автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Интенсификация теплообмена в промышленных энергоустановках в условиях неоднородных сред

л

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

УДК: 621Л82:662.61:532.5:536.2:533.6

СОРОКИН Владимир Владимирович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВКАХ В УСЛОВИЯХ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД

05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РГБ ОД

1 ? ян в гш

Минск 1999

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии и в Институте радиационных физико-химических проблем HAH Беларуси.

Научный руководитель - канд. техн. наук,

доцент Карницкий Н.Б.

' ' Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Бокун И. А. , кандидат технических наук, доцент Козлов А. И.

Оппонирующая организация - Научно-исследовательское государственное предприятие "БелТЭИ".

Защита состоится Я б^ЪИ***^^/^ 1999 г. в /£ часов на заседании совета по защите диссертаций Д 02.05.01 при Белорусской государственной политехнической академии: 220027, г.Минск, пр-т Ф.Скорины, 65, корп. 2, а.201, тел. 239-91-43.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан

/ U^o^câi 1999 г.

Ученый секретарь совета >

по защите диссертаций, к. т.н., доцент Н. Б. Карницкий

(С) Сорокин В.В.,1993

î MI-043.3-DU п

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Подход к описанию неоднородных сред как сред гомогенных с эффективными параметрами, широко используется в современной науке. Проблема переноса на границах таких гомогенных сред активно изучается в последние годы, однако до сих пор до конца не решены. В настоящей работе предложен и развит новый подход к решение проблемы и на его основе получены критериальные зависимости для расчета теплоотдачи на границе пористых сред и расчетно-зкспериментальная методика определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей нагрева котлоагрегатов. Последняя рекомендована к применении для работы котлов, с естественной циркуляцией и внедрена на ряде ТЭС Республики Беларусь.

Связь работы с крупными научными программами. темами.

Работа выполнена в рамках • программ: Энергетика-49, М96-002 Белорусского Республиканского Фонда фундаментальных исследований, межвузовской программы фундаментальных исследований "Приоритет".

Цель и задачи исследования:

вывод уравнений переноса импульса и энергии на границах пористых сред с учетом турбулентности и псевдотурбулентности, обоснование метода расчета теплоотдачи от поверхности в инфильтуемый зернистый слой с учетом масштабной поправки, разработка расчетно-экспериментальной методики определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов с естественной циркуляцией.

Научная новизна полученных результатов заключается в: получении уравнений фильтрации и энергии, учитывающих основные механизмы переноса импульса и тепла вблизи границы пористой среды; доказательстве совпадения эффективной вязкости в уравнении Бринкмана с вязкостью жидкости для плотных пористых сред и экспериментальном подтверждении этого факта для случая шаровой засыпки; обнаружении немонотонности зависимости безразмерного ' касательного напряжения на твердой стенке, ограничивающей засыпку от числа Рейнольдса; определении двух критических чисел

Рейнольдса и интерпретации, на основе полученного уравнения фильтрации, существования первого критического числа Рейнольдса как результата включения в процесс обмена импульсам псевдотурбулентности, второго - псевдотурбулентности н турбулентнаати; предложении новой модели эффекта байпаспровання, согласно которой причиной эффекта являются действия псевдотурбулентности и турбулентности; теоретическом обосновании модели теплоотдачи от стенки в инфильтруемый зернистый слой Накорякова-Смирновой .

Научная новизна подтверждается Авторскими свиде- ' тельствами СССР Ш 1635681, 1759159, 1780825 и патентом Республики Беларусь N 1866.

Практическая значимость полученных результатов заключается в: получении замкнутого уравнения фильтрации для течений с небольшими числами Рейнольдса в пористых средах; теоретическом обосновании модели теплоотдачи в инфильтруемый пористый слой Накорякова-Смирновой и предложении поправки на нерегулярность режима теплоотдачи термического ядра в рамках этой модели; разработке расчетно- экспериментальной методики определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов.

Результаты настоящей работы могут использоваться в расчетной и конструкторской практике при разработке промышленных энергоустановок, а также других устройств с повышенными требованиями к равномерности течения жидкости через пористую насадку и точности расчета теплоотдачи насадки.

• Методика расчетно-зкспериментального определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей нагрева котлов используется на ряде ТЭС РБ для контроля за работой экранов котлов.

Экономическая значимость полученных результатов.

Разработанная методика расчетно-зкспериментального определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей нагрева котлов может быть использована в качестве коммерческого продукта. •

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:' материалы, позволявшие создать инструмент для описания про-

цессов переноса возле границ пористых тел, который включает: - новые уравнения фильтрации и энергии; - теоретическое обоснование модели теплоотдачи к инфильтруемому пористому слог); - интерпретации экспериментальных данных о зависимости безразмерного касательного напряжения на твердой стенке, ограничивающей засыпку от числа Рейнольдса; методику определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов, позволяющую контролировать термические напряжения в различных режимах работы.

Личный вклад соискателя.

Из работ, выполненных в соавторстве, в настоящую работу включены данные, лично полученные автором.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИЯЭ АН БССР 1990-1991 гг.; ИРФХП, ИТМО и НТЦ НЭЭ АН Б 1992-1997 гг. ИРФХП НАШ 1997-1998 гг. БГПА Министерства образования РБ 1998, 1999 гг.; Всесоюзной школе молодых ученых Алушта, 1991 г.; Международном семинаре "Теплотехника-98" Киев, 1998 г.; Международной 53-й научно-технической конференции профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов БГПА, Минск, 1999 г.

Опубликованность результатов.

По теме диссертации опубликовано 8 статей в научных журналах, 3 препринта, 5 авторских свидетельств и патентов, 2 тезиса докладов на конференциях. Объем публикаций - 134 с.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Во введении мотивирована актуальность исследования и определена цель работы. В первой главе проведен обзор существующих способов описания гидродинамических и теплообменных процессов в условиях неоднородных сред в промышленных энергоустановках, указано в чем их несовершенство. Во второй главе приведена методика объемного усреднения для описания неоднородных сред в форме уравнений фильтрации и энергии для пористых слоев.- В третьей главе исследованы теплогидравлические процессы на границах пористых слоев, сформулирована альтернативная модель эффекта байпасирования и обоснована модель теплоотдачи к инфильтруемому пористому слою Накорякова-Смирновой. В чет-

вертой главе проведено ее уточнение для промышленных устройств с большим значением параметра D/d. В пятой главе предложена методика определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов. Выводы содержат краткий итог основных результатов пяти глав. В приложениях приведены часть расчетов и математических примеров, методика контроля термических напряжений экранных поверхностей нагрева котлов.

Объем работы - 134 страницы, 20 иллюстраций, 13 таблиц, список использованной литературы из 108 названий, 4 приложения объемом 39 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ.

В первой главе на' основе анализа литературы установлена необходимость и поставлены задачи исследования: разработать подход к описанию переноса импульса и анергии в граничных областях неоднородных (пористых) сред, установить особенности теплообмена и трения в этих областях; разработать расчетно-экспериментальную методику определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов на основе измеренных падающих тепловых потоков.

Во второй главе методом осреднения по объему получены уравнение переноса энергии и импульса в неоднородной С пористой) среде. В них раздельно учтены вклады турбулентности и псевдотурбулентности в перенос, а влияние межфазной поверхности определяется интегрально.

Выявлено основное противоречие. С одной стороны, характерный размер контрольного объема - Lr должен, согласно классическим работам, быть больше размера элемента среды С диаметра зерна, поры, трубы). Это, в свою очередь, приводит к ограничению величин градиентов скорости и температуры, которые могут быть описаны в рамках данного подхода: так градиент температуры имеет величину порядка СТСуг D - Tw)/Lt, скорости - <y>/Lt, где Tw - температура стенки, ТСух 3 -температура на расстоянии порядка Lt от стенки, <v> - средняя скорость течения.

С другой стороны, поскольку вблизи границ пористой

среды характерные величины градиентов, как показывают эксперименты, гораздо больше, часто тепловое сопротивление узкого пристенного слоя толщиной порядка доли размера элемента среды составляет большую часть общего сопротивления пористой среды. Сделан вывод, что классический подход к описанию приграничных зон оказывается неприемлемым и нуждается в уточнении.

В третьей главе проведено замыкание осредненного уравнения импульсов для случая изотропной среды.

Предложены специальные уравнения импульсов и энергии для приграничных зон неоднородной среды

р аС £< Va< Va + < aiV * < Т7? =

= - д < Р >/5я, + м V/l3xj + С* < ,vt>' +

+ <р |< Yt>|/d> Н*< у^>; С1)

Сер) С< v >< T>a + < a t > + < v'T'» = Эх,

= X.

<L < т> + INT, С2)

а дг*

\ = < V«* т - < т >а * I,

где р, с, fj- плотность, теплоемкость, теплопроводность и динамическая вязкости жидкости, Р - статическое давление; v-скорость жидкости, Т - температура, < > - турбулентное напряжение Рейнольдса, v' - величина турбулентной пульсации скорости возле ее среднего по времени значения у , IHT -слагаемое, отражающее вклад межфазного теплообмена в перенос энергии; < ^а >, < а^ > - слагаемые, отражающие вклад псевдотурбулентнсти С дисперсии) в перенос импульса и энергии (из-за взаимодействия с твердой фазой). Черта сверху и угловые скобки обозначает соответственно среднее по времени и объему, индекс а - осреднение по объему жидкой фазы; С и Н - константы, зависящие только от свойств пористой среды.

При их выводе методом осреднения по объему размер контрольного объема по нормали к границе - HL был выбран много меньше размера элемента среды (критерием является предельное соотношение р. 0, где рг = HL'/lc, к - проницаемость среды или система неравенств HL « (к)|/г « d « L,

где с1 - характерный размер элемента среды (диаметр поры, трубы и т.д.); Ь - характерный размер установки). Вдали от границы классические решения (случай 1/р + 0) склеиваются с решениями для граничной области.

Важнейшим математическим следствием применения объема осреднения с такими свойствами является достижение примерного равенства порядков площадей межфазной поверхности И внешней поверхности объема осреднения. Поэтому в уравнениях энергии (2) и импульса (1) наряду с интегральными членами остаются слагаемые, отражающие вклады турбулентного и псевдотурбулентного, а в уравнении импульсов и вязкого переносов. В классических уравнениях они отбрасываются на основе анализа масштабов.

Теоретически доказано и подтверждено экспериментально,-что в уравнении Бринкмана Сполучается из выражения (1) путем отбрасывания членов выше первого порядка по скорости) следует использовать в качестве аффективного коэффициент вязкости фильтрующейся жидкости.

На основании уравнения (1) проведена обработка и интерпретация экспериментальных данных Накорякова В. Е. , Мухина В. А. и др. о зависимости трения на твердой стенке, ограничивающей инфнльтруемуп шаровую эасьтку.

Полученная автором зависимость безразмерного касательного напряжения и (0) = Т^ё/^Цт от числа Рейнольдса Ее = = ритб/р, где напряжение трения; с! - диаметр шара; 1/т -скорость фильтрации, приведена на рис.1 (сплошная линия).

На экспериментальных кривых обнаружены по три характерных участка 1-2, 2-3, 3-4.

Первый 1-2 отличается возрастанием напряжения в зависимости от Не, второй участок 2-3 соответствует резкому падению наблюдаемого безразмерного напряжения на стенке с постепенным уменьшением скорости падения. Начало падения соответствует точке 2 и носит характер излома. Третий - 3-4 отличается автомодельностью напряжения по Ее (он наступает от точки 3). Точка 3 опредеделяется на графике условием ее 5'/, отклонения от асимптоты.

Функция и (1?е) полученная из (1) имеет вид

no

U'(O) = CG*+ 4/3 H*Re-2ReГ(<a a >4-<v7v,>)'u'dy),/a. C3)

J * у * у 1

о

График зависимости (3) без учета турбулентного и псевдотурбулентного переносов показан на рис. I пунктирной линией.

Обнаружено, что на участке 1-2 имеет место полное совпадение расчетной и экспериментальной кривых, в точке 2 при достижении числом Re своего первого критического значения линии круто расходятся: теоретическая продолжает возрастать, а экспериментальная начинает падать.

Определены критические числа Рейнольдса для шаровых засыпок в зависимости трения от скорости потока: первое CRe= = 3-12) соответствует началу резкого падения трения .на стенке и характеризует вклвчение псевдотурбулентного механизма переноса импульса, второе CRe.= 100-120) - выходу его на автомодельный режим и характеризует включение турбулентного механизма перенора. Установлено, что автомодельный режим существует как Минимум Re = 2900.

Показано; что уменьшение напряжения на стенке невозможно объяснить Ни прямым влиянием повышения проницаемости у стенки, ни появлением квадратичной по скорости составляющей сопротивления в уравнении фильтрации.

Предложено модельное распределение псевдотурбулентного напряжения как функции расстояния до ■ стенки, позволяющее воспроизвести теоретически основные особенности зависимости для трения вблизи твердой стенки и эффекта байпасирования (существования относительного максимума скорости величиной 1,3-1,9 от средней скорости фильтрации на расстоянии 0,5 --7 d от стенки Срис.2)).

Рассмотрена проблема теплоотдачи к жидкости, движущейся через неоднородную среду. Узкая зона неоднородной среды вблизи границы С пристенный слой) имеет повышенное тепловое сопротивление по сравнению с сопротивлением такого же слоя в ядре среды. Применение уравнения (2) к расчету коэффициента теплоотдачи от пристенного' слоя к термическому ядру неоднородной среды показало, что число Нуссельта является линейной формой числа Пекле при умеренных числах Рейнольдса, т.е. когда действие псевдотурбулентности является опреде-

ляющим,

Ми^= а^/Хд = с + б НопРг, С4)

где Ми0- число Нуссельта, с^ - коэффициент теплоотдачи; Б - характерный размер аппарата; с, з параметры зависящие только от типа среды; Рг - число Прандтля.

Установлено удовлетворительное соответствие зависимости (4) экспериментальным данным для случая теплоотдачи к жидкости, фильтрующейся сквозь шаровую засыпку Срис.Э).

В четвертой главе предложена поправка к формуле Иис = = 1/С5/СЕес) + г) (9.4.10), приведенной в справочнике

Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. -М.: Энёргоатомиэдат, 1990 (известной в литературе и как закон Накорякова-Смирновой)

Мис = 1/(5/(Нес) + \а/8(1-0,54ехр(-6,5(сИ))(хЛ))ХвГ), (5)

где А. эффективная теплопроводность засыпки, х - длина аппарата, учет которой позволяет повысить точность расчетов тепломассобменных устройств с параметром В/б > 20 (рис.4), характерном для промышленных установок.

На основе предложенного подхода к описанию неоднородных сред (жидкость, движущаяся через засыпки, трубные пучки, пространственно распределенные элементы конструкций и т.д.), характерных для промышленных теплоэнергоустановок, как сред гомогенных (или пористых) с эффективными параметрами, автором предложен ряд технических решений, признанных изобретениями: Авт.свид. СССР МП 1633681 (Конденсатор), 1313363 (Градирня), 1740941 (Градирня), 1780825 (Химичесий реактор); патент РБ N 1866 (Устройство очистки отработанных газов ДВС).

Известно, что распределение падающих тепловых потоков в топке котлоагрегата, как правило, неравномерное, причем максимальное значение, наблюдаемое в области горелок, превосходит среднее в 2-3 раза. Максимальным падающим потокам соответствуют наибольшие температуры и напряжения стенок труб радиационных экранов. Последние два параметра Еажны для оценки надежности работы котлоагрегата, поскольку порядка 55 % их отказов связаны с нарушениями, возникающими в радиационных и полурадиационных поверхностях нагрева.

В пятой главе предложен экспериментально-теоретический метод измерения температур и напряжений стенок труб по измеренным максимальным падающим потокам.

В ходе расчетов задастся распределение падающих радиационных потоков по высоте топки, геометрические размеры топки, конструктивные параметры.экранных труб, компоновка С в данном случае плотная), материал (стали 20 и 12Х1МФ), вид топлива, рабочее давление пара на выходе из котла (4, 9 и 13 МПа).

На рис. 5 представлены распределения по высоте топки газомазутного котла среднего давления измеренных падающих потоков, рассчитанных максимальных температур стенок экранных труб и паросодержания в смеси по предлагаемой методике.

Установлено, что максимальные'температура и термическое напряжение экранной трубы радиационной поверхности котлоагрегата практически не- зависят от уровня недогрева воды, скорости движения пароводяной смеси, закона изменения падающих тепловых потоков. Вид топлива и способ сжигания влияют на температуру и термические напряжения в основном только через уровень падающих потоков.

Согласно расчетным данным в топке газомазутного горелочного котла паропроизводительностью 25 кг/с в диапазоне изменения нагрузок 19,00 - 23,61 кг/с (76-94!< от номинальной нагрузки) с повышением нагрузки с 20 до'23 кг/с наблюдается рост на 85 кВт/мг (или на 17;0.

Соответственно, возрастают на 4 °С расчетные максимальные температура и перепад температур. Для газомазутного котла паропроизводительностью 25 кг/с с циклонными предтопками при изменении доли рециркуляции с 5 до 15'', уровень Ч^дд0 снижается на 60 и 112 кВт/м2, соответственно, для мазута и газа. Расчетные температуры падают на 4 и 7 °С, перепады температур на 3 и 7 "С. На каждый процент рециркуляции изменения составляют соответственно 6 и 12 кВт/мг, темпам

пратуры - 0,4 и 0,7 °С, перепада температур - 0,3 и 0,7 °С.

При расчете максимальных допустимых напряжений лобовая поверхность трубы, обращенная в топку, имеет температуру Ц , значительно большую, чем температура I тыльной части трубы, I - температура насыщения воды,°С. На рис.6

приведена схема возникающих при этом напряжений стенок труб. Наибольшая величина напряжения в сечении экранной трубы характерна для лобовой точки на внешней поверхности трубы максимально близкой к топке Сточка 3, рис.6).

Учтены три основные компоненты напряжений: изгибающего термического напряжения, вызванного разницей температур с;тенок тру<?ы обращенных к топке и обмуровке; напряжения вследствие давления жидкости в трубе; термического напряжения в обогреваемой стенке трубы, вызванного разницей температур внешней и внутренней поверхностей С в точке 3 рис.6 эти напряжения суммируются). Действующее напряжение для данного материала должно быть меньше допустимого значения напряжения.

Накипь влияет на термонапряхенное состояние трубы двояко:

расчетные температуры значительно возрастают вследствие ее теплоизолирующего действия,

перепады температур сглаживаются за счет интенсивных перетечек тепла по металлу на необогреваемую сторону труб. При этом несколько снижается как уровень допустимых напряжений, так и изгибающее термическое напряжение.

На рис. 7 представлен график изменения напряжений в зависимости от ч"ддС и роста отложений иакипи. Точками на этих кривых отмечены тепловые сопротивления накипи К = 10, 50, 90 х Ю-3 С°С м2/Вт).

Методика расчетов рекомендована ГП "БелТЭИ" для практического использования в форме "Методических рекомендаций по контролю состояния экранных поверхностей нагрева котлов с естественной циркуляцией". Там же оговорены принципиальные подходы к организации необходимых измерений.

вашей инфильтруемув засыпку от числа Рейнолъдса: (а) - засыпка шаров диаметром 1,07 мм; С<33 - 3,2 ми (обработка экспериментальных данных Мухина В. А., Смирновой Н. Н.)

0 3 Бе

Рис.2. Данные расчетов по формуле (3), при модельном распределении псевдотурбулентных напряжений (в).

Первое критическое число Рейнольдса принято равным 3

70

30

3,5

О

о0®Ь §

о

А

4,3

дУ А

Д

Ьд КевРг

Рис.3. Термическое сопротивление пристенного слоя.

Сплошная линия - значение параметра 1/5 при с(= 15 по точкам 1-7, метод наименьших квадратов;

1 - эксперимент, раствор глицерина, измерения на расстоянии 30 от начала засыпки, Рг = 45, 0 = 51,7 мм, с1 = 3,2 мм;

2 - то же, измерения на расстоянии 90; 3 - вода, измерения на расстоянии 100 от начала засыпки, 0=15 мм, с1 = 1,07 мм; 4 - то же, измерения на расстоянии 240; 5 - вода,

0 = 51,7 мм, б = 1 мм; 6 - то же А- 3,2 мм; 7 - то же, с! = 8,9 мм. Шарики стеклянные. Измерения Мухина В. А. и др.

Мис/Нев 0,07

0,06

2

Рис.4. Учет Поправки на нерегулярность режима: засыпка Б =51,7 мм, 6=1 мм, длина 10Й; вода; 1 - расчет по формуле С9.4.10); 2 - эксперимент; 3 - расчет с поправкой по формуле С5). Измерения Мухина В. А. и др.

17,3 13,0

I

12,3

Н

10,0 м

7,3 3,0

1

\|

\ \ /

} 4 в Ц и в

/ /

100

300 500 кВт-'«"2 ,—I

283 I

макс

295 305 °С —♦

о х,

16

Рнс.З Распределение измеренных падавших тепловых потоков, рассчитанных максимальных температур стенок экранных труб и паросодержания по высоте топки газсмазутного котла среднего давления паропроиэводнтельностьв 25 кг-'с при нагрузке 23,6 кг/с при сжигании мазута:

кривая 1 - горелочньи! способ; кривая 2 - циклонный способ; кривые 3, 4 - максимальные температуры соответственно; кривые 5, б - паросодержанне ■

Рис. 6 Схема действия термических напряжений стенок труб: 1 - экранная труба; 2 - обмуровка; 3 - зона максимальных термических напряжений

60 100 а, МПа 140 -* 180

Рис.7. Зависимость термических напряжений от уровня падавнщх тепловых потоков чПад и температур топочных газов tr для сталей 20С1) и 12Х1МФС2), давление 4 МПа: сплошная линия для чистых труб, пунктирная для максимальных напряжений в зависимости от отложенинй накипи; точками отмечены тепловые сопротивления накипи 10, 50 и 90 X 10"° °С mVBt

ВЫВОДЫ

1. Получены уравнения импульса и энергии для граничных областей неоднородных {пористых) сред, учитывающие, в частности, псевдотурбулентный и турбулентный переносы тепла и импульса [3,4,6,7].

2. Теоретически доказано и подтверждено экспериментально, что в уравнении Бринкмана следует использовать в качестве эффективного коэффициент вязкости фильтрующейся жидкости [1-5,7,8}.

3. Определены критические числа Рейнольдса (1?е) для шаровых засыпок в зависимости трения от скорости потока: первое Сйе= = 3-12) соответствует началу резкого падения трения на стенке и характеризует включение псевдотурбулентного механизма переноса импульса, второе (йе = 100-120) - выходу его на автомодельный режим и характеризует включение турбулентного механизма переноса [2,4,51.

4. Предложена модель эффекта байпасирования, объясняющая эффект действием псевдотурбулентности и турбулентности (5К

5. Доказано, что число Нуссельта при теплоотдаче к неоднородной среде является линейной формой числа Пекле при умеренных числах Рейнольдса (Яе > 30-50) (6).

6. Предложена поправка на нерегулярность теплоотдачи к термическому ядру, неоднородной среды в райках модели Накорякова-СмирновоЯ, позволяющая до АО'/, повысить точность расчетов для засыпок с параметром 0/6 > 20, характерным для промышленных аппаратов [61.

7. Разработана расчетно-экспериментальная методика определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов, позволяющая рассчитать по измеренным падающим потокам температуры и термонапряжения экранных труб [9,10].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Сорокин В. В. Применение уравнения Бринкмана к описание фильтрации через зернистые засыпки // Докл. АНБ. Технические науки. - 1997, N1. - С.123-123.

2. Сорокин В. В. Касательное трение на. стенке контейнера с шаровой засыпкой при движении жидкости через засыпку// Инж. -физ.. журн,- 1997. - Т. 70. -. N1. - С.50-54.

3. Сорокин В. В. Модель фильтрации жидкости в пористых средах при больших числах Рейнольдса // Изв. АН Б, Сер. физ.- тех.

- 1996. - N1. - С. 118-121.

4. Сорокин В.В. Течение жидкости через изотропную пористую среду. - Препринт/ ИРФХП АНБ. - Минск, 1995,- 39 с.

5. Сорокин В. В. Альтернативная модель эффекта байласирования в аппаратах с зернистой насадкой. - Препринт/ ИРФХП АНБ. -Минск, 1995. - 35 с.

6. Сорокин В. В. Теплопередача в инфильтруемув зернистую насадку при умеренных числах Рейнольдса. - Препринт/ ИРФХП АНБ. - Минск, 1996. - 25 с.

7. Sorokln V. V. Validity of Brinkman equation as mathematical problem// Transport Phenomena in Thermal Science and Process Engineering: Proc. - Kyoto, Japan, 1997. - Vol. 3. - P. .823-825.

8. Сорокин В.В. Применение уравнения Бринкмана к расчету касательной скорости на границе с пористой средой// Изв. НАН Беларуси. Сер. физ. -техн. наук.- .1998. - N1.- С. 87-91.

9. Сорокин В.В., Карницкий Н.Б. Расчет максимальных температур и напряжений стенок труб радиационных поверхностей нагрева котлоагрегатов// Изв. вузов и энергетич. объединений. СНГ - Энергетика. - 1998. - М2. - С. 64-70.

10. Карницкий Н. Б. , Сорокин В.'В. Расчетно-экспериментальное определение температур стенок экранных поверхностей нагрева 'котла// Вестник Украинского дома экомических и

научно-технических знаний, - 1998. - N8. - С. 17-20.

17

РЭЭЮМЕ

Сарок1н УладзИпр Уладз1м1рав1ч 1НТЭНС1Ф1КАЦЫЯ ЦЕПЛААБМЕНУ 7 ПРАМЫСЛОВЫХ ЭНЕРГАУСТАНОУКАХ ВА УМОВАХ НЕАШАРОДНЫХ АСЯРОДДЗЯУ

Клвчавыя словы: 1нтэнс1ф1кацыя цеплаабмену, прамысловыя

цеплаэнергаустаноук!, цеплаабмен на межах неаднароДных

асяроддзяу, неразбуральны кантроль 1 дыягностыка котлаагрэгатау, цепланапружанне, засыпка.

У рабоце разв1ваецца падыход да ап1сання неаднародных асяроддзяу Свадкасць, якая рухаецца праз эасыпк!; трубныя пучк!; прасторава раэмеркаваныя частк1 канструкцый 1 г.Д.), характзрных для прамысловых энергаустановак як асяроддзяу гамагенных Ст порыстых) з эфектыуным1 параметрам!.

Прапанавана рашзнне праблемы пераносу 1мпульса 1 знерп1 на межах гэтых асяроддзяу. Тзарэтычна даказана 1 пацверджана эксперыментальна, што у урауненн1 Брынкмана патрзбна выкарыстоуваць у якасщ эфектиунага каэфшыента казфщыент вязкасид вадкаст, якая фгльтруецца.

Знойдзена 1 растлумачана неманатоннасць залежнасц1 трзння ад скорасц^ патоку у порыстых асяроддзях.

Выяулена, што Л1К Нусельта при цеплааддачы да неаднароднага асяроддзя з'яуляецца Л1нейнай фориай л1ка Пекле пры умераных лгках РэАнальдса; прапанавана папраука на нерэгулярнасць цеплааддачы да тзрм1чнага ядра неаднароднага асяроддзя, якая павышае дакладнасць цеплатэх-Н1ЧНЫХ раэл1кау прамысловых устройствау.

Распрацавана методика вызначэння дапушчальных тэрмгчных напруканняу радыяиыйных павярхняу нагрзву котлаагрэгатау.

ВынШ даследаванняу могуць прымяняцца для разл!кау, аптым!зацый рэжымау зксплуатавання . 1 кантролю працы цеплаабменнага абсталявання у прамысловай цеплаэнергетыцы, у прыватнасш, котлаагрэгатау.

РЕЗЮМЕ

Сорокин Владимир Владимирович ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВКАХ В УСЛОВИЯХ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД

Ключевые слова: моделирование теплообмена, промышленные теплоэнергоустановки, теплоотдача на границах неоднородных сред, неразрушающий контроль и диагностика котлоагрегатов, теплонапряхения, засыпка.

В работе развивается подход к описанию неоднородных сред Сжидкость, движущаяся через засыпки, трубные пучки, пространственно распределенные элементы конструкций и т. д.) характерных для промышленных теплоэнергоустановок, как сред гомогенных С или пористых) с эффективными параметрами.

Предложено решение проблемы переноса импульса и энергии на границах этих сред. Теоретически доказано и подтверждено экспериментально, что в уравнении Бринкмана следует использовать в качестве эффективного коэффициента, коэффициент вязкости фильтрующейся жидкости.

Обнаружена и объяснена немонотонность зависимости трения от скорости потока в пористых средах.

Установлено, что число Нуссельта при теплоотдаче к неоднородной среде является линейной формой числа Пекле при умеренных числах Рейнольдса; предложена поправка на нерегулярность теплоотдачи к термическому ядру неоднородной среды, повышающая точность теплотехнических расчетов промышленных устройств.

Разработана методика определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов.

Результаты исследований могут применяться для расчетов, оптимизации режимов эксплуатации и контроля работы теплообменного оборудования в промышленной теплоэнергетике, в частности, котлоагрегатов.

19

SUMMARY

Sorokin Vladimir Vladimiroviclv INDUSTRY POWER PLANT HEAT EXCHANGE RAISING UNDER NONUNIFORM MEDIA CONDITIONS

Key words: heat exchange modeling, industry heat power plant, heat transfer through nonuniform media boundary, nondestructive control and testing of utility boiler, heat stress, bed.

Typical for power industry nonuniform media Cfluid flow in a pebble bed, tube bank, spaced desing elements etc.) are modeled as homogenious media Cor porous) with effective parameters.

Momentum and energy transfer boundary problem solution is proposed for said media. Validity of Brinkman equation and effective viscosity parameter used is said equation equivalence to viscosity of the trnspirating fluid are proved theoreticaly and supported by experiments.

Unrnonotony in dependency of friction against filtration speed in porous media is find out and explained.

Nusselt number of heat transfer to nonuniform media is find out to be a' linear function of Peclet number for moderat Reunolds numbers; addition due to heat transfer unregularity to the thermal kernel of nonuniform media rising up the accuracy of engeneer calculations is suggested.

A method of allowable thermal stresses of radiation heat exchange surfaces of utility boilers calculations is worked out.

Said results can be used in power undustry for calculations, for better operating regimes and control working out, particulary for utility boilers.

/