автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Исследование и оптимизация аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа

На правах рукописи

Василенко Александр Иванович

^ ш го

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ УСТАНОВОК КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических паук

Ростов-на-Дону 2000

Работа выполнена в Ростовском государственном строительном университете

Научный консультант - доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Новгородский Евгений Евгеньевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ^ Тувальбаев Булат Гарифович

доктор технических наук, профессор Хаванов Павел Александрович

доктор технических наук, профессор Чеботарёв Виктор Иванович

Ведущая организация: АО Проект НИИстройдормаш

Защита состоится « 19» декабря 2000 г. на заседании диссертационного совета Д 053.20.03 в Московском государственном открытом университете по адресу: 129805, Москва, ул. Павла Корчагина, 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого университета.

Автореферат разослан« ^ » / / <о г

$3319 -01,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы и ее связь с государственными программами. Экономия топливно-энергетических ресурсов представляет в настоящее время актуальную проблему, решение которой во многом определяет условия экономического развития страны и улучшения ее экологического состояния. О наличии значительных резервов в области повышения уровня энергетической эффективности отечественного промышленного производства свидетельствует то, что в нашей стране в расчете на единицу национального дохода расходуется первичных энергетических ресурсов в 2 раза больше чем в США, Японии и ряде других стран. Перспективным направлением экономии энергии в промышленности является использование теплового потенциала продуктов сгорания природного газа, образующихся в высокотемпературных технологических установках, например промышленных печах, для покрытия тепловых нагрузок средне- и низкотемпературных технологических установок, а также систем теплоснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха. Реализуется это посредством применения установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа (УКИТ).

Значительный вклад в разработку научных основ УКИТ внесли научные коллективы Московского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина, Московского государственного открытого универаггета, МЭИ (технический университет), Ростовского государственного строительного университета, Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета и ряда других организаций, под руководством профессоров М.Б.Равича, Н.А.Семененко, А.Д.Ключникова, П.С.Колоб-кова, Е.Е. Новгородского, Б.В. Шанина и др.

Однако необходимо отметить, что многообразие технологических схем теплоиспользующих промышленных установок, особенности их эксплуатационных режимов, сложность физических явлений, сопровождающих работу УКИТ, затрудняют разработку их оптимизационных моделей.

Важными структурными составляющими УКИТ являются их аэродинамические системы (АС), предназначенные для транспортировки н изменения параметров транспортируемой газообразной среды. Общим признаком АС УКИТ является то, что реализация целевой функции системы осуществляется за счет энергии транспортируемой газообразной среды. К АС УКИТ относятся: тракт продуктов сгорания природного газа, сопряженные с данным трактом воздушные системы переноса теплоты, воздушные системы отопления и теплоснабжения, системы вентиляции и кондиционирования воздуха, системы сушки и др.

В связи со специфическими особенностями условий работы АС УКИТ использование традиционных решений по выбору их принципиальных схем. заимствованных из смежных областей техники, приводит в ряде случаев к перерасходу ресурсов и снижению уровня энергетической и экологической эффективности теплоутилизационной установки в целом. Поэтому

особую актуальность приобретает проблема оптимизации аэродинамических систем, которая в свою очередь может быть решена только при наличии достаточных результатов исследований процессов, сопровождающих их работу. Учитывая масштабность перспектив применения УКИТ в различных отраслях промышленности, можно заключить, что исследование и оптимизация АС УКИТ является научной проблемой, решение которой имеет важное народнохозяйственное значение.

Научной основой изучения процессов, протекающих в АС УКИТ, являются общепринятые теоретические положения в областях аэродинамики, термодинамики, тепломассопереноса, в разработку которых большой вклад внесли научные коллективы под руководством профессоров Л.ДЛандау, Н.Е.Кочина, Л.ГЛойцяиского, С.С. Кутателадзе, М.А. Мнхеева, М.П. Ву-каловичй, И.И.Новикова, А.Д.Альтшуля, И.П.Гинсбурга, Л.А.Вулиса, Н Л.Фабриканта и многих других.

Важнейший вклад в формирование научных основ аэродинамических систем тепловых и энергетических установок внесен профессором Л.А. Рихтером, создавшим научное направление, посвященное исследованию и оптимизации газовоздушных трактов тепловых электростанций.

Работа выполнялась в соответствии с программой МНТП «Архитектура и сгроительсггво» в рамках темы «Комплексное использование теплоты продуктов сгорания природного газа в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений», научно-исследовательской работой по конкурсу грантов 1997-1998 гг. «Разработка теоретических основ проектирования комплексного использования газа», в соответствии с республиканской программой « Научно-методические проблемы строительства н привлечения инвестиций в целях укрепления материально-технической базы образования» по теме «Критические технологии энергоснабжения зданий и сооружений», программы научно-исследовательских работ, финансируемых из средств республиканского бюджета по единому заказу-наряду, а также тематических планов госбюджетных НИР Ростовской государственной академии архитектуры и искусства и Ростовского государственного строительного университета.

Основная идея, положенная в основу работы над диссертацией, состоит в исследовании энергетических и технико-экономических характеристик рабочих процессов АС УКИТ и определении (на основе результатов исследований) оптимальных принципиальных схем и конструктивных решений систем.

Цель работы заключается в разработке и реализации методов повышения энергетической эффективности аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты сгорания природного газа и оптимизации их принципиальных схем и конструктивных решений.

Основные задачи исследования:

1) изучить явления, связанные с взаимопревращениями тепловой и механической энергии потока в аэродинамических системах и разработать метод исследования их энергетической эффективности;

2) исследовать технико-экономические характеристики теплоизолиро-

ванных и нетеплоизолированных линий связи и разработать методику их оптимизации, учитывающую современные экономические реалии и динамичные изменения в ценовой политике;

3) исследовать энергетические и аэродинамические характеристики аэродинамических сетей, содержащих теплообменники, при их работе в нестационарном тепловом режиме;

4) исследовать параметры работы нагнетателя в аэродинамической системе с нестационарным тепловым режимом, разработать соответствующие математические модели и методику определения оптимального взаимного расположения теплообменников и нагнетателя в системах с нестационарным тепловым режимом;

5) разработать метод исследования совместной работы нагнетателей в аэродинамических сетях при различных плотностях транспортируемой среды во входных патрубках нагнетателей;

6) исследовать задачу согласования режимов работы источника тепловых ресурсов УКИТ и ее дымососа при наличии в установке аэродинамической системы с нестационарным тепловым режимом.

Научная новизна состоит в развитии научных положении и разработке методов исследований аэродинамических и энергетических характеристик АС УКИТ, что конкретизируется следующим:

1) разработан метод исследования энергетической эффективности аэродинамических систем, основанный на отображении процессов изменения параметров транспортируемой среды в элементах аэродинамической системы в координатных осях объемный расход (V) - полное давление^,,) и анализе характера изменений механической мощности потока при его движении по элементам системы;

2) в результате исследования физической сущности явлений, сопровождающих работу аэродинамической системы, содержащей теплообменники, установлено, что ее рабочий процесс сопровождается термодинамическими взаимопревращениями тепловой и механической энергии потока;

3) впервые доказано, что аэродинамическая система, содержащая теплообменники, может работать в двух режимах - теплового двигателя, осуществляя термодинамическое преобразование части теплового потока, подводимого к транспортируемой среде, в механическую энергию потока; теплового насоса, осуществляя термодинамическое преобразование части механической энергии потока в тепловую энергию. Установлено, что наибольшая энергетическая эффективность аэродинамической системы соответствует ее работе в режиме теплового двигателя;

4) установлены зависимости, определяющие параметры работы нагнетателя в аэродинамической сети при нестационарном режиме работы теплообменников, разработаны соответствующие математические модели;

5) разработан метод наложения Р-О характеристик, позволяющий определять параметры совместной работы нагнетателей в сети с нестационарным тепловым режимом при различной плотности транспортируемой среды в их входных патрубках;

6) получены условия оптимальности результатов аэродинамического и

тепло-аэродинамического расчета разветвленных линий связи с круглой и прямоугольной формаами поперечного сечения, на основе которых разработана методика оптимизации линий связи, адаптированная к динамичным изменениям в ценовой политике;

7) определены энергосберегающие схемотехнические решения систем воздушного отопления, сопряженных с трактом продуктов сгорания УКИТ.

Автор защищает совокупность положений, установленных закономерностей и результатов, разработанные на их основе методы и методики повышения энергетической эффективности аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа, оптимизации их принципиальных схем и конструктивных решений.

Практическая ценность работы состоит в экономии топливно-энергетических ресурсов при сжигании природного газа в промышленных теплоиспользующих установках, улучшении их экологических характеристик, снижении потребления электроэнергии нагнетателями и уменьшении затрат на устройство и эксплуатацию систем, вследствие развития методик исследований АС УКИТ и оптимизации их принципиальных схем и конструктивных решений.

Реализация результатов диссертационной работы.

Результаты диссертационной работы реализованы в «Рекомендациях по применению утилизаторов теплоты воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией, и теплоты дымовых газов на промышленных предприятиях отрасли строительного и дорожного машиностроения», а также при разработке установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа на ряде предприятий по производству строительных материалов, в машиностроительной и химической отраслях промышленности, в частности на Ростовском химзаводе, Донецком экскаваторном заводе, Батайском заводе строительных материалов.

Методология работы. Исследования выполнены в рамках общей концепции рационального использования теплоты продуктов сгорания природного газа в промышленности, разработанной научной школой профессора М.Б. Равича, и концепции оптимизации газовоздушных трактов, разработанной профессором Л.А. Рихтером. В основу исследований положены общепринятые теоретические положения в областях аэродинамики, термодинамики, теплообмена, тепломассопереноса, в разработку которых большой вклад внесли научные коллективы под руководством профессоров Л.Д. Ландау, С.С. Кутателадзе, Н.Е. Кочина, Л.Г. Лойцянского, М.А. Ми-хеева, М.П. Вукаловича, И.И. Новикова, А.Д. Альтшуля, И.П. Гинсбурга, Л.А. Вулиса, Н.Я. Фабриканта и многих других. Точные и приближенные решения получены на основе современных математических методов.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована их достаточной обоснованностью, правомерностью принятых допущении и обеспечена:

Я получением аналитических решений задач с их последовательным усложнением и сопоставлением полученных решении между собой, а также с известными выводами других исследователей для упрощенных случаев;

и сопоставлением результатов, полученных аналитическими и экспериментальными методами;

Э отсутствием противоречий между полученными результатами и общепринятыми теоретическими представлениями;

П результатами экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и натурных условиях.

Обсуждение работы. Материалы работы доложены на: Первом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (г. Сочи, 2000), международном научно-практическом семинаре «Actual problem of building» (г. К ер старо, Мексика, 1998 г.), научном семинаре Московского государственного открытого университета (1999 г.), научно-практическом семинаре Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина (1999 г.), международном научно-практическом семинаре «Актуальные проблемы строительства» (г. Ростов н/Д,1999 г.), международных научно-практических конференциях Ростовского государственного строительного университета (г. Ростов н/Д, 1997 - 2000 гг.), международной научно-практической конференции «Рациональное использование электроэнергии в строительстве и на транспорте» (г. Ростов н/Д, 2000 г.), научно-практических конференциях Ростовского инженерно-строительного института (г. Ростов н/Д 1985-1992) и Ростовской государственной академии строительства (г. Ростов н/Д, 1994-19% гг.), международных научно-практических конференциях Ростовского государственного архитектурного института (г. Ростов н/Д, 1998-2000 гг.), научно-практическом семинаре «Безопасность, экология, энергосбережение» (Гизель-Дере, 1999 г.), научно-технических советах Донецкого экскаваторного завода, Батайского завода строительных материалов, Ростовского химического завода и др.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в монографин и 51 научной публикации, в том числе получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы Диссертант состоит из введения, шести разделов, заключения, списка литературы и приложений. Результаты исследований представлены на 248 страницах основного текста, включают 66 рисунков, 15 таблиц, библиографию из 175 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ известных методов исследований теп-лонспользующих установок, и обоснована возможность использования достигнутого уровня знаний, включая смежные отрасли, для изучения рабочих процессов установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа в промышленности. Большой вклад в развитие теории теплоиспользующих установок и исследования аэродинамиче-

ских сисгем внесли отечественные и зарубежные ученые М.Б. Равич, H.A. Семененко. А.Д. Ключников. М.Х.-Г. Ибрагимов, В.М. Бродянский, В.Е. Аракелов. А.И. Зайцев. В.В. Кафаров, Е.Е. Новгородский, Б.В. Шанин. П.С. Колобков, В.А. Широков, П.Н. Каменев, В.Н. Богословский, М.П. Калинушкин, В.Н. Талиев, И.Е. Идельчик, И.А. Шепелев, Г.Г. Вахва-хов, T. Ganter, G. Bocdeker, В. Eck и др.

Установки комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа представляют собой сложные системы, состоящие из теп-лообменных и теплоутилизирующих устройств, линий связи, нагнетателей и другого оборудования предназначенного для реализации целевой функции установок. Рядом исследователей показано, что поиск их оптимальных решений путем перебора возможных вариантов и сравнения их технико-экономических характеристик крайне неэффективен. В то же время сложность физических процессов, сопровождающих работу установок, не позволяет построить их обобщенную математическую модель, вследствие чего совершенствование установок проводилось в направлениях разработки их рациональных принципиальных схем, повышения эффективности теплооб-менных устройств, оптимизации тепловых потоков и линий связи, осуществлении мероприятий по защите окружающей среды и решения других вопросов, связанных с повышением эффективности использования тепловых ресурсов в различных отраслях промышленности.

В результате выполненного анализа современного уровня научных исследований в области оптимизации УКИТ обоснована актуальность и перспективность проведения исследований в направлении изучения и оптимизации аэродинамических сисгем установок (АС УКИТ).

Анализ показал также, что АС УКИТ отличаются совокупностью характерных особенностей, затрудняющих применение для их оптимизации известных научно-технических решений из смежных областей техники. К отмеченным особенностям относятся:

•наличие в АС УКИТ последовательно установленных теплообменников, вследствие чего система объединяет ряд последовательных участков с различными параметрами транспортируемой среды;

•нестационарный режим работы систем, обусловленный изменением режимов работы теплообменников в процессе эксплуатации установок, что определяет нсстационарность их теплового режима, связанную с изменением в процессе работы установки температур транспортируемой среды на участках систем. Отмеченное свойство позволяет отнести данные системы к классу неизотермичных нестационарных аэродинамических систем;

•значительный перепад температур транспортируемой среды на участках системы;

•взаимосвязь аэродинамических систем, составляющих установку комплексного использования теплоты, и технологические ограничения на режим работы источника теплоты установки, в качестве которого используется технологическое оборудование с заданным тепловым режимом.

В результате аттпа было установлено, что учет особенностей эксплуатационных рс.-;. • ' АС УКИТ при выборе дня УКИТ специальных

конструкций теплообменников и пылеотделителей, в том числе разработанных при участии автора, позволяет существенно повысить технический уровень установок. Однако недостаточная изученность энергетических характеристик АС УКИТ приводит к перерасходу энергоресурсов при эксплуатации установок. Поэтому особую актуальность приобретает проблема оптимизации аэродинамических систем, которая, в свою очередь, может быть решена только при наличии достаточных результатов исследований процессов, сопровождающих их работу.

Выполненный в главе 1 анализ известных работ, направленных на совершенствование установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа и повышение уровня энергетической эффективности их аэродинамических систем свидетельствует о необходимости > достижения сформулированной выше цели работы и решения поставленных задач исследования.

Вторая глава посвящена разработке научных обоснований метода анализа энергетической эффективности аэродинамических систем, содержащих теплообменники. В основу метода положено отображение процессов изменения параметров транспортируемой среды на участках аэродинамической системы в координатных осях К-?п (объемный расход - полное давление) и последующем анализе полученной информации.

В работе исследована схема явлений, протекающих в рециркуляционных аэродинамических системах (рис. 1, а - система I и рис. 1,6 - система 2), содержащих нагнетатель и два теплообменника.

Рис. 1. Схема участков замкнутой аэродинамической системы

а) при размещении нагнетателя между охладителем и нагревателем; б) то же между нагревателем и охладителем. Т| - охладитель; Тг - нагреватель

б)

Принятые допущения: процесс стационарный; теплообменники установлены на одном уровне по вертикали; теплообмен между транспортируемой и окружающей средой осуществляется только в теплообменниках; движение потока осуществляется со скоростями, при которых его сжимаемость можно не учитывать; при движении потока по коммуникациям систем изменение его плотности допустимо не учитывать.

Изменение параметров транспортируемой среды при ее движении по элементам системы 1 представлено на рис. 2.

Рп2 РаЗ

Р„4

Рп5 Рв< Р«1

•3-4

\<*5ч

5-6

V,.* V« V

Рис. 2. Процессы изменения параметров транспортируемой среды в аэродинамической системе 1

Суммарная механическая мощность, расходуемая на преодоление сопротивлений движению воздуха в системе 1, равна сумме механических мощностей, диссипируемых на участках системы

= (^<2-3) ^б-оКз + ^-5^4-5 АУаРп ■ <»>

3 5

Величина N численно равна площади фигуры, заключенной между

линией 2-3-4-5-6-1 и осью ординат (рис. 2).

Механическая мощность, подводимая к потоку в нагнетателе системы 1, отображается площадью фигуры, заключенной между отрезком 1-2 и осью ординат.

Из сопоставления указанных выше площадей следует, что суммарная механическая мощность, затраченная на преодоление сопротивлений движению потока в системе, отличается от величины механической мощности, подводимой к потоку в нагнетателе, на величину, равную площади фигуры 3-4-5-6:

ЬН=Нн-М^)ря<1У+)ряс1У. (2)

3 5

Из этого следует, что при размещении нагнетателя между охладителем и нагревателем механическая мощность, подводимая к потоку в нагнетателе, меньше механической мощности, затраченной на преодоление сопротивлений движению потока в элементах системы.

Процессы изменения параметров транспортируемой среды в системе 2 представлены на рис. 3.

Рис. 3. Процессы изменения параметров транспортируемой среды в аэродинамической системе 2

Из данных рис. 3 следует, что при размещении нагнетателя между нагревателем и охладителем механическая мощность, подводимая к потоку в нагнетателе, превышает величину механической мощности, затраченной на преодоление сопротивлений движению потока в элементах системы.

Отсутствие баланса между механической мощностью, подводимой к потоку в нагнетателе, н механической мощностью, затраченной на преодоление сопротивлений движению потока по элементам системы, позволяет сделать вывод о том, что работа исследуемой аэродинамической системы сопровождается превращениями энергии.

Так как процесс стационарный, а изменение внутренней энергии в замкнутой системе равно нулю, то в соответствии с первым законом термодинамики в рассматриваемой системе имеют место взаимопревращения

« 6

тепловой и механической энергии. При этом если | Рп (IV + (IV > 0, то

3 5

аэродинамическая система представляет собой разновидность теплового двигателя и ее работа сопровождается прямым преобразованием части тепловой энергии, подводимой к потоку, в механическую энергию потока.

Если $ Рп (IV + $ Ря ¿IV < 0, то исследуемая аэродинамическая система явля-

3 5

ется разновидностью теплового насоса н ее работа сопровождается термодинамическим преобразованием части механической энергии потока в тепловую энергию.

Изложенное выше позволяет сделать вывод о том, что вариант рециркуляционной аэродинамической системы, соответствующий размещению нагнетателя между охладителем и нагревателем, имеет энергетические преимущества пЬред вариантом, соответствующим размещению нагнетателя между нагревателем и охладителем.

Предлагаемый метод использован при исследовании энергетической эффективности двух принципиальных решений прямоточных аэродинамических систем, содержащих нагнетатель и теплообменник. Схема системы 1 приведена на рис. 4, процессы изменения параметров транспортируемой среды на ее участках - на рис. 5 и 6.

О б 3 2 Ъ А 5

Рис. 4. Схема участков прямоточной аэродинамической системы !

Из информации, представленной на рис. 5 и 6, следует, что расход механической мощности в системе 1 отличается от ее прихода на величину

м=]р„аи-рп5(г5-у6). (3)

з

Следовательно, при работе теплообменника системы 1 в режиме нагревателя часть тепловой энергии, подводимой к транспортируемой среде в теплообменнике, преобразуется в механическую энергию потока. При работе теплообменника в режиме охладителя часть механической энергии, подводимой к потоку в нагнетателе, преобразуется в тепловую энергию и отдастся внешней среде в теплообменнике системы 1.

Схема прямоточной аэродинамической системы 2 приведена на рис. 7, процессы изменения параметров транспортируемой среды на ее участках -на рис. 8 и 9.

РпЗ Р»4

Ра 5

Рп«

Р»1

V6

Рис. 5. Процессы изменения объемного расхода и полного давления потока в системе 1 при установке нагнетателя до нагревателя

Рп

Р«2 РаЗ

Рп<

Ря5

Рл Рп»

Ря1

4

4

Рис. 6. Процессы изменения объемного расхода и полного давления потока в системе 1 при установке нагнетателя до охладителя

Ов 6 34

1 2

й—

О

Рис. 7. Схема прямоточной аэродинамической системы 2

\

Р* -

Ра2

Р05

НвО Ря< РиЗ Р.«

Рш1

О_

11111

Рис. 8. Процессы изменения параметров потока в системе 2 при установке нагнетателя после нагревателя

Ра Ра*

Р»5 РЫ)

ы

РпЗ

Р»» Р»1

V

3-4

5

3

Рис. 9. Процессы изменения параметров потока в системе 2 при установке нагнетателя после охладителя

Из рис. 8-9 следует, что расход механической мощности в системе 2 отличается от ее прихода на величину, равную:

М-Р^-Уь)-]?^. ■ . (4)

Из зависимости (4) вытекает, что в системе 2 также имеют место взаимопревращения тепловой и механической энергии.

Из сравнительного анализа степени энергетической эффективности рассмотренных базовых схем прямоточных аэродинамических систем следует, что при идентичности параметров и объемных расходов потока в сечениях 0 и 5 систем, равенстве в них потерь давления транспортируемой среды при работе теплообменника в режиме нагревателя большей энергетической эффективностью отличается система 1, а при работе теплообменника в режиме охладителя - система 2.

Исследован вопрос о возможности снижения энергопотребления нагнетателя аэродинамической системы посредством установки на ее всасывающей линии дополнительных охладителей транспортируемой среды. Определены условия, при соблюдении которых установка дополнительных охладителей транспортируемой среды позволяет уменьшить энергопотребление нагнетателя.

Разработанный метод анализа был использован для определения уровня энергетической эффективности ряда аэродинамических систем, входящих в состав установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа. На основе результатов исследований были предложены и реализованы варианты модернизации аэродинамических систем, позволившие существенно снизить их энергопотребление.

В третьей главе представлены результаты исследований по оптимизации линий связи установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа.

На основе использования метода приведенных затрат получены зависимости, определяющие величину приведенных затрат на устройство и эксплуатацию аэродинамических сетей, содержащих щ последовательно расположенных участков с различными параметрами транспортируемой среды, без тепловой изоляции:

П = <?£ ¡=1

+ «"£<**</„„ Г, V-»! (5)

7=1

С и

0=ЛГ" э " Т : в'^М'С .

юЧ

Установлено, что оптимальные размеры поперечных сечений линии связи аэродинамической сети, состоящей из q последовательно расположенных участков, соответствуют решению системы уравнений:

<511,

-Н]

Решения системы уравнений (6X7) получены:

- для коммуникаций с круглой формой поперечного сечения или с прямоугольной формой с заданным соотношением сторон поперечного сечения:

о'

М. 4в

(8)

- для коммуникаций с прямоугольной формой поперечного сечения и заданным размером одной из сторон сечения:

ДР

Г

29

(9)

Исследованием задачи оптимизации сети, состоящей из д последовательных расчетных участков с круглой или прямоугольной формами поперечного сечения, доказано, что решение данной задачи сводится к решению частных задач по оптимизации каждого из ее расчетных участков

П„ , = у п . (10)

/'= 1

Условия оптимальности размеров поперечного сечения сетей (8), (9) позволяют определить оптимальный вариант аэродинамического расчета путем включения указанных зависимостей в программы расчетов в качестве дополнительных ограничений. В этом случае выбор оптимального варианта расчета осуществляется автоматически.

Зависимость, определяющая величину приведенных затрат на их устройство и эксплуатацию теплоизолированной сети, содержащей ц последовательно расположенных участков, и учитывающая изменение коэффициента трения Я при вариации размеров поперечного сечения участков, получена в следующем виде:

+ в" л р. ((1. ..т . ¿.5 ..., + ■••+ (1. . ф ( ¿»-,1 + ^ ч \ (»)1 ^ 1 1 (1Г)1 <»)9Г<? ч ('»)»/

+ в'

0:)1

т' + т'

я ч

— /.

+ 0 К,

+ </

Г.1, + з:^}

л

2 '

(Н)

3,6 и С, ЯЛ. яг

л ^Р

Условшо оптимальности теплоизолированной сети, содержащей <7 последовательно расположенных участков, соответствует решение системы уравнений

1+~

¿4

(3)1

(12)

дП

сЧ,

--¡г<р е

^ч ч

-г

+0У

V,

4 \ Ш (»*

32 а:

= 05

<9П

-К}

дд

(¡2)1

12

= 0;

(14)

Ш

1+—

(К)?

кф Ы, , ^

(Т + Т" в"р. -

К*>»

= 0.

(15)

Решение системы уравнений (12) - (15) имеет следующий вид: - для сети с круглой формой поперечного сечения или с прямоугольной формой при заданном соотношении сторон:

АР;-ТЛР*о>)1

м

К/)

40+

/о'/ ^

V 2

Рч

0,5

(16)

- дпя сети с прямоугольной формой поперечного сечешш при заданном размере одной из сторон:

0,5

п.а.

др--—др

1 2 (ау+Ау)

20

, г; + т;'

(17)

Из последних уравнений следует, что решение общей задачи оптимизации теплоизолированной сети сводится к решению совокупности частных задач по оптимизации каждого из участков сети. Условия оптимальности размеров поперечного сечения каждого из участков сети определяются зависимостями (16) или (17)

Реализация полученных условий оптимальности размеров поперечных сечений расчетных участков сети при расчете на ЭВМ достигается посредством включения зависимостей (16) и (17) в программы аэродинамического расчета в качестве дополнительных ограничений. В работе представлен алгоритм программы, реализующей оптимизационные расчеты линий связи УКИТ.

На основе результатов исследований разработан способ оптимизации размеров поперечных сечений линий связи низкотемпературных и теплоизолированных сетей, посредством которого была выполнено проектирование линий связи установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа на предприятии строительной керамики.

В четвертой главе представлены результаты исследовании параметров работы нагнетателей в неизотермичных нестационарных аэродинамических системах, содержащих теплообменники.

На примере изучения аэродинамической сети, содержащей один теплообменник (рис. 10) установлено, что данная сеть имеет две Р-^характерн-

Рис. 10. Схема аэродинамической сети, содержащей один теплообмен-

спгки сопротивления сети, связывающие потери давления транспортируемой среды с ее объемными расходами на участках 1-2 и 3-4 и одну Р-О характеристику:

2 3

4

ник

ДР= Кг + + К* ^3-4^=^(3-4)^3-4

2-3

Р\-г

(18)

ДР = *Ь2 + *2-3 + *3-4 Р.-2 Кг = =

(19)

(20)

Определены пределы изменения характеристик сопротивления в зависимости от местоположения теплообменйика в сети и плотностей транспортируемой среды на ее участках.

Получены выражения, определяющие Р-О и Р-У характеристики системы. содержащей п теплообменников (рис. 11), в зависимости от величины плотности транспортируемой среды и местоположения теплообменников в системе.

2 з

21 2гН

—а-1

2п2п+1 2л+2

Рис. 11. Схема аэродинамической сети, содержащей я теплообменников

АР = К.

Рх-г

(21)

ЛР = К,

[(2л+1)-(1л+2)}ч р

(22)

(2л+1)-(2л+2)

ДР--

Р\-г

Р[Ъ+})-{21+2)

Р\-2

2 2 *Р1-2*1-2 = (23)

АР =

1*1-2 + 2-31 + +АГ(2Ж)-{2,42)

+ ■• +к.

(2Л+1И2Л+2) '

^(2.41)^(2/42)

п+2)

Х^(Ь>1)-{2/ч-2)К(Ь+1)-{2/>2) = ^[(2/+1)-(Ь+2)}1/,(2/+1)-(2/+2)Г(И+1)-(27+2)5

(24)

АР =

*•!)-{ 2л 4-2)

х

(25)

Характеристики сети по уравнениям (21) и (23) отнесены к параметрам транспортируемой среды на участке перед теплообменниками, по уравнениям (22) и (25) - после л-го теплообменника, (24) - после г-го теплообменника.

Из последних уравнений следует, что при наличии п последовательно расположенных теплообменников, система имеет п+1 характеристик Р-У сети, связывающих потери давления транспортируемой среды в системе с ее объемными расходами и плотностями на участках, и одну Р-О характеристику.

Обосновано положение о том, что использование метода наложения Р-V характеристик для определения параметров работы нагнетателя в сети, содержащей теплообменники, возможно при совместном решении Р-У характеристик нагнетателя и сети, отнесенных к значению плотности транспортируемой среды во всасывающем патрубке нагнетателя. Методом наложения Р-У характеристик исследованы режимы работы нагнетателя в сетях, содержащих один и п теплообменников. Установлено, что параметры работы нагнетателя а неизотермической сети, содержащей теплообменники, зависят от значений плотностей транспортируемой среды на участках сети, значения коэффициента характеристики сети и вада характеристики нагнетателя. Посредством аппрохсимации отрезков Р-У характеристик нагнетателей получены уравнения, связывающие параметры работы нагнетателя при его размещения в сети после (рис. 12) и до теплообменника (рис. 13).

Рис. 12. Схема аэродинамической системы, содержащей один теплообменник, установленный до нагнетателя

1-0—¥—^

Рис. 53. Схема участков аэродинамической сети, содержащей теплообменник, установленный после нагнетателя

Для квадратичного закона сопротивления получены уравнения в безразмерном виде, связывающие параметры работы нагнетателя в режимах работы системы при отсутствии н при наличии теплообмена в теплообменнике.

При размещении нагнетателя после теплообменника (рис. 12): ^ л0-5

V. =

1-

Т + (1~Т)к

Т1

(26)

(27)

(28) (29)

С=У, Т.

(30)

При размещении нагнетателя перед теплообменником (рис. 13):

/

V =

1 —а

1 + (^--1 )к-а

к ут

(31)

(32)

Индекс 1 относится к режиму работы системы при отсутствии теплообмена в теплообменнике, индекс 2 - при наличии теплообмена. В уравнениях (26) - (35):

V к Т р

К Г3-4 "

КГ -= У _ -IV- . к - ^(3-')2 ■

• ~ # ' ^ - - >1-2 ~ „ > *Э-4 - у • С,

"1 "у1 (1-2)1 (1-2)1 1/1

Показана ограниченность метода наложения Р-У характеристик применительно к определению параметров совместно работающих нагнетателей, в частности при различной плотности транспортируемой среды в их входных патрубках.

Для решения широкого круга задач по определению параметров совместной работы нагнетателей в сетях при разной плотности транспортируемой среды в их входных патрубках разработан метод наложения Р-С характеристик. В соответствии с данным методом, потери давления и массовый расход транспортируемой среды в сети определяются координатами точки пересечения Р-О характеристики сети и суммарной Р-С характеристики совместной работы нагнетателей. Разработан способ построения суммарной /Ч? характеристики последовательно работающих нагнетателей. Получены математические модели, определяющие параметры совместной работы нагнетателей в системе, содержащей два последовательно соединенных нагнетателя и теплообменник, установленный между ними, а также в системе, содержащей два последовательно соединенных нагнетателя и л теплообменников, при установке второго нагнетателя после / - го теплообменника.

Полученные в данной главе математические модели, описывающие параметры работы нагнетателей в неизотермических аэродинамических сетях, были использованы при разработке экономичных принципиальных схем аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям параметров работы вентиляторов в аэродинамических системах с нестационарным тепловым режимом.

Исследования были проведены с использованием стандартных методик измерения физических величин и современных методов обработки результате)!! наблюдений. Эксперименты выполнялись в лабораторных условиях

на специально разработанных экспериментальных стендах, а также в производственных условиях при следующих диапазонах изменения параметров: 0,6> Г £1,0; 0,\>к 2:0,7; -1 2:а>0.

Результаты экспериментальных исследований по определению параметров работы вентилятора при его установке в аэродинамической системе после теплообменника представлены на рис. 14-16. На данных рисунках представлены также зависимости, рассчитанные по формулам (26)-(28).

V

1,26 1,24 1.22 1,2 1,18 1.16 1,14 1,12 1,1 1,08 1,06 1,04 1,02 1

0.6 0,65 0.7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 Т

Рис. 14. Зависимость величины Уу от Т при а~О

Результаты экспериментов показали, что функция = /(7') является убывающей, при этом максимальное значение Уу = 1,25 соответствует значениям Т= 0,6, к =0,1 и а =0. Из результатов экспериментов следует также, 41-0 Уу = /{£)является убывающей, а Г = /(а)- возрастающей функцией, при этом при а < - 0,5 и к >0,7 изменения относительного расхода Vv находятся в пределах погрешностей измерений. Установленный характер зависимости Уу = /(к,а) позволяет обеспечить требуемый вид зависимости Уу = /(7 ) посредством выбора оптимального соотношения коэффициентов характеристик сопротивления участков сети до и после воздухонагревателя, а также подбором вентилятора с характеристикой Р-У, соответствующей оптимальному значению а.

Я

Рис. 15. Зависимость величины Р от Т при к =0,1

N

Рис. 16. Зависимость величины N от а при к - 0,3

Из результатов экспериментов по определению зависимости величины

Ыу от параметров Т, к , а следует, что во всех исследованных режимах работы системы мощность, потребляемая вентилятором, уменьшается при увеличении температуры воздуха во всасывающем патрубке вентилятора. При этом N-/(а) является возрастающей функцией. Так, при Т = 0,6 минимальное значение Nv = 0,48, соответствует значениям а — -1,0 и к = 0,1, максимальное значение = 0,75 соответствует значениям а - 0 и к = 0, 1.

Результаты экспериментальных исследований по определению параметров работы вентилятора при его установке в аэродинамической системе до теплообменника представлены на рис. 17-19. На данных рисунках представлены также зависимости,^рассчитанные по формулам (31)-(33).

V

1

0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 0,8

0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,957" Рис. 17. Зависимость Уу от Т при а - 0

^Экспериментами установлено, что минимальное значение величины Уу = 0,83 в исследованном диапазоне изменения параметров Т, к, а соответствует значениям Т = 0,6; к = 0,7; а = 0. Результаты экспериментов показалнггакже, что при значениях к 2 0,7, 02 а ¿-1,0 и 1,02: 7' 20,6 величина Уу сохраняет постоянное значение Ку=1 в пределах погрешности измерений. Из этого следует, что при размещении воздухонагревателя вблизи выхода воздуха из системы изменение температуры воздуха после воздухонагревателя не оказывает существенного влияния на объемную производительность вентилятора независимо от вида его Р-Ухарактеристики. Наибольшее вЛняние параметров Г и а на величину Уг наблюдается при к = 0,7.

0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 Т Рнс. 18. Зависимость от Т при а - - 0,5

N

1,05 1

0,95 0,9 0,85 0.8

,___

1 г ►

< < ► —^ к к

1 ООО Н II и ООО 3 Г

0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 Рис. 19. Зависимость АГу от 7' при а = О

0,9 0,95 Т

Выявлено, что параметры работы вентилятора в термически несгацио-

нарной сети зависят от параметров Т, к, а и схемы его расположения относительно теплообменника.

Установлено, что требуемый характер изменения объемной производительности вентилятора при изменении температуры воздуха в теплообменнике может быть достигнут не только использованием регулирующих устройств, но и подбором соотношения характеристик сопротивления участков сети до и после теплообменника, а также выбором оптимального вида Р —V характеристики вентилятора.

Результаты экспериментальных исследований показали, что в исследованном диапазоне изменения параметров Т, к , а схема аэродинамической системы с установкой вентилятора до воздухонагревателя отличается меньшим диапазоном изменения параметров работы вентилятора по сравнению с установкой вентилятора после воздухонагревателя.

Результаты выполненных экспериментальных исследований подтверждают достоверность математических моделей, полученных в главе 4 и определяющих параметры работы вентилятора в аэродинамической системе с нестационарным тепловым режимом.

В шестой главе приведены результаты исследований по разработке энергоэкономичных схем аэродинамических систем установок комбинированного использования теплоты и их производственных испытаний.

В основу исследований было положено предложенное Л.А. Рихтером понятие «идеальная схема», соответствующее схемотехническому решению системы, характеризующемуся минимальной энергоемкостью при заданных режимах ее эксплуатации и характеристиках сопротивления ее элементов.

Выполнены сравнительные исследования энергопотребления четырех базовых схем систем воздушного отопления, сопряженных с трактом продуктов сгорания УКИТ. Первая, далее - система 1, соответствует традиционному компоновочному решению с размещением воздухонагревателя на входе воздуха в систему перед вентилятором. Вторая, далее - система 2, соответствует размещению вентилятора после воздухонагревателя и установке последнего на выходе воздуха из системы. Третья, далее - система 3, соответствует размещению вентилятора перед воздухонагревателем и установке последнего вблизи входа воздуха в систему. Четвертая, далее - система 4, соответствует размещению вентилятора перед воздухонагревателем и установке последнего вблизи выхода воздуха из системы воздушного отопления.

В качестве исходных данных для анализа приняты следующие:

В расчетная температура наружного воздуха в холодный период года: / = -22 °С

Щ-22) ^

И максимальная температура наружного воздуха в отопительный период:

В средняя температура наружного воздуха в отопительный период:

V.,, = "'Л "С

И расчетная температура воздуха в рабочей зоне в холодный период года:

/ _ = 18 °С,

рЗ

а требуемые тепловые мощности системы воздушного отопления при температурах наружного воздуха *Н(_22), 'Н(_и). *Н(+в) равны соответственно: д_и = 440кВт, , = 210кВт, = 1 \0kBm;

И массовый расход воздуха в системах 1 и 2 в расчетном режиме работы системы при температуре наружного воздуха -22 °С равен С ц = 2,42 кг/с;

и в расчетном режиме работы системы при объемные расходы

и температуры воздуха на выходе из системы 1 равны соответствующим параметрам систем 2-4; П коэффициент характеристики аэродинамического сопротивления сети:

К' = 191,1

Па-с1

и3-*Г

п режим движения воздуха по элементам систем 1 - 4 характеризуется квадратичным законом сопротивления;

П регулирование тепловой нагрузки систем 1 - 4 осуществляется путем изменения количества продуктов сгорания, проходящих через воздухонагреватель;

О рабочие точки вентиляторов расположены на горизонтальных участках их Р- V характеристик. Это допущение обосновано тем, что горизонтальные участки Р-У характеристик соответствуют, как правило, максимальным значениям КПД вентиляторов.

Из совокупности исходных данных следует, что системы 1 - 4 различаются только местоположениями воздухонагревателя и вентилятора.

Результаты определения параметров работы вентиляторов систем 1-4 представлены в табл. 1 и на рис. 20.

Таблица 1

Параметры работы вентиляторов в системах 1 - 4

№ системы 'и б Р V Ь V N V

1 2 3 4 5 6

-22 2,42 1500 3,24 6950

1 - 1,1 3,22 1992 3,24 9220

+ 8 3,56 2205 3.24 10210

Окончание таблицы 1

1 2 3 4 5 6

2 -22 2,42 794 3,24 3680

-и 2,62 1012 2,76 4000

+ 8 2,73 1134 2,56 4150

3 -22 2,42 1500 1,72 2690

1 2,62 1383 2,02 3990

+ 8 2,75 1335 2,19 4170

4 -22 2,42 794 1.72 1950

- 1.1 2,23 734 1,72 1800

+ 8 2,16 710 1,72 1750

N

Рис. 20. Зависимости ;;ощностей, потребляемых вентиляторами систем 1-4 от значений температуры наружного воздуха

Из данных табл. 1 и рис. 20 следует, что максимальным энергопотреблением отличается традиционное компоновочное решение (система 1), а минимальным - система 4. Из полученных данных следует также, что компоновочные решения системы, соответствующие размещению вентилятора перед воздухонагревателем (системы 3 и 4), характеризуются меньшей энергоемкостью по сравнению с размещением вентилятора после воздухонагревателя (системы 1 и 2).

Результаты исследований дают основания выбрать в качестве «идеальной схемы» системы воздушного отопления схемотехническое решение с установкой вентилятора до воздухонагревателя и размещением последнего у выхода воздуха из системы (система 4).

Отношение мощностей, потребляемых вентиляторами систем 1-3 к величине мощности, потребляемой вентилятором системы 4, представлено в табл. 2.

Таблица 2

Отношение мощностей, потребляемых вентиляторами систем 1-3 к величине мощности, потребляемой вентилятором системы 4

Система Температура наружного вотдуха

-22 -1,1 +8

1 3,56 5,12 5,83

2 1,89 2,22 2,37

3 1,38 2,22 2,38

Из данных табл. 2 следует, что применение «идеальной схемы» (система 4) позволяет получить существенную экономию электроэнергии на привод вентиляторов систем воздушного отопления. Так, применение традиционного схемотехнического решения (система 1) влечет перерасход электроэнергии электродвигателем вентилятора в течение отопительного периода в 5,12 раза по сравнению с «идеальной схемой».

Однако реализация «идеальной схемы» в большинстве случаев невозможна, так ках местоположение воздухонагревателя в системе определяется необходимостью его размещения в тракте продуктов сгорания УК ИТ. Учитывая это, рекомендуется для повышения энергетической эффективности системы воздушного отопления размещать вентилятор перед воздухонагревателем и проектировать систему так, чтобы аэродинамическое сопротивление участка системы после воздухонагревателя было минимально возможным.

Важнейшей особенностью УКИТ является то, что в качестве источника тепловых ресурсов установки применяется теплоиспользующее технологическое оборудование с заданным тепловым режимом. Ряд технологических процессов тепловой обработки изделий характеризуется стационарным

температурным режимом, при котором температура, объемный и массовый расходы продуктов сгорания сохраняют постоянные значения в период работы установки. Последнее предопределяет необходимость обеспечения постоянства массовой производительности дымососа при различных режимах работы теплообменников аэродинамических систем, сопряженных с трактом продуктов сгорания. Одним из вариантов решения данной задачи является стабилизация параметров продуктов сгорания во входном патрубке дымососа при различных режимах работы установок. Выполненные исследования показали, что при количественном регулировании тепловых нагрузок воздухонагревателя и контактного водонагревателя путем изменения объема продуктов сгорания, проходящих через воздухонагреватель н контактный водонагреватель, можно добиться стабилизации режима работы дымососа и обеспечить заданное значение массового расхода продуктов сгорания в установке при переменной тепловой нагрузке системы воздушного отопления. Необходимыми условиями для этого являются постоянство суммарной тепловой нагррки, отбираемой у продуктов сгорания в воздухонагревателе и контактном водонагревателе, а также равенство потерь давления в тракте продуктов сгорания при различных режимах работы установки.

Достоверность полученных в работе выводов и рекомендаций подтверждена результатами производственных испытаний установок комплексного и комбинированного использования теплоты продуктов сгорания природного газа, выполненных на ряде предприятий по производству строительных материалов, машиностроительной и химической отраслей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Выполненный в настоящей работе комплекс теоретических и экспериментальных исследований в направлении изучения и оптимизации аэродинамических и энергетических характеристик аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа позволил получить следующие научные результаты:

1. Разработан метод определения энергетических характеристик аэродинамических систем, основанный на отображении процессов изменения параметров транспортируемой среды в координатных осях Ра-У и анализе характера изменений механической мощности потока при его движении по элементам системы.

В результате исследования энергетических характеристик аэродинамических систем, содержащих нагнетатель и теплообменники, установлено, что при установке нагнетателя перед нагревателем или после охладителя в системе протекают термодинамические процессы, сопровождающиеся преобразованием теплоты в механическую энергию потока, а система является разновидностью теплового двигателя. При размещении нагнетателя перо охладителем или после нагревателя в системе протекают процессы, сопровождающиеся "1 С[К- <ОДН11', <1 > им преобразованием части механической энергии потока в тг:и;слу, яря этом система является разновидностью теп-

лового насоса.

2. Данный метод использован при разработке и совершенствовании ряда установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа на предприятиях по производству строительных материалов, в машиностроительной и химической отраслях промыншенности.

3, В результате выполненных исследований по оптимизации низкотемпературных сетей, содержащих последовательные участки с различными аэродинамическими характеристиками, установлены зависимости, определяющие величину приведенных затрат на устройство и эксплуатацию разветвленных аэродинамических сетей с круглой и прямоугольной формами прямоугольного сечения.

Решены задачи оптимизации размеров поперечного сечения аэродинамических сетей, состоящих из последовательных участков с круглой или с прямоугольной формами поперечного сечения при двух видах вариации его размеров - при заданном соотношении сторон прямоугольного сечения или при заданное™ размера одной из его сторон. Полученные решения применимы для оптимизационных расчетов как без учета, так и с учетом теплосберегающего эффекта тепловой изоляции.

3. Установлено, что аэродинамическая сеть, содержащая л последовательно расположенных теплообменников, имеет 1 Р-У характеристик сопротивления сети, отнесенных к плотностям и объемным расходам на участках системы с различными температурами транспортируемой среды. Получены функциональные зависимости Р-У и Р-О характеристик сопротивления сетей, содержащих последовательно расположенные теплообменники.

4. В результате исследований параметров работы нагнетателя в неизотермической аэродинамической сети показано, что корректность метода наложения Р-К характеристик для определения рабочей точки нагнетателя в неизотермической сети обеспечивается только при совместном решении Р-У характеристик сети и нагнетателя, отнесенных к плотности транспортируемой среды на входе в нагнетатель.

Посредством применения метода наложения Р-У характеристик получены зависимости, связывающие параметры работы нагнетателя в неизотермической сети при отсутствии и при наличии теплообмена в теплообменниках и различных вариантах взаимного расположения нагнетателя и теплообменников. Созданы математические модели, определяющие параметры работы нагнетателя в неизотермической сети при различных вариантах взаимного расположения нагнетателя и теплообменников.

5. Для решения широкого круга задач по определению параметров совместной последовательной работы нагнетателей в сетях при разной плотности транспортируемой среды в их входных патрубках разработан метод наложения Р-С характеристик. В соответствии с данным методом, потери давления и массовый расход транспортируемой среды в сети определяются координатами точки пересечения Р-О характеристики сети и суммарной /'-О' характеристики совместной работы нагнетателей. Разработан способ

построения суммарной P-G характеристики последовательно работающих нагнетателей.

6. Достоверность математических моделей, определяющих параметры работы нагнетателей в термически нестационарных сетях, подтверждена результатами экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях.

7. Определена «идеальная» схема системы воздушного отопления с переменной тепловой нагрузкой, соответствующая минимальному потреблению электроэнергии вентилятором системы при ее заданных тепловых и аэродинамических параметрах. Доказано, что использование «идеальной» схемы в эжекционных высокотемпературных системах воздушного отопления позволяет существенно снизить расход электроэнергии вентилятором по сравнению с традиционным схемотехническим решением.

8. Достоверность предложенных технических решений и их эффективность подтверждена экспериментальными исследованиями установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания в натурных условиях на ряде промышленных предприятий.

10. Результаты исследований опубликованы в монографии и внедрены в учебный процесс при обучении студентов по направлениям «Строительство» (55.01) и «Теплоэнергетика» (55.09).

Список основных опубликованных работ по теме диссертации

1 .Василенко А.И. Интенсификация теплообмена в теплообменнике тиш «труба б трубе» // Комплексное использование теплоты при проектированит и строительстве промышленных предприятий. - Ростов н/Д: РИСИ, 1987. С. 29-32.

2.A.c. № 1334029. Теплообменник типа труба в трубе // Е.Е. Новгород ский Н.И., Жуков, А.И. Василенко, Е.В. Одокиенко - БИ. - 1987. - J& 32.

3.Василенко А.И. Работа вентилятора в вентиляционной сети при егс установке до воздухонагревателя // Теплоснабжение и вентиляция arpo про мышленного комплекса. - Ростов н/Д: РИСИ, 1988. - С. 60-64.

4.Шилов В.А., Василенко А.И., Карагодин Ю.Н. Циклонный аппарат < вращающимся отражательным элементом // Энергосберегающие установи отопления, вентиляции, кондиционирования. - Ростов н/Д: РИСИ, 1989. • С. 43-46.

5.Шилов В.А., Карагодин Ю.Н., Новгородский Е.Е., Василенко А.И Повышение эффективности процессов очистки воздуха в циклонных aima ратах. // Обеспыливание при проектировании, строительстве и реконструк ции промышленных предприятий. - Ростов н/Д: РИСИ, 1989. С. 54-56.

6.A.c. № 150939. Циклон // В.А. Шилов, А.И. Василенко, Е.Е. Новгородский - БИ. - 1989. - № 36.

7. A.c. № 1542629. Пылеотделитель II В.А. Шилов, А.И. Василенко. -БИ. - !990.-М>6.

8.Василенко Л.П., Михалкович J1.H. Применение уравнения Бернулли для анализа потоков при наличии подвода теплоты // Оптимизация систем теплоснабжения и вентиляции аграрно-промышленного комплекса. - Ростов н/Д: РИСИ, 1990. - С. 18-20.

9.Василенко А.И., Шилов В.А. Совершенствование пылеуловителей типа «антициклон» // Обеспыливание в строительстве. - Ростов н/Д: РИСИ, 1990.-С. 60-62.

Ю.Шилов В.А., Новгородский Е.Е., Василенко А.И., Широков В.А. Очистка запыленных продуктов сгорания природного газа // Газовая промышленность. -1993. - № 6. - С. 24.

П.Шилов В.А., Новгородский Е.Е., Василенко А.И., Широков В.А. Пылеуловитель для очистки газов // Газовая промышленность. - 1993. - N> 8. С. 24.

12.Новгородский Е.Е., Попов A.C., Василенко А.И. Использование теплоты уходящих газов котлоагрегатов // Инф. листок № 288-95. - Ростовский ЦНТИ, 1995.-3 с.

13.Шилов В.А., Новгородский Е.Е., Василенко А.И., Бысгрова Е.С. Очистка запыленных газов // Известия академии промышленной экологии. - 1997. ->& 1. С. 73-75.

14.Василенко А.И. Оптимизация аэродинамического расчета воздуховодов вентиляционных систем // Междунар. науч.-практ. конференция «Строительство-98»: Тезисы докладов. - Ростов н/Д: РГСУ, 1998. - С. 110111.

15.Василенко А.И. Параметр оптимизации аэродинамического расчета воздуховодов вентиляционных систем // Перспективные разработки, материалы и методы производства работ. - Ростов-на-Дону: «СЕВКАВНИ-ПИАГГОПРОМ», 1998 . - С. 29-30.

16.Василенхо А.И. Работа вентилятора в неизотермической сети II Материалы юбилейной науч.-практ. конференции. - Ростов-на-Дону: РИСИ, 1998.-С. 152-157.

17.Новгородскин Е.Е., Василенко А.И. Оптимизация аэродинамического расчета газоходов И Газовая промышленность. 1998, июнь - С. 30.

18.Василенко А.И. Графо-анашггический метод определения энергетических характеристик аэродинамических систем И Известия академии промышленной экологии. - 1999. - № 1 - С. 47-50.

19.Василенко А.И. Оптимизация аэродинамического расчета воздуховодов вентиляционных систем II Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 1999. - № 3-4, С. 30.

20.Василенко А.И. Энергетическая эффективность прямоточной аэродинамической системы, содержащей теплообменник, установленный перец нагнетателем // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды. Вып. 3. - Ростов н/Д: РГАСХМ, 1999. - С. 56-58.

21.Сравнительный анализ применения кошгактных и поверхностных конденсационных теплообменников / Нозгородсхий Е.Е., Шанин Б.В., Василенко А.И. и др. / - //Материалы междунар. науч.-практ. семинара

«Актуальные проблемы строительства». Тез/ докл. - Ростов н/Д: РГСУ.- С. 17.

22.Василенко А.И., Челбашов Д.В. Оптимизация основных параметров линий связи установок комплексного использования теплоты // Известия РГСУ. 1999. - № 4. - С. 128-132.

23.Новгородский Е.Е., Василенко А.И. Оптимизация разветвленных низкотемпературных аэродинамических сетей с прямоугольной формой поперечного сечения // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды. Вып. 3. - Ростов н/Д: РГАСХМ, 1999. - С. 58-59.

24.Василенко А.И., Новгородский Е.Е. Оптимизация аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты на промышленных предприятиях. - Ростов н/Д: РГСУ, 1999. -175 с.

25. Василенко А.И. Изменение энергопотребления нагнетателя при установке в аэродинамической системе дополнительных теплообменников // Безопасность, экология, энергосбережение: Материалы науч.-техн. семинара. Вып. 1. - Гнзель-Дере, 1999. С. 149-151.

26.Василенко А.И. Влияние тепловой изоляции газоходов на энергопотребление нагнетателя,'/ Безопасность, экология, энергосбережение. Материалы науч.-техн. семинара. Вып. 1. - Гизель-Дере, 1999. С. 152-153.

27.Василенко А.И., Новгородский Е.Е. Метод для определения параметров совместной работы нагнетателей в аэродинамических системах, содержащих теплообменник II Инф. листок № 52-99. - Ростовский ЦНТИ, 1999. - 2 с.

28.Василенко А.И., Новгородский Е.Е. Энергетическая эффективность аэродинамической системы, содержащей воздухонагреватель // Инф. листок № 53-99. - Ростовский ЦНТИ, 1999. - 2 с.

29.Василенко А.И., Новгородский Е.Е. Влияние тепловой изоляции линий связи на энергетическую эффективность установок комплексного использования теплоты // Инф. листок № 54-99. - Ростовский ЦНТИ, 1999. -2 с.

30.Василенко А.И., Новгородский Е.Е. Изменение энергопотребления нагнетателя аэродинамической системы при установке в ней дополнительного теплообменника // Инф. листок № 55-99. - Ростовский ЦНТИ, 1999. -2 с.

31.Новгородский Е.Е., Василенко А.И. Способ анализа энергетической эффективности неизотермических аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты. // Известия РГСУ. - 2000. - № 5. - С. 103108.

32.Василенко А.И. Метод определения параметров совместной работы вентиляторов в неизотермнчной сети // Междунар. науч.-практ. конференция «Строительство-99»: Тез. докл. - Ростов н/Д: РГСУ, 1999. - С. 76.

33.Василенко А.И. Параметры работы вентилятора при его установке в сети после теплообменника // Междунар. науч.-практ. конференция «Строительство 2000»: Материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов н/Д: РГСУ, 2000. - с. 104.

34.Василенко А.И. Параметры работы вентилятора при его установке в сети до теплообменника. // «Строительство 2000»: Материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов н/Д:РГСУ, 2000. - с. 103.

35.Новгородский Е.Е., Василенко А.И. Модернизация установки комплексного использования теплоты в цннкобелильном производстве. // Энергосбережение и водоподготовка. - 2000. - № 2. - С. 37-40.

36.Василенко А.И., Новгородский Е.Е. Усовершенствование установки комплексного использования теплоты при производстве кирпича. //Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2000. -№7. - С.22-23.

37.Василенко А.И. Снижение расхода электроэнергии отопнтельно-вентиляционными установками. // Рациональное использование электроэнергии в строительстве и на транспорте: Труды Междунар. науч.-практ. конференции. - Ростов и/Д: РИСИ, 2000. С. 99-103.

38.Василенко А. И. Параметры работы вентилятора, установленного в термически нестационарной сети до теплообменника // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды. Вып. 4. - Ростов н/Д: РГАСХМ, 2000. - С. 25-26.

39.Новгородский Е.Е., Василенко А.И. Работа вентилятора при его установке в термически нестационарной сета после теплообменника // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды. Вып. 4. -Ростов н/Д: РГАСХМ, 2000. - С. 50.

40.Новгородский Е.Е., Василенко А.И., Корабельнкков Е.Г. Расчет оптимальных конструкционных параметров теплообменных аппаратов И Обозрение прикладной и промышленной математики. Т. 7. Вып. 2. - М.: «ТВП», 2000. - С. 397-398.

41.Рекомендации по применению утилизаторов теплоты воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией, и теплоты дымовых газов на промышленных предприятиях отрасли строительного и дорожного машиностроения - / Ткаченко Л.А., Новгородский Е.Е., Василенко А.И., Широков В.АУ - Ростов н/Д: РГСУ, 2000. - 34 с.

42.Василенко А.И., Новгородский Е.Е. Сравнительная энергетическая эффективность эжекционных систем воздушного отопления // Инф. листок № 33-064-00. - Ростовский ЦНТИ, 2000. - 2 с.

43.Василенко А.И., Новгородский Е.Е Стабилизация параметров работы дымососа в промышленных установках комбинированного использования теплоты // Инф. листок № 32-064-00. - Ростовский ЦНТИ, 2000. - 2 с.

44.Василенко А.И. Превращения энергии в аэродинамических системах // Архитектурно-художественное образование России на рубеже веков: Тез/ докл/ науч.-практ. конференции. - Ростов и/Д: РГААИ, 2000. - С. 7-8.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А,, п, - коэффициенты, характеризующие режим движения потока на участке линии связи; и-,. Ь-, - стороны прямоугольного поперечного сечения коммуникации, м; р - коэффициент к расчетному перепаду температур; С, - удельная стоимость электроэнергии, руб./ кВт®ч; С, - удельная стоимость воздуховодов(газоходов), рубУкг; Са - удельная стоимость тепловой изоляции, руб./кг; С( - удельная стоимость топлива, руб7нм3; с!} - диаметр участка линии связи, м; (1щ - эквивалентный по скорости диаметр участка с прямоугольным поперечным сечением, м; - толщина стенок воздуховода (газохода) на участке, м; - толщина слоя тепловой изоляции на участке, м; ч> - коэффициент формы прямоугольного поперечного сечения воздуховода; С] - массовый расход транспортируемой среды на участке, кг/с; _/ -номер участка; г/, - коэффициент полезного действия нагнетателя; к/ - характеристика сопротивления участка сети, ПасУкг-м' ; V] - объемный расход воздуха на участке, м3/с; V, - объемная производительность нагнетателя, м3/с; - длина участка линии связи, м.; Ха - коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/м2 • °С; механическая мощность потока, диссипи-руемая на участке, Па; М, - механическая мощность, подводимая к потоку в нагнетателе, Па; Ы', - коэффициент, учитывающий долю годовых отчислений от капитальных затрат; Ы" - коэффициент, учитывающий долю годовых отчислений от эксплуатационных расходов; - механическая мощность, расходуемая на преодоление сопротивлений движению транспортируемой среды в системе, Вт; - материалоемкость участка, кг; М ^ - материалоемкость варьируемой части периметра поперечного сечения участка, кг, л, - продолжительность работы установки, ч/год; Р» - давление воздуха, создаваемое нагнетателем, Па; Ря - полное давление транспортируемой среды, Па; АР - потери давления транспортируемой среды в аэродинамической системе, Па; ДРу - потери давления транспортируемой среды на участке аэродинамической системы, Па; АРед - потери давления транспортируемой среды на трение на участке, Па; П - приведенные затраты, руб./год; П) - приведенные затраты устройство и эксплуатацию участка сети, рубУгод; р) - плотность транспортируемой среды на участке сети, кг/м3; ра - плотность транспортируемой среды при нормальных условиях, кг/м3; рт - плотность материала линии связи, кг/м3; р^ - плотность теплоизоляционного материала, кг/м3; - низшая теплота сгорания топлива, кДж/нм3;

д - число расчетных участков линии связи; Т/ - начальная температура продуктов сгорания на участке, °С; Т," - конечная температура продуктов сгорания на участке, °С; и - температура среды, окружающей линию связи, °С; ££ ) - сумма коэффициентов местных сопротивлений на ] - том участке линии связи; г - срок окупаемости дополнительных капитальных вложений за счет снижения текущих затрат, год.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЙ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ УСТАНОВОК КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА.

1.1. Сравнительная характеристика методов оптимизации принципиальных схем и оборудования установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа.

1.2. Методы исследования аэродинамических и энергетических характеристик аэродинамических систем.

1.3. Сравнительная характеристика методов оптимизации поперечного сечения воздуховодов и газоходов.

1.4. ВЫВОДЫ.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

2.1. Энергетические характеристики процессов, протекающих в аэродинамических системах.

2.2. Аэродинамические и энергетические характеристики рециркуляционных аэродинамических систем.

2.3. Аэродинамические и энергетические характеристики прямоточных аэродинамических систем.

2.4. Анализ и совершенствование схем комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа в промышленности

2.5. ВЫВОДЫ.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОММУНИКАЦИЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

3.1. Определение приведенных затрат на устройство и эксплуатацию воздуховодов и газоходов.

3.2. Оптимизация технико-экономических характеристик аэродинамических сетей без тепловой изоляции.

3.3. Оптимизация теплоизолированных газоходов с круглой и прямоугольной формами поперечного сечения.

3.4. Методика тепло-аэродинамического расчета линий связи установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа и ее практическая реализация.

3.5. ВЫВОДЫ.

4. АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЕЙ В

НЕИЗОТЕРМИЧНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СЕТЯХ.

4.1. Свойства характеристик сопротивления аэродинамических сетей, содержащих теплообменник.

4.2. Свойства характеристик сопротивления сетей, содержащих два и более теплообменников.

4.3. Параметры работы нагнетателя при его установке в сети после теплообменников.

4.4. Параметры работы нагнетателя при его установке в сети до теплообменников.

4.5. Метод наложения P-G характеристик и его применение при исследовании совместной работы нагнетателей в аэродинамических сетях.

4.6. ВЫВОДЫ.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ В СИСТЕМАХ С НЕСТАЦИОНАРНЫМ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ.

5.1. Методика проведения исследований.

5.2. Исследования параметров работы вентилятора при его установке в сети после теплообменника.

5.3. Исследования параметров работы вентилятора при его установке в сети до воздухонагревателя.

5.4. ВЫВОДЫ.

6. РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОЭКОНОМИЧНЫХ СХЕМ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ УСТАНОВОК КОМБИНИРОВАННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ И ИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ.

6.1. Сравнительный анализ энергопотребления систем воздушного отопления, сопряженных с трактом продуктов сгорания.

6.2. Методика согласования режимов работы источников теплоты и дымососов в установках комбинированного использования теплоты.

6.3. Экспериментальные исследования аэродинамических систем установок комбинированного использования теплоты продуктов сгорания.

6.4. ВЫВОДЫ.

Проблема рационального использования топливно-энергетических ресурсов имеет первостепенное значение для России. В нашей стране расход первичных энергетических ресурсов в расчете на единицу национального дохода в 2 раза больше чем в США. Более половины всего добываемого топлива и около 70% вырабатываемой электроэнергии потребляется в промышленности [1]. Поэтому повышение эффективности тепловых промышленных установок приобретает особую актуальность.

В «Основных направлениях энергетической политики Российской Федерации на период до 2010 года», утвержденных Указом Президента Российской Федерации от 7 мая 1995 г. № 472 [2], указывается, что энергетическая политика Российской Федерации исходит из следующих приоритетов: повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов и создание необходимых условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития; реализация потенциала энергосбережения за счет создания и внедрения высокоэффективного топливо - и энергопотребляющего оборудования, теплоизоляционных материалов и строительных конструкций.

Важная роль в решении проблемы энергосбережения отводится межотраслевым сдвигам в структуре народного хозяйства в сторону снижения энергоемкости производств и внедрению энергосберегающих технологий [3].

Актуальность проблеме энергосбережения придает также то, что темпы роста энергопотребления до 2020 г. оцениваются в 1,2 - 1,6 % в год [4]. Это значительно выше прогнозируемых темпов прироста добычи топливно-энергетических ресурсов. По расчетам специалистов увеличение мирового потребления энергии может не только обострить дефицит энергоресурсов, но и осложнить экологическую ситуацию, обусловив техногенные изменения климата на планете.

10

Объективная необходимость во внедрении энергосберегающих технологий, интенсификации и автоматизации производства, повышении качества и снижении стоимости продукции, оздоровлении воздушного бассейна городов приводит к увеличению доли высококачественных энергоносителей в топливном балансе страны. Наличие в стране крупных месторождений природного газа, разветвленной сети газопроводов, неоспоримые технические, экономические и экологические преимущества природного газа перед другими видами топлива дает основание считать его наиболее перспективным энергоносителем для тепловых промышленных установок, технологический процесс которых связан с термической обработкой изделий [5].

Анализ использования природного газа в технологических установках показывает, что в ряде случаев уровень тепловой эффективности производственных процессов недостаточно высок из-за низкого КПД нагревательных печей и значительной доли потерь с уходящими продуктами сжигания природного газа [6]. Невысок КПД сушильных установок, в которых в качестве сушильного агента применяются продукты сгорания природного газа, разбавленные воздухом [6]. Необходимо отметить, что низкая эффективность использования топлива приводит не только к его перерасходу, но и ухудшает экологическую обстановку в городах в следствие увеличения объемов вредных веществ, содержащихся в продуктах сгорания и загрязняющих атмосферу.

Важным резервом повышения эффективности использования природного газа в промышленности и предотвращения загрязнения воздушного бассейна является утилизация тепловых ресурсов и их вторичное использование. Необходимо отметить, что хотя это направление развивается достаточно высокими темпами, вторичные тепловые ресурсы утилизируются в настоящее время только на 40 - 45 % [7]. В тоже время потенциал вторичных энергетических ресурсов в отечественной промышленности весьма значителен [8,9,10]. О наличии резервов энергосбережения в машиностроении свидетельствует то, что на машиностроительных заводах только 20 % нагревательных и

11

11 % термических печей оборудованы рекуператорами [11]. Зарубежный опыт показывает, что использование вторичных тепловых ресурсов позволяет покрыть до 70 % потребностей в топливе и до 80 % - потребностей в тепловых ресурсах на выработку технологического пара на отдельных предприятиях черной металлургии [12]. Необходимо отметить, что современный уровень развития техники позволяет утилизировать большинство видов вторичных тепловых ресурсов, соблюдая условие экономической целесообразности [13].

Характерной особенностью теплового режима технологических процессов, осуществляемых на промышленных предприятиях, является потребность в теплоте как высоких, так и низких температурных потенциалов. Например в машиностроении диапазон температур, при которых осуществляется обработка изделий изменяется от 1100 - 1250 °С при подготовке к обработке давлением до 150 - 350 °С при низком отпуске . К потребителям низкого температурного потенциала относятся агрегаты для нагрева сжатого воздуха. Наличие на предприятиях технологических потребителей теплоты различного температурного потенциала открывает принципиальную возможность повышения энергетической эффективности сжигания природного газа посредством реализации известного способа комплексного энерготехнологического использования теплоты продуктов сгорания, сущность которого заключается в последовательном использовании высокопотенциальных продуктов сгорания газа в качестве теплоносителя в установках разного температурного уровня.

Реализация данного способа позволяет сжигать газ только в установке с наибольшим температурным уровнем, а образовавшиеся продукты сгорания последовательно использовать в установках с меньшим температурным уровнем. Принципиально возможно использовать тепловой потенциал продуктов сгорания не только в технологических установках, но и другими потребителями, находящимися как на территории завода, так и вне его. Особое внимание заслуживает решение задачи оптимального использования тепловых ВЭР в рамках целого промузла или микрорайона [14].

12

Достоинство данного метода заключается в максимальном использовании теплового потенциала продуктов сгорания и сокращении числа теплогенерирующих установок.

Значительный интерес представляет метод комбинированного комплексного энерготехнологического использования теплоты продуктов сгорания, при котором теплота продуктов сгорания газа, сжигаемого в технологических агрегатах, используется в санитарно-технических установках - системах отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения.

Практическая реализация способов комплексного и комбинированного использования теплового потенциала продуктов сгорания природного газа осуществляется посредством применения установок комплексного использования теплоты (УКИТ).

Использование УКИТ наряду с повышением тепловой эффективности технологических установок позволяет снизить выбросы вредных веществ в атмосферу населенных мест, что способствует решению актуальных задач охраны окружающей среды, сформулированных в «Проекте основных положений общеакадемической программы биосферных и экологических исследований на период до 2017 г.» [15].

Большой вклад в разработку научных основ установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа внесли научные коллективы Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина, МЭИ (технический университет), Московского государственного открытого университета, Ростовского государственного строительного университета, Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета и ряда других организаций, под руководством профессоров М.Б. Равича, H.A. Семененко, А.Д. Ключникова, JI.A. Рихтера, П.С. Колобкова, Е.Е Новгородского, Б.В. Шанина, и др.

Однако необходимо отметить, что многообразие технологических схем теплоис-пользующих промышленных установок и особенности их эксплуатационных режимов, сложность физических явлений, сопровождающих работу УКИТ, затрудняют разработку их оптимизационных моделей. Это в свою очередь осложняет их оптимизацию, а

13 также оценку энергетической и экономической эффективности принципиальных решений установок.

Одним из перспективных направлений совершенствования УКИТ является оптимизация элементов установок, формирующих совокупность потоков, осуществляющих энергетическое взаимодействие и обмен вещества между отдельными элементами установки, а также между установкой и окружающей средой. При использовании в линиях связи установок газообразного теплоносителя (продуктов сгорания или воздуха) системы, объединяющие в своем составе элементы линий связи и устройства, предназначенные для изменения параметров транспортируемой среды могут быть рассмотрены как специальные системы - аэродинамические системы УКИТ (АС УКИТ). Отличительной особенностью АС УКИТ является то, что реализация целевой функции системы осуществляется за счет энергии транспортируемой среды. Характерными особенностями АС УКИТ являются также значительные перепады температур транспортируемой среды на различных участках системы и нестационарность их теплового и аэродинамического режимов. К АС УКИТ относятся: тракт продуктов сгорания, сопряженные сданным трактом системы воздушного отопления, приточной вентиляции, аэродинамической сушки и др. Учитывая принципиальное сходство процессов движения воздуха и продуктов сгорания, в дальнейшем будем использовать термин «транспортируемая среда» для обозначения транспортируемого агента АС УКИТ.

Реализация целевой функции АС УКИТ в общем случае может быть осуществлена различными инженерными решениями данной аэродинамической системы. При этом, наряду с обеспечением экологичности и требуемого теплового режима технологической тепловой установки, являющейся источником теплоты для УКИТ, ее аэродинамические системы должны характеризоваться оптимальными стоимостными и эксплуатационными характеристиками. Поэтому особую актуальность приобретает проблема оптимизации аэродинамических систем, которая, в свою очередь, может быть решена только при наличии достаточных результатов исследований процессов, сопро

14 вождающих их работу. Учитывая масштабность перспектив применения УКИТ в различных отраслях промышленности можно заключить, что исследование и оптимизация АС УКИТ является научной проблемой, решение которой имеет важное народнохозяйственное значение.

Научной основой изучения процессов, протекающих в в АС УКИТ, являются общепринятые теоретические положения в областях аэродинамики, термодинамики, теп-ломассопереноса, в разработку которых большой вклад внесли научные коллективы под руководством профессоров Л.Д.Ландау, Н.Е.Кочина, Л.Г.Лойцянского, С.С. Кутателадзе, М.А. Михеева, М.П. Вукаловича, И.И.Новикова, А.Д.Альтшуля, И.П.Гинсбурга, Л.А.Вулиса, Н.Я.Фабриканта и многих других.

Важнейший вклад в формирование научных основ аэродинамических систем теп-лоиспользующих установок внесен профессором Л.А. Рихтером, создавшим научное направление, посвященное исследованию и оптимизации газовоздушных трактов тепловых электростанций.

Основная идея, положенная в основу работы над диссертацией, состоит в исследовании энергетических и технико-экономических характеристик рабочих процессов АС УКИТ и определении, на основе результатов исследований, оптимальных принципиальных схем и конструктивных решений систем.

Цель работы заключается в разработке и реализации методов повышения энергетической эффективности аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты сгорания природного газа и оптимизации их принципиальных схем и конструктивных решений.

Научная новизна работы состоит в развитии научных положений и методов исследований аэродинамических и энергетических характеристик АС УКИТ, что конкретизируется следующим:

1. Разработан метод исследования энергетической эффективности аэродинамических систем, основанный на отображении процессов изменения параметров транспор

15 тируемой среды в элементах аэродинамической системы в координатных осях объемный расход (V) - полное давление(Д) и анализе характера изменений механической мощности потока при его движении по элементам системы.

2. В результате исследования физической сущности явлений, сопровождающих работу аэродинамической системы, содержащей теплообменники, установлено, что ее рабочий процесс сопровождается термодинамическими взаимопревращениями тепловой и механической энергии потока.

3. Впервые доказано, что аэродинамическая система, содержащая теплообменники, может работать в двух режимах - теплового двигателя, осуществляя термодинамическое преобразование части теплового потока, подводимого к транспортируемой среде в механическую энергию потока; теплового насоса, осуществляя термодинамическое преобразование части механической энергии потока в тепловую энергию. Установлено, что наибольшая энергетическая эффективность аэродинамической системы соответствует ее работе в режиме теплового двигателя.

4. Установлены зависимости, определяющие параметры работы нагнетателя в аэродинамической сети при нестационарном режиме работы теплообменников, разработаны соответствующие математические модели.

5. Разработан метод наложения Р-0 характеристик, позволяющий определять параметры совместной работы нагнетателей в сети с нестационарным тепловым режимом при различной плотности транспортируемой среды в их входных патрубках.

6. Получены условия оптимальности результатов аэродинамического и тепло-аэродинамического расчета разветвленных линий связи с круглой и прямоугольной формой поперечного сечения, на основе которых разработана методика оптимизации линий связи, адаптированная к динамичным изменениям в ценовой политике.

7. Определены энергосберегающие схемотехнические решения систем воздушного отопления, сопряженных с трактом продуктов сгорания У КИТ.

16

Автор защищает совокупность положений, установленных закономерностей и результатов, разработанные на их основе методы и методики повышения энергетической эффективности аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа, оптимизации их принципиальных схем и конструктивных решений.

Практическая ценность работы состоит в экономии топливно-энергетических ресурсов при сжигании природного газа в промышленных теплоиспользующих установках, улучшении их экологических характеристик, снижения потребления электроэнергии нагнетателями и уменьшение затрат на устройство и эксплуатацию систем, вследствие развития методик исследований АС УКИТ и оптимизации их принципиальных схем и конструктивных решений.

Реализация результатов диссертационной работы.

Результаты диссертационной работы использованы в «Рекомендациях по применению утилизаторов теплоты воздуха, удаляемого местной и общеобменной вентиляцией, и теплоты дымовых газов на промышленных предприятиях отрасли строительного и дорожного машиностроения», а также при разработке установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа на ряде предприятий по производству строительных материалов, в машиностроительной и химической отраслях промышленности, в частности на Ростовском химзаводе, Донецком экскаваторном заводе, Батайском заводе строительных материалов.

Обсуждение работы. Материалы работы доложены на: Первом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (г. Сочи, 2000), международном научно-практическом семинаре «Actual problem of building» (г. Керетаро, Мексика, 1998 г.), научном семинаре Московского государственного открытого университета (1999 г.), научно-практическом семинаре Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина (1999 г.), международном научно-практическом семинаре «Актуальные проблемы строительства» (г. Ростов н/Д,1999 г.), международных на

17 учно-практических конференциях Ростовского государственного строительного университета (г. Ростов н/Д, 1997 - 2000 гг.), международной научно-практической конференции «Рациональное использование электроэнергии в строительстве и на транспорте» (г. Ростов н/Д, 2000 г.), научно-практических конференциях Ростовского инженерно-строительного института (г. Ростов н/Д 1985-1992), Ростовской государственной академии строительства (г. Ростов н/Д, 1994-1996 гг.), международных научно-практических конференциях Ростовского государственного архитектурного института (г. Ростов н/Д, 1998-2000 гг.), научно-практическом семинаре «Безопасность, экология, энергосбережение» (Гизель-Дере, 1999 г.), научно-технических советах Донецкого экскаваторного завода, Батайского завода строительных материалов, Ростовского химического завода и др.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в монографии и 51 научной публикации, в том числе получено 3 авторских свидетельства на изобретения.

Работа выполнялась в соответствии с программой МНТП «Архитектура и строительство» в рамках темы «Комплексное использование теплоты продуктов сгорания природного газа в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений», научно-исследовательской работой по конкурсу грантов 1997-1998 гг. «Разработка теоретических основ проектирования комплексного использования газа», в соответствии с республиканской программой « Научно-методические проблемы строительства и привлечения инвестиций в целях укрепления материально-технической базы образования» по теме «Критические технологии энергоснабжения зданий и сооружений», программы научно-исследовательских работ, финансируемых из средств республиканского бюджета по единому заказ-наряду, а также тематических планов госбюджетных НИР Ростовской государственной академии архитектуры и искусств, Ростовского государственного строительного университета.

18

6.4. ВЫВОДЫ

1. Определена «идеальная схема» системы воздушного отопления с переменной тепловой нагрузкой, имеющая минимальные энергозатраты при заданных тепловых и аэродинамических характеристиках системы. «Идеальная схема» соответствует установке вентилятора перед воздухонагревателем и минимальному аэродинамическому сопротивлению участка сети от воздухонагревателя до выхода воздуха из системы;

2. Установлены количественные соотношения энергетических характеристик «идеальной схемы» и трех других базовых схем систем воздушного отопления. Исполь зование «идеальной схемы» системы воздушного отопления, сопряженной с трактом продуктов сгорания УКИТ, позволяет снизить, по сравнению с традиционным компо

229

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненный в настоящей работе комплекс теоретических и экспериментальных исследований в направлении изучения и оптимизации аэродинамических и энергетических характеристик аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа позволил получить следующие научные результаты:

1. Разработан метод определения энергетических характеристик аэродинамических систем, основанный на отображении процессов изменения параметров транспортируемой среды в координатных осях Р„-У и анализе характера изменений механической мощности потока при его движении по элементам системы.

В результате исследования энергетических характеристик аэродинамических систем, содержащих нагнетатель и теплообменники, установлено, что при установке нагнетателя перед нагревателем или после охладителя в системе протекают термодинамические процессы, сопровождающиеся преобразованием теплоты в механическую энергию потока, а система является разновидностью теплового двигателя. При размещении нагнетателя перед охладителем или после нагревателя в системе протекают процессы, сопровождающиеся термодинамическим преобразованием части механической энергии потока в теплоту, при этом система является разновидностью теплового насоса.

2. Данный метод использован при разработке и совершенствовании ряда установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа на предприятиях по производству строительных материалов, в машиностроительной и химической отраслях промышленности.

3. Установлены зависимости, определяющие величину приведенных затрат на устройство и эксплуатацию аэродинамических сетей, содержащих последовательные участки с различными параметрами транспортируемой среды, применительно к круглой и прямоугольной формам прямоугольных сечений.

230

Решены задачи оптимизации размеров поперечного сечения аэродинамических сетей, состоящих из последовательных участков с круглой или с прямоугольной формами поперечного сечения при двух вариантах вариации его размеров - при заданном соотношении сторон прямоугольного сечения или при заданности размера одной из его сторон. Полученные решения применимы для оптимизационных расчетов как без учета, так и с учетом теплосберегающего эффекта тепловой изоляции.

4. Установлено, что аэродинамическая сеть, содержащая п последовательно расположенных теплообменников, имеет п+1 Р-У характеристик сопротивления сети, отнесенных к плотностям и объемным расходам на участках системы с различными температурами транспортируемой среды. Получены функциональные зависимости Р-У и Р-0 характеристик сопротивления сетей, содержащих п последовательно расположенных теплообменников.

4. В результате исследований параметров работы нагнетателя в неизотермической аэродинамической сети показано, что корректность метода наложения Р-Vхарактеристик для определения рабочей точки нагнетателя в неизотермической сети обеспечивается только при совместном решении Р-У характеристик сети и нагнетателя, отнесенных к плотности транспортируемой среды на входе в нагнетатель.

Посредством применения метода наложения Р- У характеристик получены зависимости, связывающие параметры работы нагнетателя в неизотермической сети при отсутствии и при наличии теплообмена в теплообменниках и различных вариантах взаимного расположения нагнетателя и теплообменников. Созданы математические модели, определяющие параметры работы нагнетателя в неизотермической сети при различных вариантах взаимного расположения нагнетателя и теплообменников.

5. Для решения широкого круга задач по определению параметров совместной работы нагнетателей в сетях при разной плотности транспортируемой среды в их входных патрубках разработан метод наложения Р-Б характеристик. В соответствии с

231 данным методом, потери давления и массовый расход транспортируемой среды в сети определяются координатами точки пересечения P-G характеристики сети и суммарной P-G характеристики совместной работы нагнетателей. Разработан способ построения суммарной P-G характеристики последовательно работающих нагнетателей.

6. Достоверность математических моделей, определяющих параметры работы нагнетателей в термически нестационарных сетях, подтверждена результатами экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях.

7. Определена «идеальная» схема системы воздушного отопления с переменной тепловой нагрузкой, соответствующая минимальному потреблению электроэнергии вентилятором системы при ее заданных тепловых и аэродинамических параметрах. Доказано, что использование «идеальной» схемы в эжекционных высокотемпературных системах воздушного отопления позволяет существенно снизить расход электроэнергии вентилятором по сравнению с традиционным схемотехническим решением.

8. Достоверность предложенных технических решений подтверждена экспериментальными исследованиями установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания в натурных условиях на ряде промышленных предприятий.

9. Основные положения работы и полученные результаты внедрены при разработке и внедрении ряда промышленных установок комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа. Получен существенный энергосберегающий эффект.

Результаты исследований опубликованы в монографии [155], доложены на международных, республиканских, региональных конференциях и семинарах и внедрены в учебный процесс при обучении студентов по направлениям «Строительство» (55.01) и «Теплоэнергетика» (55.09).

232

1.Куперман Л.И., Романовский С.А., Сидельковский Л.Н. Вторичные энергетические ресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности. - Киев: Вища школа, 1986. - 303 с.

2. Юфа А.И. Динамические модели оптимизации энергосберегающей политики с учетом межотраслевого баланса региона // Проблемы энергосбережения. М.: 1990. -№ 3, с. 8-12.

3. Ризнер В. Концепция МИРЭК в области рационального использования энергии // Промышленная энергетика. 1990. № 9. С. 3-6.

4. Ильина E.H., Уткина Л.Д. Экономическая эффективность использования природного газа. М.: Недра, 1978. - 165 с.

5. Новгородский Е.Е. Повышение эффективности использования природного газа в промышленности. Материалы международного семинара «Повышение эффективности использования газа в промышленности». М.: ВНИИЭГазпром, 1987. С. 87-89.

6. Новгородский Е.Е., Широков В.А., Шанин Б.В., Дятлов В.А. Комплексное энерготехнологическое использование газа и охрана воздушного бассейна. М.: Дело, 1997. - 367 с.

7. Общие методические положения по выявлению резервов экономии топлива за счет использования вторичных энергетических ресурсов на промышленных предприятиях. М.: НИИПиН, 1977. - 52 с.

8. Сушон С.П., Завалко А.Г., Минц М.И. Вторичные энергетические ресурсы промышленности СССР. М.: Энергия, 1979. - 320 с.233

9. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник/ А.М.Баклас-тов, В.М. Бродянский, Б.П.Голубев и др.; Под общей ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 552 с.

10. Тихомиров Ю.А., Васильева Е.В. Резервы экономии топлива на нагрев и термическую обработку металла в машиностроении // Промышленная энергетика, 1983. № 10. С. 15-19.

11. Pjatkin А.М., Tishomirov J.A., GalijewaT.M. Arbeitsweise bei der Nutzung von Sekunda'zener gieressouren in der Ud SSR // Energieanwendung. Helt 1. - 1987, № 10. -S. 389-393.

12. Amberg H.-U., Koster G. Verschiedene Verfahren zur Warmezuckgewinnung aus der Fjrtluft. HLH, 1987, №10. - S. 389-393.

13. Колобков П.С. Использование тепловых вторичных энергоресурсов в теплоснабжении. Харьков: Основа, 1991. - 222 с.

14. Проект основных положений общеакадемической программы биосферных и экологических исследований на период до 2015 года // Вестник академии наук СССР. 1988. № 10.

15. Батищев Ю.В., Жуков Н.И., Новгородский Е.Е., Сафарян Б.Р. Определение оптимальной структуры комплексно-ступенчатой схемы использования природного газа со стекловаренной печью прямого нагрева при помощи ЭВМ. // Газовая промышленность. 1988. № 6. С. 46.

16. Бережинский А.И. Установки по использованию вторичных энергетических ресурсов и энергетическое комбинирование. М. ВЗПИ, 1978.

17. Колобков П.С., Осипенко В.Д. Использование вторичных тепловых ресурсов черной металлургии. Киев: Техшка, 1979. - 168 с.

18. Колобков П.С., Волков О.Д. Повышение экономичности теплоэнергетики чер ной металлургии. Харьков: Выща школа, 1981. - 151 с.234

19. Новгородский Е.Е. Системы отопления и вентиляции в установках комплексного использования тепла предприятий химической промышленности// Труды МИНХа и ГП. 1977. Вып. 133.-С. 119-123.

20. Новгородский Е.Е. Установка комплексного использования теплоты продуктов сгорания для санитарно-технических целей // Газовая промышленность, 1993. № 3 -С. 21-23.

21. Новгородский Е.Е. Экономия природного газа на кирпичных заводах // Газовая промышленность. 1993. № 3. С. 26 - 27.

22. Новгородский Е.Е. Энергосберегающие установки комплексного использования теплоты в машиностроении // Вопросы теплообмена в строительстве. Ростов н/Д: Рост. инж. - строит, ин-т, 1990. - С.109-118.

23. Новгородский Е.Е., Бурлаков В.Ю., Широков В.А. Комплексное использование природного газа на деревообрабатывающих предприятиях // Газовая промышленность. 1996. №9-10. С, 62-64.

24. Новгородский Е.Е., Жуков Н.И., Одокиенко Е.В. Рекуперативно-эжекционные системы воздушного отопления: Экспресс-информация. М.: ЦНИИТЭстройдормаш. Сер. 8, 1988. Вып. 1. С. 8-11.

25. Новгородский Е.Е., Коган А.М. Использование тепла удаляемого вентиляционного воздуха на предприятиях Минстройдормаша: Экспресс-информация. М.: ЦНИИТЭстройдормаш, 1986. Вып. 8. С. 11-14.235

26. Новгородский Е.Е., Попов A.C., Василенко А.И. Использование теплоты уходящих газов котлоагрегатов. Инф. листок № 288-95. - Ростовский ЦНТИ, 1995. - 3 с.

27. Новгородский Е.Е., Шанин Б.В. Комплексное использование теплоты в деревообрабатывающей промышленности // Энергосберегающие установки отопления, вентиляции и кондиционирования. Ростов н/Д: Рост. инж. - строит, ин-т, 1989.1. С. 7-12.

28. Новгородский Е.Е., Широков В.А. Комплексное использование тепла при производстве цинковых белил // Экономия материальных и энергетических ресурсов в системах отопления и вентиляции. Ростов н/Д: Рост. инж. - строит, ин-т, 1985.1. С. 124-128.

29. Равич М.Б. Газ и его применение в народном хозяйстве. М.: Наука, 1974.367 с.

30. Равич М.Б. Газ и эффективность его использования в народном хозяйстве. -М.: Недра, 1987. 237 с.

31. Сафарян Б.Р. Повышение тепловой и экологической эффективности комплексного энерготехнологического использования природного газа. Дис. . канд. техн. наук. -М.: МИСИ, 1991.

32. Семененко H.A. Организация теплоиспользования и энерготехнологическое комбинирование в промышленной огнетехнике. М.: Энергия, 1976. - 280 с.

33. Семененко H.A. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в металлургии. М.: Металлургиздат, 1962. - 240 с.236

34. Утилизация низкопотенциальных тепловых вторичных энергоресурсов ресурсов на химических предприятиях / В.Ф. Григорьев, В.К. Нейман, С.Д.Чураков и др. -М.: Химия, 1987. -240 с.

35. Хохендорф У. Повышение эффективности комплексного использования теплоты продуктов сгорания природного газа для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Дис. . канд. техн. наук. Ростов н/Д: Рост. инж.-строит, ин-т, 1990.

36. Шанин Б.В. Эффективность использования газа в промышленности и защита воздушного бассейна. г. Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1979. - 223 с.

37. Шанин Б. В. Экономия газа в промышленности. г. Горький: Волго-Вятское изд-во, 1982. - 188 с.

38. Широков В.А. Установка комплексного ступенчатого использования тепла продуктов сгорания в эмалировочном производстве // Труды МИНХа и ГП. 1982. Вып 167. С. 18-26.

39. Эффективность использования топлива / М.Б. Равич; ВИНИТИ. М.: Наука, 1977. - 344 с.

40. Elsfsser R.F., Maier W. Profitables Potential // Energie 1984, - № 11. S. 17-28.

41. Stetborn G. Warmezuckgewinnung aus Gasen und Flüssigkeiten in verschiedenen Temperaturbereichen// Jahebuch der Warmezckgewinnung. 5. Ausgabe 1985/86. - VulkanVerlag Essen, 1987. - S. 217-227.

42. Hannover' 80. Technologien zur sinnvollen Energie. - nutzung «TV», 1980, 21, № 9. -s. 58-60.

43. W.K. Gaz Brennwertkessell. «JKZ». 1981, 36, 119. - s. 58-60.

44. Bei Prozeswarmeerzeugern Warmerckgewinneen «Maschinenmart», 1980, 86, № 5.s. 69.

45. Gfeller Jurg. Energieforschung der offenicher Hand «Elektrizitatsver-wertung», 1980, 55, № 10. -s. 223-226.237

46. Pope Alfred H. Cleaner modification results in cost energy saving. «Ceram. Ind.» (USA). 1979, №2.- s. 41.

47. De Tollenaere R. Collectivité du gaz. Assemblee generale statutaire - 21 mars 1980, «Rev. Gen gaz», 1980 № 2 . - s. 75-80.

48. Nouvelles du GERGA. «Rev. Gen gaz», 1980, № 2. s. 81-90.

49. Brizielli S., Ganapini G. Realizzazioni nel campo del risparmo energetico applicato ai forni di riscaldo. «Boll tech. Finsider», 1981, № 390. s. 3-9.

50. Energiebesparing: plannen tn werkeligkheid., Caz (Ned). 1980, № 1. s. 16-20.

51. Ключников A.Д. Высокотемпературные теплотехнологические процессы и установки. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 336 с.

52. Ключников А.Д. Теплотехническая оптимизация топливных печей. М.: Энергия, 1974. - 343 с.

53. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения. -М.: Энергоатомиздат, 1986.

54. Аракелов В.Е. Комплексная оптимизация энергоустановок промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1984 - 80 с.

55. Кафаров В.В., Мешалкин В.П., Гурьева JI.B. Оптимизация теплообменных процессов и систем. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 192 с.

56. Мешалкин В.П., Гурьева Л.В. Метод решения задачи синтеза теплообменных систем как задачи о назначениях с использованием «венгерского» алгоритма // Теор. основы хим. технологии. 1984. 7. 18. № 1. С. 87-93.

57. Зайцев А.И., Митновицкая Е.А., Левин Л.А., Книгин А.Е. Математическое моделирование источников энергоснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат. 1991. - С. 152.

58. Новгородский Е.Е. Установки отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в системах комплексного использования тепла // Оптимизация работы систем отопления и вентиляции. Куйбышев: Куйбышевский государственный университет, 1986. - С. 129-132.

59. Шанин Б. В. Экономия газа в промышленности. г. Горький: Волго-Вятское изд-во, 1982. - 188 с.

60. Бошнякович Ф. Оценка теплотехнических процессов с помощью эксергии. Энергия и эксергия. М.: Мир, 1968.

61. Бродянский В.М. Термодинамический анализ низкотемпературных процессов: Конспект лекций. М.: Изд-во. МЭИ, 1966.

62. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.: Энергия. 1973. - 296 с.

63. Бродянский В.М., Ишкин И.П. Метод термодинамического анализа процессов в холодильных установках// Холодильная техника. 1961. № 5. С. 41-47.

64. Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения. М.: Энергоатомиздат, 1988. С. 288.

65. Каневец Т.Е. Теплообменники и теплообменные системы. Киев. Наукова думка. 1982.

66. Костенко Г.Н. Термодинамически объективная оценка эффективности тепловых процессов // Промышленная теплотехника. 1983. Т.5. № 4. С.70-73.

67. Сорин М.В., Бродянский В.М., Лейтес И.Л. Выбор оптимальной структуры те-плообменных систем химических производств //Химическая промышленность. 1987.2398. С. 18-23.

68. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия. М.: Энергия, 1968. - 279 с.

69. Оценка эффективности энерготехнологического комбинирования с помощью эксергетического метода / В.П. Семенов, М.Х. Сосна, С.Н. Фадеева, И.Л. Лейтес // Химическая промышленность. 1975. № 5. С. 359-363.

70. Linnhoff В., Hindmarsh Е. Chem. Eng. Sei. 1983. V. 5. P. 745.

71. Ponton J.U., Donaldson R.A. // Chem. Eng. Sei., 1974. V. 24. P. 2375.

72. Кафаров B.B. Мешалкин В.П., Перов В.Л. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Химия, 1979, - 357 с.

73. Челбашов Д.В. Комплексная схема использования природного газа на кирпичном заводе // Тез. докл. Международной научно-практической конференции. Ростов н/Д: РГСУ, 1998.-С. 115-116.

74. Челбашов Д.В. Оптимизация схем использования теплоты при производстве строительной керамики // Известия РГСУ Ростов н/Д: РГСУ, 1998. № 2. - С. 173.240

75. Челбашов Д.В. Комплексное использование теплоты продуктов сгорания природного газа в теплоснабжении предприятий по производству строительной керамики: Дис. . . канд. техн. наук. Ростов-на-Дону: РГСУ, 1999.

76. Строительный каталог. Часть 10. Санитарно-техническое оборудование. Приборы и автоматические устройства. Раздел 1. Отопительно-вентиляционное оборудование. Подраздел 73. Теплоутилизационное оборудование. М.: ГПИ «Сантехпроект», 1984.

77. Богословский В.Н., Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1983. -320 с.

78. Поляков A.A., Канаво В.А. Тепломассообменные аппараты в инженерном оборудовании зданий и сооружений. -М.: Стройиздат, 1989. 200 с.

79. Аксельбанд A.M., Бильдер З.П., Ясинский A.C. Эксергетический К.П.Д. теплообменников «вода-пар» с учетом гидравлических сопротивлений // Изв. вузов. Энергетика. 1970. №7. С. 107-109.

80. Бакластов A.M., Горбенко В.А., Удыма П.Г. Проектирование, монтаж, и эксплуатация тепломассообменных установок. М.: Энергоатомиздат, 1981. 320 с.

81. Калафати Д.Д., Попалов В.В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 152 с.

82. Коротаев В.М. Основы методики оптимизации теплообменных аппаратов по числу единиц теплоэнергетической эффективности // Изв. вузов. Сер. Пищевая технология. 1981. №2. С. 89-95.

83. Подъякова JI.E. Разработка математического обеспечения системы автоматизированного проектирования теплообменной аппаратуры: Дис. . канд. техн. наук. -Уфа, 1975.

84. Чернышевский И.К. К.П.Д. и эффективность теплообменных аппаратов // Энергомашиностроение. 1964. № 8. С. 24-26.

85. В.Л. Гапонов, Е.Л. Медиокритский, Е.Е. Новгородский. Защита окружающей среды при теплотехнологическом использовании продуктов сгорания теполобменными системами. РГАСМ: Ростов н/Д, 1998. - 268 с.

86. Патент № 1772437. Устройство для воздействия на поток текущей среды / У. Хохендорф, Е.Е. Новгородский, Б.Н. Юрманов . Б.И. 40, 1992.

87. A.C. № 1334029. Теплообменник типа труба в трубе. Е.Е. Новгородский, Н.И. Жуков, А.И. Василенко, Е.В. Одокиенко. Бюл. № 32, 1987.

88. А.С. № 150939. Циклон . В.А. Шилов, А.И. Василенко, Е.Е. Новгородский // Бюллетень изобретений, 1989. № 36.

89. Шилов В.А., Василенко А.И., Карагодин Ю.Н. Циклонный аппарат с вращающимся отражательным элементом. // Энергосберегающие установки отопления, вентиляции, кондиционирования. Ростов н/Д: Рост. инж.-строит, ин-т, 1989. - С. 43-46.

90. Шилов В.А., Новгородский Е.Е., Василенко А.И., Широков В.А. Очистка запыленных продуктов сгорания природного газа. // Газовая промышленность. М.: 1993. №6. -С. 24.

91. Шилов В.А., Новгородский Е.Е., Василенко А.И., Быстрова Е.С. Очистка запыленных газов // Известия академии промышленной экологии. 1997. № 1. С. 73-75.

92. А.С. № 1542629. Пылеотделитель. В.А. Шилов, А.И. Василенко // Бюллетень изобретений, 1990. № 6.

93. Василенко А.И., Шилов В.А. Совершенствование пылеуловителей типа «антициклон». // Обеспыливание в строительстве. Ростов н/Д: Рост. инж.-строит, ин-т 1990.- С. 60-62.

94. Шилов В.А., Новгородский Е.Е., Василенко А.И., Широков В.А. Пылеуловитель для очистки газов // Газовая промышленность. М.: 1993.№ 8. - С. 24.

95. Рихтер JI.A. Газовоздушные тракты тепловых электростанций. М.: Энергия, 1969. - 272 с.

96. Рихтер JI.A. Тяга и дутьё на тепловых электростанциях. М.: Госэнергоиздат,1962.

97. Рихтер Л.А. Вопросы аэродинамики газовоздуховодов и регулирование тяго-дутьевых машин электростанций. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959, 136 с.

98. Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). М.: Энергия, 1964.

99. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства Ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 1. М.: Стройиздат, 1992. - 410 с.

100. Торговников Б.М., Табачник В.Е., Ефанов Е.М. Справочник по проектированию промышленной вентиляции. Киев: Буд1вельник, 1983. - 256 с.243

101. Takamtsu Т., Hashimoto I. Optimal design of a large complex sistem from the viewpoint of sensitiviti analisis. // Ind. And. Eng. Chem. Process Des. Develop. 1970. Vol. 9. № 3. P. 368379.

102. Диттмар P., Хартман К., Райлинг Г. Применение теории чувствительности при исследовании химико-технологических систем. // Теоретич. Основы химич. Технологии. 1978. Т. 12. № 6. С.896-900.

103. Диттмар Р., Хартман К., Островский Г.М. Применение аппарата теории чувствительности для исследования и оптимизации химико-технологических систем. // Теорет. основы хим. технологии. 1978. Т. 12. № 1. С. 104-112.

104. Островский Г.М. Проблемы моделирования сложных химико-технологических систем. // Математическое моделирование химических производств. -М.: Мир, 1973. С. 365-381.

105. Калинушкин М.П. Вентиляторные установки: Учеб. пособие для строит, вузов. 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1979. - 223 с.

106. Калинушкин М.П. Насосы и вентиляторы. М.: Высшая школа, 1987. - 175 с.

107. Вахвахов Г.Г. Энергосбережение и надежность вентиляторных установок. -М.: Стройиздат, 1989 176 с.

108. Вахвахов Г.Г. Работа вентиляторов в сети. М.: Стройиздат, 1975. - 101 с.

109. Центробежные вентиляторы. Под ред. Т.С. Соломановой. М.: Машиностроение, 1975. - 415 с.

110. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. Изд. 2-е. М.: Энерго-атомиздат, 1984. - 415 с.

111. Экк Б. Проектирование и эксплуатация центробежных и осевых вентиляторов. М.: Госгортехиздат, 1959. - 566 с.

112. Сидоров М. Д. Справочник по воздуходувным и газодувным машинам. М.: Машгиз, 1962. - 260 с.244

113. Bohl W., Lorenz W. Nationale und internationale Ventilatoren Norning, insbesonder auf dem Gebiet der Leistungsmessung. VDI - Berichte Nr. 872/1991. - S. 631- 645.

114. Bommer L., Kramer C. Ventilatoren. Ehningen: Expert-Verlag, 1990.-367 s.

115. Bouwman H. B. Optimum Air Duct System Desing. TNO Research Institute. Delfit, Holland, 1987.-412 s.

116. Conference of Governmental Industrial Hygienists. Industrial Ventilation. Cincinnati 6500 Glenway Av. 1984. - 157 s.

117. Eck B. Vtntilatoren. Springer-Verlag, 1975. - 536 s.

118. Lalden J.L. u. Kane J.M. Desing of industrial Exhaut Systems. 4. Aufl. New York, Int. Press, 1970.- 435 s.131 .Lexis J. Ventilatoren in der Praxis. Stuttgart, Gentner-Verlag, 1983.-357 s.

119. Wagner Walter. Lufttechnische Anlagen. 1. Auft. - Wurzburg: Vogel, 1997, 202 s.

120. Левин И.М., Боткачик И.А. Дымососы и вентиляторы мощных электростанций. М.: Госгортехиздат, 1962.

121. Руководство по расчету воздуховодов из унифицированных деталей. Серия АЗ-806. М.: ГПИ Сантехпроект, 1979. - 204 с.

122. Аврунин Г.А. Оптимальный расчет систем вентиляции, аспирации и пневмотранспорта с круглыми воздуховодами (ПАР-ВН2). Отраслевой фонд алгоритмов и программ. М., 1970. -№ 1.-С. 103.

123. Гинцбург Э.Я. Расчет отопительно-вентиляционных систем с помощью ЭВМ. М.: Стройиздат, 1979. - 183 с.

124. Богуславский Л.Д. Снижение расхода энергии при работе систем отопления и вентиляции. М.: Стройиздат, 1985. - 337 с.

125. Богуславский Л.Д. Экономика теплоснабжения и вентиляции. М.: Стройиздат, 1988. - 351 с.245

126. Аринцев E.H., Новгородский Е.Е. Определение оптимальных параметров газоходов установок комплексного использования тепла. // Вопросы отопления и вентиляции. Ростов н/Д: Рост. инж.-строит, ин-т, 1972. - С. 123-140.

127. Аринцев E.H., Новгородский Е.Е. Оптимизация параметров газоходов установок комплексного использования тепла. // Вопросы отопления, вентиляции и защиты окружающей среды. Ростов н/Д: Рост. инж.-строит, ин-т, 1975. № 5. С. 114-121.

128. Жуков H.H., Новгородский Е.Е. Оптимизация основных параметров газоходов установок комплексного использования тепла // Вопросы отопления, вентиляции и защиты окружающей среды. Ростов н/Д: Рост. инж.-строит, ин-т, 1977. № 7. С. 13-18.

129. Жуков Н.И., Новгородский Е.Е., Иващенко В.И. Приближенный метод определения диаметров газоходов систем комплексного использования тепла // Обеспыливание воздуха и микроклимат. Ростов н/Д: Рост. инж. - строит, ин-т, 1982. С. 69-72.

130. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1970. - 355 с.

131. Альтшуль А.Д., Животовский JI.C., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1987. - 413 с.

132. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. М.: Машиностроение, 1972.-672 с.

133. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. Ч. 1. М.-Л.: Гос. изд. техн.-теор. лит., 1949.624 с.

134. Вулис Л.А. Термодинамика газовых потоков. М.: Энергоиздат, 1950. - 237 с.

135. Исаченко В.Л., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981. -416 с.246

136. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 367 с.

137. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М: Гос-энергоиздат, 1960.

138. Идельчик И.Е. Аэродинамика промышленных аппаратов. М.: Энергия, 1964.

139. Боровков B.C., Майрановский Ф.Г. Аэродинамика систем вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1978. - 116 с.

140. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Бергер, А.Ю.Вальдберг, Б.И. Мягков и др.; Под общей ред. A.A. Русакова. М.: Энергоатомиздат, 1983,- 312 с.

141. Василенко А.И., Новгородский Е.Е. Оптимизация аэродинамических систем установок комплексного использования теплоты на промышленных предприятиях. -Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 1999. 175 с.

142. Василенко А.И. Графо-аналитический метод определения энергетических характеристик аэродинамических систем// Известия академии промышленной экологии. 1999. № 1.-С. 47-50.

143. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1997.343 с.

144. Василенко А.И. Оптимизация аэродинамического расчета воздуховодов вентиляционных систем // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 1999. №3-4.-С. 30.247

145. Василенко А.И. Оптимизация аэродинамического расчета воздуховодов вентиляционных систем // Международная научно-практическая конференция «Строительство-98». Тезисы докладов. Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 1998.1. С. 110-111.

146. Василенко А.П., Челбашов Д.В. Оптимизация основных параметров линий связи установок комплексного использования теплоты // Известия РГСУ, 1999. № 4. -С. 128-132.

147. Новгородский Е.Е., Василенко А.И. Оптимизация аэродинамического расчета газоходов // Газовая промышленность, июнь 1998 г. -С. 30.

148. Василенко А.И., Михалкович Л.Н. Применение уравнения Бернулли для анализа потоков при наличии подвода теплоты // Оптимизация систем теплоснабжения и вентиляции аграрно-промышленного комплекса. Ростов н/Д.: Рост. инж. - строит, инт, 1990. - С. 18-20.

149. Василенко А.И. Работа вентилятора в вентиляционной сети при его установке до воздухонагревателя //Теплоснабжение и вентиляция агропромышленного комплекса Ростов н/Д: Рост. инж.-строит, ин-т, 1988. - С. 60-64.248

150. Василенко А.И. Работа вентилятора в неизотермической сети // Материалы юбилейной научно-практической конференции. Ростов-на-Дону: Рост. Гос. архит. инт. 1998.- С. 152-157.

151. Василенко А.И. Параметры работы вентилятора при его установке в сети после теплообменника // «Строительство 2000»: Материалы Международной научно-практической конференции. Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2000. - С. 104.

152. Василенко А.И. Параметры работы вентилятора при его установке в сети до теплообменника. // «Строительство 2000»: Материалы Международной научно-практической конференции. Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2000. - С. 103.

153. ГОСТ Р 50431-92. Термопары: Часть 1. Номинальные статические характеристики преобразования.

154. ГОСТ. 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений.

155. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. М.: Мир, 1980. - 610 с.

156. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. Л.: Машиностроение, 1989. 701 с.

157. Тепло-и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник. / Е.А.Аметистов, В.И.Григорьев, Б.Т.Немцов и др./ Под ред. В.А.Григорьева и В.М.Золина. М.: Энергоиздат, 1982. - 512 с.

158. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. Л.: Энергоатомиздат, 1990 - 288 с.249