 1. В

каждом диффузоре расположены четыре лопатки, служащие для

Аэродинамический режим входного устройства определяется заданием режима течения потока в отверстиях устройства. Предпочтительно, чтобы диапазон чисел Re находился в квадратичной области течения, т.е. в области, в которой функция коэффициента расхода q=f(Re) меняется незначительно с изменением скорости.

Краевые значения диапазона чисел Re могут быть определены предварительно при известных размерах отверстий входного устройства и выбранной системы измерений на выходе из него.

При исследовании гидродинамических характеристик камеры I (рис. 3) (кольцевой зазор между обечайками 9 и 10, см. рис. 3) на базовой модели были установлены сменные обечайки 9 и 10 высотой 0,2 м с кольцевым зазором равном 6,3 мм. На обечайке 9 устанавливались сменные кольца, которые, частично перекрывали проходное сечение (зазор 5) имитировали сопротивление, создаваемое камерами II и III.

3, 4-обечайки; 5, 6 - фланцы; 7 -проставочное кольцо; 8 — лопатки; 9, 10-обечайки; 11 - крышка; 12 - перфорированная решетка; 13 - решетка; 14 - поворотное кольцо; 15 - система измерения скорости потока на выходе из модели

Исследование камеры II (зазор между крышкой 11 и решеткой 12) проводились на базовой модели (рис. 3) без решетки 13, т. е. без камеры III. На выходе из камеры устанавливались три сменные металлические сетки с гидравлическим сопротивлением 5, 10 и 13.

Для измерения поля скоростей на выходе из решетки входного устройства был установлен многоточечный приемник давлений (МПД).

На рисунке 4 показана принципиальная схема МПД. Гребенка МПД набрана из медицинских игл с соотношением диаметров d„/dB], равном 1,2 мм к 0,8 мм. Шаг между иглами и удаление (вылет) от державки (продольной торцевой поверхности плеча) выбирались так, чтобы не было взаимного влияния трубок при измерении давлений.

V

ъ *

1 - опорный диск; 2 - подвижное кольцо; 3 - гребёнка; 4 - направляющие штанги;

5 - трубка отбора статического давления; 6 - трубки Пито (иглы); 7 - координатник угла поворота; 8 - стопор; 9 — вертикальная координата; 10 - стопор

В работе проведён подробный анализ ошибок методики проведения опытов, связанных с моделированием реального входного устройства и искажением полей скорости и выбран режим работы установки, при котором ошибками от этих источников можно пренебречь.

Погрешность определения величины расхода воздуха в каждом из воздуховодов определялась по стандартной методике расчета диафрагменного расходомера и составила менее 1%.

Перед проведением исследований проводились балансовые испытания установки, при которых сопоставлялся расход воздуха на выходе модели, измеренный с помощью МПД и расход воздуха на входе в модель, измеренный с помощью диафрагменных расходомеров. Различие в расходах измеренных различными способами не превышала 3%.

В третьей главе приведены экспериментальные исследования полей скорости на выходе из модели входного устройства цилиндрического коллектора теплообменного оборудования тепловых электрических стаций при различных сочетаниях высоты камеры, геометрии днища камеры, входных возмущений и гидравлических сопротивлений на входе и выходе камеры входного устройства, а также при различных вариантах подачи воздуха входное устройство.

Исследовалось поле скоростей на выходе из камер при равномерном расходе через модель (рис. 5а); при работе четырех соседних секторов из восьми (рис. 56); при работе двух противоположных секторов (рис. 5в); при работе одного сектора (рис. 5г); моделировалось смещение поля скоростей на входе в модель на 20% при подаче воздуха по всей окружности в форме эллипса (рис. 5д) и смещение поля в одну сторону (рис. 5е).

Рис. 5. Варианты подачи воздуха в базовую модель

При равномерной подаче воздуха во все секторы, на входе в камеру разница между максимальным и минимальным значением относительной скорости составляла 0,16 по всей окружности камеры.

Распределение относительных скоростей на входе и выходе камеры I для отдельных опытов показано на рис. 7-9, а для камеры II на рис. 10-12.

Рис. 6. Модель для исследования камеры 1:1- патрубки; 2, 3 - обечайки; 4, 5, 6 - кольцо; 7 - лопатки; 8,9- обечайки; 10 - сменное кольцо; 11 - винты

И

- вход;

- внход

16S

Рис. 7. Распределение относительных скоростей на входе и выходе камеры I при равномерном расходе воздуха (рис. 5а), зазор 5 равен 6,3 мм

1.5

- вход;

- выход

270 360

Рис. 8. Распределение относительных скоростей на входе и выходе из камеры [ при работе двух секторов (рис. 5в), зазор равен 6,3 мм

и

I а

I4

у 1,0 лг

аа

/и

1 1

90

- вход;

- выход

Рис. 9. Распределение относительных скоростей на входе и выходе из камеры I при смещении расхода на 10% (рис. 5е), зазор 5 равен 2,65 мм

/

¿О 60 40

о во *о

бо го

<р=0 ¡г 13,8 Нг=5мм

Днище плоское Все секторы

Рис. 10. Распределение относительных скоростей па выходе из камеры II, опыт 1 - о; 2 — х; 3------; 4--

МО ОО 40 ео О во 49

ео *о

Ф=45

4=5

Нг=5мм

Днище плоское Все секторы

-.ММ

Рис. 11. Распределение относительных скоростей на выходе из камеры II, опыт 8, 9, 10

е

$0 бО 40 ВО О 20 40 ОО *0

Ф =0

V 4=13

Смещение е= 20% Днище параболическое

V

-у

<р=0 4=13 I Ь=10мм

Смещение е= 20% Днище плоское

го бо ы 20 о го Л/о бо во

Рис. 12. Распределение относительных скоростей на выходе из камеры II, опыт 95, 96, 97, 98

По результатам экспериментальных исследований полей скорости на входе и выходе камеры I (кольцевой зазор 8 равный 6,3; 4; 2,65 мм между обечайками 8 и 9 на рис. 3) и камеры II (зазор между крышкой и решеткой 11) ц анализа относительных скоростей на входе и выходе камер I и II установлено, что:

- с увеличением гидравлического сопротивления на входе во входную камеру от 0,2 до 0,9 неравномерность на выходе при неравномерном входе значительно снижается. Минимальное снижение в 2, максимальное до 20 раз;

- выравнивание поля скоростей на выходе из камеры зависит от неравномерности на входе - чем больше входная неравномерность, тем меньше выравнивание. Увеличение гидравлического сопротивления решетки на выходе из входной камеры до 13 приводит к значительному уменьшению неравномерности выходного поля скоростей. Такое же действие оказывает и параболическое днище, устанавливаемое в камере;

- увеличение высоты днища от 5мм до 20мм приводит к уменьшению выходной неравномерности. Наиболее эффективное выравнивание поля скоростей и частичное им управление достигается при сочетании параболического днища, сопротивления на выходе из камеры, равное 13 и высот камеры 10 и 20 мм и равномерном подводе теплоносителя со смещением на 10% и 20 % расходов воздуха на входе входного устройства.

В четвёртой главе приводится теоретическое обобщение результатов исследования гидравлики входных цилиндрических коллекторов теплообменных аппаратов теплоэнергетических установок.

Рис. 13. Схема решетки коллектора: Я=0,1 м - радиус коллектора; П - относительное расстояние отверстий решетки от центра; ¡- номер ряда отверстий

Модель. создавалась путем обобщения результатов экспериментов автора, выполненных при широком варьировании геометрических и режимных параметров коллектора.

■ При построении модели были приняты во внимание факторы, входящие в решения уравнений гидравлики коллектора других авторов. Рассматриваем круговой раздаточный коллектор с треугольным

расположением каналов в трубной решетке. Схема решетки коллектора приведена на рис. 13.

Зависимость значения средних скоростей по радиусу коллектора Vj = V(r) представим в виде:

КО-) = j>yr'

(1)

где I, О) - максимальная степень полинома аппроксимации и коэффициенты, которые определялись методом наименьших квадратов (МНК) по всему массиву экспериментальных данных с помощью алгоритма пошаговой регрессии Эфроимсона, соответственно; г — относительно текущий радиус, равный отношению действительного расстояния, на котором находятся отверстия решетки к радиусу коллектора: 0< г < 1.

Нормировка:

' V

(2)

Г — средняя расходная скорость через решетку коллектора.

Принимаем шаг дискретизации А по радиусу п Д=1/^+1), в свою очередь Г|=Д(1-0,5), 1 = 1, N , го=0, N - количество разбиений радиуса. Расход теплоносителя через ¡-ое кольцо:

Q, = ArjV(.v) eis = к\ j/ K(r) dcpdv = 2лк frF(r) dr

(3)

При расположении каналов по вершинам равносторонних треугольников:

к=тг/(2>/3)(с1к/5)2, где 8- шаг между каналами. Общий расход через решетку коллектора:

UJ + 2

При rN

Z«.

J=0 У + 2

По определению относительных скоростей при дискретном и непрерывном режиме зависимость представим в следующем виде:

где 8| - площадь кольца между г и гь 8 - площадь решетки, V, - средняя скорость теплоносителя между радиусом п и гм;

Отметим, что шаг дискретизации радиуса Д не зависит от "5" и от количества радиусов "М". Это дает возможность определить шаг дискретизации в соответствии с решаемой задачей, т.е. разбивать радиус неравномерно, что создает определенное преимущество при аппроксимации экспериментальных значений У;.

Зависимости (1) - (5) были использованы при сопоставлении расходов через выходную решетку модели коллектора.

Последующие расчетные формулы остаются верными и для коллектора с непрерывным оттоком при к=1.

На выходную гидравлическую неравномерность расходов из решетки коллектора оказывают . влияние следующие основные факторы: геометрические размеры камеры (Н и Б), коэффициент гидравлического сопротивления выходной решетки коллектора £р, неравномерность выходного профиля скоростей, наличие вихреобразований в объеме камеры и др.

Так как во все расчетные формулы оценки гидравлической неравномерности г|г входят относительная высота коллектора (Ь-Н/К) и коэффициент гидравлического сопротивления решетки ¿р, необходимо учесть эти два фактора.

Поэтому поле скоростей ищется в виде:

где ц=0, 1, 2; s=0, 1, 2; р=0, 1, оэ

При равномерном подводе теплоносителя в коллектор модель удовлетворяет следующим физическим условиям:

lim tjr(h,4 ,r) = 1 для любых £р, г;

liny7, = 1 для любых h, г.

Коэффициенты уравнения регрессии и степень полинома (6) определялись методом пошаговой регрессии с помощью алгоритма Эфроимсона и МНК. В результате расчета на ЭВМ были получены следующие аналитические зависимости. Для коллектора, в котором выходной поток после прохождения решетки свободно проходил в окружающий воздух и у которого на расстоянии 0,15 м от решетки:

(5)

у

/V

(6),

= 1 + (о,0227 + 0,0446г-0,0716г-0,184г5 + 0,221г'°) (7)

/, /у >

Для коллектора, в котором выходной поток, после прохождения решетки, ограничивается цилиндрической стенкой диаметром, равным диаметру потока перед решеткой (0,2м) и длиной 0,15 м у которого К|г=1*0 на расстоянии 0,15м от решетки:

п = V/- * 1 + —— (о.176 + 3.282/' -12,821г2 - 8.043г! +1,2942; " ) (8)

/V

Для определения уравнения регрессии была построена матрица полного факторного эксперимента. Экспериментальные данные взяты из материалов настоящей работы.

Параметры а, р, 8, р определялись методом МНК пошаговой регрессии с помощью алгоритма Эфроимсона.

Среднеквадратичное отклонение экспериментальных точек не превышает 6%. Коэффициент детерминации модели (7) — 0,967, модели (8) 0,95. На рис. 14 приведены экспериментальные распределения относительных скоростей по радиусу решетки коллектора, а также приведены числа Рейнольдса Яе, вычисленные по средней расходной скорости для каждого из режимов.

Сравнение и анализ экспериментальных и расчетных значений показывает их допустимое совпадение во всей области выходного сечения решетки коллектора.

Рис. 14. Распределение относительных скоростей на выходе из раздаточного коллектора с трубным пучком (11/0=0,025): - о -, - Д- эксперимент; - — расчет по зависимости (8)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика экспериментального аэродинамического исследования моделей входных цилиндрических коллекторов теплообменников включающая специальную систему измерений для выполнения большого объема экспериментальных работ, обеспечивающую одновременное многоточечное измерение скоростей на выходе из модели с погрешностью до 5%.

2. Проведены экспериментальные исследования структуры течения, неравномерности распределения потока на выходе входных устройств н проведены экспериментальные исследования полей скорости на выходе из модели входного устройства при различных сочетаниях высоты камеры, геометрии днища камеры, входных возмущений и гидравлических сопротивлений на входе и выходе камеры входного устройства.

3. Впервые установлено, что с увеличением гидравлического сопротивления на входе во входную камеру от 0,2 до 0,9 неравномерность на выходе при неравномерном входе значительно снижается. Минимальное снижение в 2 раза , максимальное - до 20 раз.

4. Установлено, что выравнивание поля скоростей на выходе из камеры зависит от неравномерности на входе - чем больше входная неравномерность, тем меньше выравнивание и определено, что увеличение гидравлического сопротивления на выходе из входной камеры до 13 приводит к значительному уменьшению неравномерности выходного поля скоростей, по аналогии с действием параболического днища, устанавливаемого в камере.

5. Экспериментально установлено, что увеличение высоты днища от 5 мм до 20 мм приводит к уменьшению выходной неравномерности. Наиболее эффективное выравнивание поля скоростей и частичное управление им достигается при сочетании параболического днища, гидравлическое сопротивления решетки на выходе из камеры, равного 13 и высот камеры 10 и 20 мм. При равномерном подводе теплоносителя и смещении расхода воздуха на 10%-20%.

6. На основании экспериментальных данных, их анализа и обобщения получены регрессивные апрокимационные полиномы для инженерных расчетов полей скорости на выходе входной камеры при равномерном входе, зависящие только от высоты камеры, её диаметра и гидравлического сопротивления на выходе камеры. При этом, сравнение и анализ экспериментальных и расчетных значений показывает их хорошее совпадение во всей области выходного сечения решетки коллектора. Среднеквадратичное отклонение экспериментальных точек от точек кривых, полученных по аналитическим зависимостям, предложенным в работе, не превышало 6%.

7. Предложен метод перехода от дискретного оттока теплоносителя из решетки коллектора к непрерывному.

8. Основные материалы диссертационной работы вошли в монографию Дубоносов АЛО. Гидродинамика входных цилиндрических коллекторов теплообменных аппаратов теплоэнергетических установок/ Гапоненко A.M., Дубоносов А.Ю. // ФГБОУ ВПО «КубГТУ». - Краснодар: Издательский Дом-Юг. 2013.- 124с., которая используется в учебном курсе дисциплины «Тепломассобменное оборудование промышленных предприятий» для бакалавров на кафедре теплоэнергетики и теплотехники КубГТУ.

Результаты проведенных диссертационных исследований по теме «Гидродинамика входных цилиндрических коллекторов теплообменных аппаратов теплоэнергетических установок» приняты к внедрению на предприятии Автономная теплоэнергетическая компания («АТЭК») города Краснодара.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Рецензируемые журналы, входящие в перечень ВАК при Мннобрнауки РФ:

1. Гапоненко A.M. Экспериментальное исследование гидродинамики входных цилиндрических коллекторов теплообменников// Гапоненко A.M., Авакимян H.H., Даценко E.H., Дубоносов А.Ю. //Научный журнал КубГАУ. -2012г.-№79(05).-С. 1-12.

2. Гапоненко A.M. Экспериментальная установка для исследования гидродинамики входного цилиндрического коллектора теплообменника/ Гапоненко A.M., Авакимян H.H., Даценко E.H., Дубоносов АЛО. // Энергосбережение и водоподготовка,- 2012. - №4(78). -С. 48-51.

3. Гапоненко A.M. Стенд для исследования гидродинамики входного цилиндрического коллектора теплообменника/ Гапоненко A.M., Щепакин М.Б., Даценко E.H., Дубоносов А.Ю// Изв.ВУЗов, техн. науки. -2012.-№2. -С. 55-60.

4. Гапоненко A.M. Полиномиальная аппроксимация полей скоростей на выходе из кругового раздаточного коллектора теплообменника/ Гапоненко A.M., Авакимян H.H., Даценко E.H., Дубоносов А.Ю. //Изв. ВУЗов, техн. науки,- 2012. -№6.- С. 46-49.

5. Гапоненко A.M. Поле скоростей на выходе из кругового раздаточного коллектора /Гапоненко A.M., Щепакин М.Б., Даценко E.H., Дубоносов А.Ю.//Энергосбережение и водоподготовка.- 2012,- №1(75). -С. 65 -67.

6. Гапоненко A.M. Экспериментальное исследование и полиноминальная аппроксимация полей скорости теплоносителя на выходе из модели круговых раздаточных коллекторов теплообменного оборудования тепловых электростанций ядерных энергетических установок/ Гапоненко A.M., Дубоносов АЛО., Даценко E.H. // Журнал «Фундаментальные исследования» Российской Академии Естествознания,- №12 (часть 6).- с. 1162-1166.

Статьи в других научных журналах и тезисы в материалах, трудах международных и всероссийских конференций:

7. Гапоненко A.M. Стенд для исследования гидродинамических характеристик цилиндрического коллектора/ Гапоненко A.M., Арестенко Ю.П., Даценко E.H., Дубоносов А.Ю., Овчинникова E.H. // Технические и технологические системы: TTC - 11, материалы III Международной научной конференции - Краснодар КВВАУЛ.- 2011г. -С. 287-291.

8. Гапоненко A.M. Анализ поля скоростей на выходе из кругового раздаточного коллектора/ Гапоненко A.M., Арестенко Ю.П., Даценко E.H., Дубоносов А.Ю., Овчинникова Е.И. // Технические и технологические системы: TTC - 11, материалы III Международной научной конференции -Краснодар КВВАУЛ,- 2011г. - С. 291 - 294.

9. Гапоненко A.M. Регрессионные полиномы, описывающие поле скоростей на выходе кругового раздаточного коллектора теплообменника/ Гапоненко A.M., Авакимян H.H., Даценко E.H., Дубоносов A.IO.// Автоматизированные информационные и электроэнергетические системы, материалы II Международной научной конференции. - Краснодар.-Издат.КубГТУ. -2012г. -С. 219-224.

10. Гапоненко A.M. Экспериментальное определение влияния неравномерности подвода теплоносителя на входе цилиндрического коллектора на выходную неравномерность/ Гапоненко A.M., Авакимян H.H., Даценко E.H., Дубоносов АЛО.// Автоматизированные информационные и электроэнергетические системы, материалы II Международной научной конференции. - Краснодар, - Издат.КубГТУ. -2012г.- С.229-233.

11. Гапоненко A.M. Приближение поля скоростей на выходе из цилиндрического коллектора степенными рядами/ Гапоненко A.M., Авакимян H.H., Даценко E.H., Дубоносов A.IO.// Технические и технологические системы: TTC - 11, материалы IV Автоматизированные информационные и электр оэнергетические системы, материалы II Международной научной конференции. - Краснодар КВВАУЛ.- 2012г. -С. -104-107.

12. Гапоненко А.М'. Моделирование поля скоростей на выходе из цилиндрического коллектора /Гапоненко A.M., Авакимян H.H., Даценко E.H., Дубоносов АЛО.// Международная научно - техническая конференция: Состояние и перспективы развития электротехнологии.- Иваново. - 2013г.

13. Гапоненко A.M. Моделирование неравномерности подвода теплоносителя на входе цилиндрического коллектора теплообменника/ Гапоненко A.M., Арестенко Ю.П., Дубоносов А.Ю. // Международная научно - техническая конференция: Энерго и ресурсосбережение в теплоэнергетике и социальной сфере.- Южно-Уральск,- 2013г.

14. Гапоненко A.M. Поле скоростей на выходе из кругового раздаточного коллектора теплообменника / Гапоненко A.M., Дубоносов АЛО.// Международная научно - техническая конференция: Энерго и

ресурсосбережение в теплоэнергетике и социальной сфере.- Южно-Уральск. -2013г.

Монография:

15. Дубоносов А.Ю. Гидродинамика входных цилиндрических коллекторов теплообменных аппаратов теплоэнергетических установок: монография/ Гапоненко A.M., Дубоносов А.Ю. // ФГБОУ ВПО «Куб ГТУ». -Краснодар: Издательский Дом-Юг,- 2013г.- 124с.

Дубоносов Антон Юрьевич

ГИДРОДИНАМИКА ВХОДНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЛЕКТОРОВ ТЕИЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Автореферат

Подписано в печать 28.04.15 Формат 60x84 '/|6. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 110 экз. Заказ № 46-0628.

Отпечатано в издательстве ИД «Политехник» 346428, г. Новочеркасск, ул. Первомайская, 166 idp-nni@iTiail.ru