автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Исследование влияния поверхностно-активных веществ на гидравлическое сопротивление трубопроводов систем теплоснабжения и разработка способа снижения энергозатрат при транспортировке теплоносителя

На правах рукописи

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И РАЗРАБОТКА СПОСОБА СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Специальность 05 14 14 - «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и

агрегаты»

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

■|11||11

Москва 2008 г

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (Техническом университете) на кафедре тепловых электрических станций Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Седлов Анатолий Степанович Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Шищенко Валерий Витальевич кандидат технических наук, доцент Аникеев Александр Викторович Ведущая организация

Московская Объединенная Энергетическая Компания (МОЭК) Защита состойся £ 2008 года в ^У в аудитории МАЗ на заседании

диссертационного совета Д 212 157 07 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу г Москва, ул Красноказарменная, 17

С диссертацией можно рзнакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета)

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим направлять по адресу 111250, г Москва, ул Красноказарменная, д 14 Ученый совет МЭИ (ТУ) Автореферат разослан 1 2008 года

Ученый секрешрь диссертационного совета

к т н , проф Павыгин В М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Отечественные системы теплоснабжения развивались по пути концентрации мощностей на крупных источниках тепловой энергии (ТЭЦ, промышленные и районные котельные) и, как следствие, создания протяженных трубопроводных сетей, общая длина которых в Российской Федерации на сегодняшний день составляет около 280 тыс км Современное состояние отечественной трубопроводной сети характеризуется высокой аварийностью, обусловленной интенсивным протеканием коррозионных процессов, накоплением отложений на теплообменник и внугритрубных поверхностях Все эти процессы являются причинами существенного увеличения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей систем тепчоснабжения В современных условиях на транспортировку теплоносителя затрачивается весьма значительное количество электроэнергии, обусловленное гидравлическим сопротивлением разветвленных трубопроводных сетей систем теплоснабжения К примеру, установленная мощность насосов для транспортировки теплоносителя только по трубопроводам систем теплоснабжения в г Москве превышает 150 МВт

При проектировании трубопроводной сети в расчет закладывается значение её гидравлического сопротивления в два раза большее необходимого, т е изначально мощность циркуляционных насосов выбирается с двукратным запасом Проектные значения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения достигаются практически в первый же год эксплуатации системы теплоснабжения при использовании недеаэрированной воды и за 8-10 лет эксплуатации при использовании деаэрированной воды

Актуальность этой проблемы еще более возросла в связи с постоянно увеличивающимся в современных условиях дефицитом электрических мощностей Вместе с тем, в практике отечественного теплоснабжения каких-либо эффективных мероприятий по сокращению перерасхода электроэнергии, обусловленного увеличением гидравлического сопротивления трубопроводных сетей, не проводится по причине отсутствия экономичных и надежных способов его снижения

Цель работы

• исследование влияния модификации молекулярными слоями поверхностно-активных веществ внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения на их гидравлическое сопротивление,

• разработка способа снижения энергозатрат при транспортировке теплоносителя по трубопроводам систем теплоснабжения на основе снижения их гидравлического сопротивления с использованием молекулярных слоев ПАВ

Научная новизна

• Произведена классификация способов снижения гидравлического сопротивления трубопроводов применительно к системам теплоснабжения,

• Разработана методика проведения экспериментальных исследований по определению влияния модификации трубных поверхностей с использованием молекулярных слоев ПАВ на гидравлическое сопротивление трубопроводов систем теплоснабжения,

• Установлено, что молекулярные слои ПАВ, адсорбированные на трубную поверхность из водной среды, существенно изменяют гидравлическое сопротивление трубопроводов В диапазоне скоростей течения теплоносителя 0,5-2,5 м/с гидравлическое сопротивление трубопроводов уменьшается на 38,5-28 1 % соответственно,

• Установлено, что снижение гидравлического сопротивления в существенной мере зависит от толщины сформированных на трубной поверхности молекулярных слоев ПАВ (Ьотн) и сопровождается- ярко выраженным экстремумом в широком диапазоне скоростей течения теплоносителя, который достигается при Ьотн4"" - Ьлав / Дэ в диапазоне значений 1,5-2, где Ьпав - суммарная, толщина молекулярных слоев ПАВ, Аэ - средняя высота выступов шероховатости,

• В натурных условиях зафиксировано изменение профиля скорости течения теплоносителя в трубопроводе системы теплоснабжения в процессе формирования молекулярных слоев ПАВ на трубных поверхностях Профиль скорости течения теплоносителя в трубопроводе с модифицированной поверхностью существенно отличается от исходного и приближается к профилю скорости течения водной среды в трубопроводе с абсолютно гладкой поверхностью

Достоверность

Достоверность полученных результатов исследований определяется их корреляцией с результатами других исследователей, многократной повторяемостью, использованием высокоточных средств измерений, определением пот решности измерений

Практическая ценность работы

• Разработана методика и экспериментальный стенд для определения гидравлического сопротивления выполненных из различных конструкционных материалов трубопроводов в широком диапазоне скоростей течения транспортируемых жидких сред,

• Разработан и апробирован в натурных условиях зонд для определения профиля скорости течения теплоносителя в трубопроводах,

а Разработан способ снижения энерз озатрат при транспортировке теплоносителя яо трубопроводам систем теплоснабжения за счет снижения их гидравлического

сопротивления на основе модификации трубных поверхностей молекулярными слоями ПАВ и технологический регламент его реализации

Автор защищает

• Результаты анализа способов снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения

• Методику проведения экспериментальных исследований по определению влияния модификации внутритрубных поверхностей на гидравлическое сопротивление трубопроводов систем теплоснабжения,

• Результаты экспериментальных и натурных исследований по определению влияния модификации внутренних поверхностей трубопроводов с использованием молекулярных слоев ПАВ на их гидравлическое сопротивление в характерном диапазоне скоростей течения теплоносителя, при различных характеристиках внутритрубной поверхности, на изменение профиля скорости течения теплоносителя в трубопроводах системы теплоснабжения в натурных условиях,

• Способ снижения энергозатрат на транспортировку теплоносителя за счет снижения гидравлического сопротив тения трубопроводов систем теплоснабжения на основе модификации внутритрубных поверхностей с использованием молекулярных слоев ПАВ,

• Результаты апробации разработанного способа снижения энергозатрат на транспортировку теплоносителя по трубопроводам систем теплоснабжения в натурных условиях

Апробация работы

Основные положения и результаты работы доложены на XIII и XIV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2007, 2008 г), XII научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника» (Судак, 2005 г), научно-техническом семинаре кафедры Тепловых Электрических Станций МЭИ(ТУ), научно-техническом совете научного центра «Повышение износостойкости энергетического оборудования электростанций» МЭИ(ТУ)

Публикации

Основное содержание работы изложено в 7 публикациях

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы, приложений и содержит 177 страниц, 59 рисунков, 5 таблиц, 41 страницу приложений, бибчиография состоит из 88 источников

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведены результаты анализа научно-технических изданий и публикаций, результаты анализа способов снижения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей систем теплоснабжения при транспортировке теплоносителя

Известно, что в процессе эксплуатации отечественных систем теплоснабжения гидравлическое сопротивление многократно возрастает вследствие протекания коррозионных процессов и накопления отложений на внутренних поверхностях трубопроводов систем теплоснабжения Сужение проходных сечений трубопроводов приводит к необходимости постоянно повышать входное давление перекачиваемой среды для обеспечения расчетного расхода теплоносителя В свою очередь повышение магистрального давления приводит к снижению надежности и эффективности работы трубопроводных сетей систем теплоснабжения как за счет увеличения количества аварий, связанных с разрывом трубопроводов и образованием свищей, так и за счет эксплуатации оборудования перекачивающих станций не в номинальном режиме, приводящей к увеличению скорости износа насосных агрехатов и снижению их КПД

Анализ отечественных и зарубежных публикаций показывает, что применительно к системам теплоснабжения для существенного снижения гидравлического сопротивления трубопроводов в практическом плане могут рассматриваться три группы способов

- способы, основанные на вводе в поток теплоносителя полимерных молекул (эффект Томса),

- способы, основанные на изменении параметров пограничного слоя при течении теплоносителя в трубопроводах,

- способы, основанные на создании макрорельефа на внутритрубных поверхностях трубопроводов

Эффект Томса заключается в существенном снижении гидравлического сопротивления трубопровода при кондиционировании теплоносителя небольшими концентрациями полимерных молекут Эффективность подобных способов характеризуется снижением гидравлического сопротивления трубопроводов на уровне 80% К настоящему времени проведено достаточно много исследований с целью определения влияния на гидравлическое сопротивление трубопроводов систем теплоснабжения молекул полимера в потоке, их молекулярной массы, химического строения, а также ряда других параметров. При этом отмечено значительное снижение сопротивления трения уменьшение интенсивности массопереноса, уменьшение турбулентной диффузии молекул теплоносителя и снижению уровня турбулентных флуктуаций давления Однако, на сегодняшний день полного понимания механизма процесса воздействия полимерных присадок на изменение

гидравлического сопротивления по-прежнему нет Сложность явления и недостаточная изученность обусловили появление более 30 гипотез, объясняющих эффект Томса

Несмотря на высокую эффективность полимерных присадок^ их применение для снижения гидравлического сопротивления в системах теплоснабжения оказалось нецелесообразным в связи с механической деструкцией молекул полимеров Механическая деструкция обусловлена возникновением касательных напряжений при взаимодействии молекул полимеров с поверхностями рабочих колес насосов, шероховатостью поверхностей трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры

Способы управления пограничным слоем с использованием вдувания и отсасывания жидкости на сегодняшний день вышли на принципиально новый технический уровень за счет использования микропроцессорной техники В частности, это способы, основанные на использовании силы Лоренца и способы, при реализации которых для снижения гидравлического сопротивления стенкам трубопроводов или каналов сообщаются высокочастотные колебания

Известен также способ снижения гидравлического сопротивления трубопроводов при создании на их внутренних поверхностях регулярного макрорельефа с профилем различной геометрической формы, к таким способам относится навивка и облунение поверхности

Несмотря на высокую эффективность существующих способов снижения гидравлического сопротивления трубопроводов на основе использования эффекта Томса, управления пограничным слоем и создания макрорельефа, их применение в системах теплоснабжения оказалось проблематичным вследствие технической невозможности их реализации в больших масштабах, неэкономичности и высоких требований к качеству теплоносителя

Вышеизложенное обуславливает необходимость разработки новых подходов к решению проблемы снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения Анализ научно-технических изданий и публикаций показывает, что одним из перспективных решений в этом направлении является гидрофобизация внутритрубных поверхностей

Задачи исследования

1 Анализ способов гидрофобизаши металлических поверхностей,

2 Разработка методики проведения экспериментальных исследований по определению в таяния модификации внутритрубных поверхностей на гидравлическое сопротивление трубопроводов систем теплоснабжения и создание экспериментального стенда,

3 Проведение экспериментальных исследований по определению влияния скорости потока теплоносителя, шероховатости и рельефа на гидравлическое сопротивление трубопроводов с не модифицированной и модифицированной внутритрубной поверхностью,

4 Проведение металлотрафических исследований для определения толщины молекулярных слоев ПАВ и рельефа их поверхности,

5 Проведение натурных исследований по определению влияния модификации трубных поверхностей на снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения,

6 Разработка способа снижения энергозатрат при транспортировке теплоносителя в системах теплоснабжения

Во второй главе приводятся описания методик проведения экспериментальных исследований, методики кондиционирования теплоносителя молекутами ПАВ, разработанного экспериментального стенда, зонда для определения эпюры скорости теплоносителя в трубопроводе и устройства для определения угла скатывания каяли жидкости с исследуемой поверхности

Методика модификации внутренних поверхностей трубопроводов системы теплоснабжения базируется на их гидрофобизации за счет формирования молекулярных слоев ПАВ Методика проведения экспериментальных исследований основывается на моделировании условий течения теплоносителя в трубопроводах систем теплоснабжения, сравнении гидравлического сопротивления трубопровода до и после модификации его внутренней поверхности молекулярными слоями ПАВ

Для проведения экспериментальных исследований по определению влияния модификации трубной поверхности на гидравлическое сопротивление трубопроводов был разработан экспериментальный стенд Экспериментальный стенд предназначен для проведения широкого спектра исследований по определению влияния характеристик транспортируемых жидких сред и трубных поверхностей на гидравлическое сопротивление трубопроводов, выполненных из различных конструкционных материалов (см рис I)

В конструкции экспериментального стенда применен ряд технических решений, обеспечивающих стабилизацию параметров теплоносителя на входе в исследуемые участки трубопроводов и измерения перепада давления с максимально возможной точностью

Дифференциальный манометр позволяет определять перепад давления с максимальной на сегодняшний день точносгью, в качестве рабочей жидкости в дифференциальном манометре использовало* гетрабромэтан Погрешность измерения перепада давления составляла ± 2,7 мм водяного столба

Контроль концентрации ПАВ в теплоносителе осуществлялся с использованием анализатора жидкости тензометрического, причцип действия которого основан на измерении

3

Рис.1. Принципиальная схема экспериментального стенда (1 - бак-комценеатор, 2 -циркуляционный насос, 3 - дозировочный насос, 4 - сменные участки трубопровода, 5 -

измерительно-регулирующий комплекс ОВЕН, 6 - центральный щит управления, 7 -дифманометр, 8 - узел подготовки эмульсии ПАВ, п.о.т. - пробоотборная точка, МТИ -манометр точных измерений), силы поверхностного натяжения теплоносителя при различной концентрации молекул ПАВ в нем.

Для определения влияния сформированных на внутренних поверхностях трубопроводов систем теплоснабжения молекулярных слоев ПАВ на эпюру скорости течения теплоносителя был разработан уникальный зонд, схема которого представлена на рис. 2. Конструктивно зонд выполнен в виде «гребенки», состоящей из трубок Пито из нержавеющей стали, соединенных с коллектором, который в свою очередь соединен с дифференциальным манометром. Принцип действия зонда основан на измерении динамического напора теплоносителя в трубопроводе, равного разнице полного и статического давлений, на различном удалении от стенки трубопровода путем последовательного переключения трубок Пито.

В качестве ПАВ использовались пленкообразующие амины, соответствующие структурной формуле СпНЬн-гННг, молекулы которых при определенных условиях, адсорбируясь из водной среды на трубные поверхности, создают плотноупакованные слои в

узел подготовки эмульсии ПАВ

Центральный щя управления

виде «частокола» Лэншюра, посредством чего поверхность из гидрофильной превращается в гидрофобную

В третьей главе приводятся результаты анализа и классификация способов гндрофобизации функциональных поверхностей конструкционных материалов Приводятся результаты экспериментальных исследований по определению влияния модификации металлических поверхностей с использованием ПАВ на ее гидравлическое сопротивление при различных значениях исходной шероховатости

Все подходы к созданию ультрагидрофобности с некоторой долей условности можно разделить на три направления К первому направлению относятся способы, базирующиеся на создании из исходной точной копии ультрагидрофобной поверхности (шаблоны), а также литографические способы и плазменное травление поверхности Иногда их еще называют методы «сверху - вниз», поскольку процесс создания ультрагидрофобности начинается на исходной поверхности и продолжается в глубь нее

Ко второму направлению отнесены способы, базирующиеся на создании новых поверхностей на основе исходной с применением новых материалов, что принципиально отличает его от первого направления, в котором ультрагидрофобная поверхность создается из исходной без применения других материалов (химическое осаждение, создание на поверхности коллоидных конгломератов, послойное

осаждение одного и более веществ на исходную поверхность, золь-гелевые технологии)

К третьему направлению относятся методы, представляющие собой раз тачные комбинации методов первого и второго направлений, т е сочетание обработки исходной поверхности с последующим формированием структуры другого вещества (химическое осаждение из паровой фазы с предварительной обработкой поверхности, мембранное литье, формирование слоев мипелл ПАВ, гальваноплетение)

Рис 2 Схема зонда для определения локальной скорости теплоносителя в трубопроводе системы теплоснабжения

Реализация большинства способов создания ультрагидрофобных поверхностей для снижения гидравлического сопротивления применительно к системам теплоснабжения на сегодняшний день невозможно по ряду причин, в том числе из-за технической невозможности производства модифицированных внутритрубных поверхностей большой площади, а также их высокой стоимости Тем не менее, за рубежом продолжаются изыскания в этом направлении, в первую очередь через гидрофобизацию поверхности

Анализ результатов исследований показывает, что для гидрофобизации трубных поверхностей систем теплоснабжения есть возможность использовать широко применяемые в энергетике ПАВ

Как показано в гл I, гидравлическое сопротивление трубопроводов, находящихся в длительной эксплуатации, существенно отличается от гидравлического сопротивления трубопроводов в состоянии поставки Рост гидравлического сопротивления в процессе эксплуатации обусловлен с одной стороны резким изменением шероховатости и рельефа внутритрубных поверхностей, вследствие ее коррозионного разрушения и формирования слоев отложений, с другой -уменьшением проходного сечения трубопроводов из-за тех же отложений и продуктов коррозии

С целью изучения влияния шероховатости поверхности на гидравлическое сопротивление до и после модификации поверхностей молекулярными слоями ПАВ были проведены экспериментальные исследования, в ходе которых на поверхностях металлических пластин с различной шероховатостью поверхности были сформированы молекулярные слои ПАВ В качестве параметра шероховатости была выбрана эквивалентная шероховатость Д3, численно равная средней высоте выступов шероховатости А Для определения гидравлического сопротивления поверхности был использован широко распространенный в мировой практике способ, базирующийся на определении угла скатывания капли жидкости с исследуемой поверхности

Анализ результатов проведенных экспериментальных исследований показал, что модификация поверхности молекулярными слоями ПАВ значительно влияет на величину угла скатывания капли жидкости с поверхности На рис 3 представлены зависимости значений углов скатывания капель жидкости с поверхностей с различной шероховатостью с и без молекулярных слоев ПАВ

Из представленного рис 3 видно, что модифицированная металлическая поверхность независимо от значений шероховатости в диапазоне от 10 до 1000 мкм имеет примерно один и тот же угол скатывания капли жидкости, значительно меньший характерного для поверхности в исходном состоянии без модификации Это результаты послужили основой для дальнейших исследований

о -

® Поверхность, модифицированная молекулярными слоями ПАВ

1 10 100 мкм 1000 Рис. 3. Влияние шероховатости металлической поверхности (а), молекулярных слоев ПАВ, сформированных на этой же поверхности, на угол скатывания капли жидкости (б) и степень гидрофобности поверхности (справа налево 10 мкм, 75 мкм, 250 мкм, 800мкм) в исходном состоянии и после ее модификации

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований влияния скорости теплоносителя и рельефа внутрнтрубной поверхности на гидравлическое сопротивление трубопровода с модифицированной молекулярными слоями ПАВ внутренней поверхностью.

В рамках этих исследований было выявлено, что температура теплоносителя в

широком диапазоне значений не оказывает существенного влияния на изменение

гидравлического сопротивления трубопроводов, в том числе и при модификации их

поверхностей с использованием ПАВ. В отличие от скорости течения теплоносителя,

влияние которой оказалось весьма существенным,

Влияние скорости потока теплоносителя на гидравлическое сопротивление

трубопровода в процессе формирования на внутритрубной поверхности молекулярных сдоев

ПАВ определено в диапазоне скоростей теплоносителя, характерном для тепловых сетей (от

0,5 до 2,5 м/с). Результаты этих исследований представлены на рис. 4 в виде зависимости

12

относительного гидравлического сопротивления трубопровода ДР0Тн (ДРош = ДРПав I АРИСХ, где ДРПав - гидравлическое сопротивление трубопровода с молекулярными слоями ПАВ, сформированными на его внутренней поверхности, АРИсх исходное гидравлическое сопротивление этого же трубопровода) от относительного значения толщины молекулярных слоев ПАВ на поверхности Ьотн (Ьотн = Ьпав / Дэ, где Ьпав - суммарная толщина молекулярных слоев ПАВ, Дэ - средняя высота выступов шероховатости поверхности)

Рис 4 Влияние относительной толщины сорбированных на внугритрубной поверхности молекулярных слоев ПАВ на гидравлическое сопротивление трубопровода при различных скоростях течения

теплоносителя

Анализ настоящих результатов экспериментальных исследований позволяет выделить четыре характерных этапа изменения гидравлического сопротивления трубопровода, связанных с формированием мотекулярных слоев ПАВ на внугритрубной поверхности На первом этапе происходит снижение гидравлического сопротивления за счет формирования молекулярных слоев ПАВ, полностью повторяющих профиль поверхности (см рис 5 б) На втором этапе имеет место стабилизация значений гидравлического сопротивления, характеризующаяся постепенным заполнением молекулярными слоями пространства между выступами шероховатости (рис 5 в) до ее полного «сглаживания» (рис 5 г) Максимальные значения снижения гидравлического сопротивления трубопровода достигаются на третьем этапе при относительной толщине молекулярных слоев ПАВ, находящихся в интервале 1,5 -

2,0 При этом максимальное зафиксированное снижение гидравлического сопротивления относительно исходного значения составило 28,1 % при скорости 2,5 м/с и 38,5 % - при скорости 0,5 м/с На четвертом этапе при дальнейшем росте относительной толщины молекулярных слоев начинается обратный процесс - гидравлическое сопротивление начинает увеличиваться до стабилизации в диапазоне 5 - 10 % от исходного значения (см рис 4)

Рис 5 Схематичное изображение стадий формирования молекулярных слоев ПАВ на внутритрубной поверхности (а - исходная трубная поверхность, б - мономолекулярный слой, точностью повторяющий профиль трубной поверхности, в - заполнение впадин шероховатости молекулярными слоями ПАВ, г - полное сглаживание шероховатости трубной поверхности, д - увеличение толщины молекулярных слоев ПАВ)

Значения толщин молекулярных слоев ПАВ, сорбированных на трубную поверхность, измерялись с использованием металлографических шлифов, изготавливаемых по стандартным методикам На рис 6 а представлена фотография поперечного шлифа трубной поверхности с молекулярными слоями ПАВ Изучение полученных фотографий металлографических шлифов показало наличие упорядоченного рельефа верхних молекулярных слоев ПАВ С использованием оптического микроскопа большого разрешения

были выявлены выпуклости («холмы»), равномерно расположенные по внутренней поверхности исследуемых образцов и имеющие примерно одинаковые параметры (рис. б. б).

Сделано предположение, что характерная упорядоченность рельефа верхних молекулярных слоев является следствием их «податливости» в результате воздействия потока жидкой среды, формирующей в режиме течения наиболее оптимальный рельеф с точки зрения минимизации потерь.

Рис.6. Фотография молекулярных слоев ПАВ на трубной поверхности (а), условная схема характерного рельефа верхней части молекулярных слоев ПАВ (б).

В реальных условиях эксплуатации трубопроводных сетей систем теплоснабжения по причине разной локальной интенсивности и поверхностной неравномерности протекания коррозионных процессов по площади внутритрубной поверхности изменяется не только шероховатость внутритрубных поверхностей, но и их рельеф. В этой связи были проведены экспериментальные исследования с целью определения влияния рельефа внутритрубной поверхности на гидравлическое сопротивление при ее модификации молекулярными слоями ПАВ. Рельеф внутритрубной поверхности изменялся посредством химического травления. На рис. 7 представлены зависимости, характеризующие изменение гидравлического сопротивления трубопроводов в процессе формирования молекулярных слоев ПАВ при исходном и измененном рельефе внутритрубных поверхностей. Скорость течения теплоносителя в обоих случаях была одинакова и составляла 1,5 м/с.

Очевидно, что рельеф внутритрубной поверхности практически не влияет на характер и интенсивность снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения при модификации их внутренних поверхностей молекулярными слоями ПАВ (см. рис. 7).

ДРотн =

ЛРпав ДРисх

0,9

0,В

0,7

0,6

1

li

I-

/ /

f < ■

V )

/ f\

■ Измененный рельеф (б)

i 1 ! ! - 1

О

0,5

1

1,5

2,5

ЬСТН=Ьпав/АЗ 4,5

Рис 7 Влияние толщины молекулярных слоев ПАВ на изменение гидравлического сопротивления при различных рельефах внутренней поверхности трубопроводов систем теплоснабжения течения теплоносителя в

трубопроводе системы

теплоснабжения до и после

модификации трубной

поверхности с

использованием специально

сконструированного зонда,

описание которого приведено

в гл II Было зафиксировано

существенное изменение

эпюры распределения

скорости течения

теплоносителя в

трубопроводе при наличии

молекулярных слоев ПАВ на

его внутритрубной

поверхности (см рис 8) прь

этом значение средней

Скорости и, соответственно

О 0 2 04 Об 0.8 v/R 1

Peic 8 Профили скорости течения теплоносителя в трубопроводе

системы теплоснабжения при различной шероховатости Вг1утритрубной поверхности (uAJ - отношение скорости течения потока теплоносителя к скорости в ядре потока, у®. - отношение пространственной координаты штока теплоносителя к радиусу трубопровода)

расхода теплоносителя, увеличилось на 7,4% Профиль скорости теплоносителя после модификации внутритрубной поверхности имеют более наполненную и выпуклую форму по сравнению с исходным, для сравнения на рис 8 представлен также профиль скорости течения воды для абсолютно гладкой грубы (по данным Шлихтинга)

В пятой главе приводится описание способа снижения энергозатрат при транспортировке теплоносителя по трубопроводным сетям систем теплоснабжения на основе снижения гидравлического сопротивления трубопроводов посредством модификации трубных поверхностей

Натурная апробация разработанного способа на первом этапе проводилась на одном из участков трубопровода городской системы теплоснабжения На рис 9 а приведена принципиальная схема реализации способа

Измерение гидравлического сопротивления на концах участка трубопровода системы теплоснабжения проводилось с использованием манометров точных измерений (МТИ)

Результаты измерения гидравлического сопротивления участка трубопровода до и после модификации его внутренней поверхности молекулярными слоями ПАВ представлено на рис 9 б Как видно из представленных результатов, гидравлическое сопротивление участка трубопровода системы теплоснабжения после модификации его внутренней поверхности снизилось на 39%

На втором этапе апробации разработанного способа были проведены натурные исследования по определению его эффективности применительно к теплосети одной из квартальных тепловых станций (КТС) (Филиала № 7 «Юго-Западный» ОАО «МОЭК»)

С целью определения изменения перепадов давления при кондиционировании теплоносителя молекулами ПАВ на входе и выходе тепловых пунктов с зависимой (ЦТШТ) и независимой (ЦТШТ) схемой присоединения были установлены образцовые манометры (кл 0,15) Измерения давления на ЦТШТ производились при полностью открытом запорно-регулируемом клапане (КЗР) Модификация функциональных поверхностей трубопроводов и теплотехнического оборудования привела к уменьшению частоты вращения роторов сетевых насосов на 4,75% Для непрерывно работающих двух сетевых насосов с суммарной электрической мощностью 630 кВт экономия электроэнергии составила 153000 кВтхчас за отопительный период при его средней продолжительности в Москве 213 суток

Экономический эффект от внедрения способа снижения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей систем теплоснабжения на основе молекулярных слоев ПАВ для г Москвы составит около 400 млн рублей за отопительный период (213 суток) только за счет экономии электроэнергии на привод насосов, без учета повышения

? 1

4Р,'/АРИС, 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

то»

а)

Цц№у.ц1ююд1ш0иаис

И—-00—

Рис. 9. Технологическая схема определения влияния модификации внутренней поверхности трубопроводов систем теплоснабжения молекулярными слоями ПАВ на их гидравлическое сопротивление в натурных условиях (а), изменения гидравлического сопротивления участка трубопровода системы теплоснабжения после модификации его поверхности.

надежности работы систем теплоснабжения за счет снижения магистрального давления, защиты внутренних поверхностей от коррозии, блокирования процессов формирования слоев отложений, улучшения характеристик котельного, теплообменного оборудования и других факторов.

Эффективность разработанного способа не зависит от скорости течения теплоносителя, рельефа и исходной шероховатости внутритрубной поверхности. Способ может быть применим как для новых систем теплоснабжения, так и для находящихся в эксплуатации. Значительным преимуществом разработанного способа является возможность его применения без демонтажа оборудования трубопроводных сетей систем теплоснабжения и без прерывания процесса транспортировки теплоносителя.

ВЫВОДЫ

» Анализ и обобщение экспериментальных и расчетных исследований показывают, что увеличение гидравлического сопротивления в процессе эксплуатации трубопроводных сетей систем теплоснабжения определяется изменением шероховатости и рельефа внутритрубных поверхностей и сужением диаметра проходного сечения трубопроводов.

Установлено, что наиболее эффективным способом снижения гидравлического сопротивления применительно к трубопроводным сетям систем теплоснабжения является гидрофобизация внутритрубных поверхностей посредством их модификации с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Впервые установлено, что модификация внутренних поверхностей трубопроводных сетей систем теплоснабжения посредством формирования на них молекулярных слоев ПАВ приводит к уменьшению их гидравлического сопротивления на 38,5 - 29% в диапазоне скоростей течения теплоносителя 0,5 - 2,5 м/с соответственно

Впервые показано, что наибольший эффект снижения гидравлического сопротивления трубопроводов достигается при относительной толщине сформированных на трубной поверхности молекулярных слоев ПАВ bon, = 1,5-2, где bt™, = Ьгав/Д, Ъпав - толщина молекулярных слоев ПАВ, Д - средняя высота выступов шероховатости трубной поверхности

Существенное увеличение относительной толщины молекулярных слоев ПАВ, сформированных на внутренней поверхности трубопровода (Ьпав » Ьпав (от)) приведет к увеличению его гидравлического сопротивления до некоторого установившегося значения ДРПред<АРИсх, зависящего от скорости теплоносителя

Модификация трубных поверхностей посредством формирования молекулярных слоев ПАВ приводит к устранению негативного влияния шероховатости и рельефа на изменение гидравлического сопротивления трубопроводов в процессе эксплуатации систем теплоснабжения

Наличие молекулярных слоев ПАВ на внутренней поверхности трубопровода приводит к изменению профиля скорости течения теплоносителя При этом профиль скорости теплоносителя приближается к профилю скорости в абсолютно гладкой трубе Апробация в натурных условиях подтвердила эффективность разработанного способа снижения энергозатрат при транспортировке теплоносителя по трубопроводным сетям систем теплоснабжения С учетом зафиксированного в натурных условиях снижения гидравлического сопротивления трубопровода городской системы теплоснабжения, составляющего 39% от исходного, экономический эффект от внедрения способа, в частности, для системы теплоснабжения г Москвы составит около 400 млн рублей за отопительный период только за счет адекватной экономии электроэнергии на привод насосов, без учета повышения надежности работы систем теплоснабжения за счет снижения магистрального давления

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

i Рыженков В А., Седлов А.С., Рыженков ABO возможности снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения. // Энергосбережение и водоподготовка - 2007 - jY» 5 - С. 22-27.

2. Рыженков В.А., Седлов А.С., Рыженков А.В. Использование поверхностно-активных веществ для снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения. // Вестник МЭИ.- 2008.- №1. -С.41-47.

3 Рыженков В А, Волков А В, Погорелов С И, Рыженков А В Способ уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей для транспортировки жидких сред // Патент РФ № 2318140 от 27 февраля 2008 г

4 Рыженков В А, Погорелов С И, Рыженков А В Система транспортировки жидких сред по трубопроводным сетям /У Патент РФ № 62178 БИ №9,2007 г

5 Рыженков В А, Седлов А С, Рыженков ABO снижении энергозатрат при транспортировке теплоносителя по магистральным трубопроводам тепловых сетей // ХШ международная научно-техническая конференция мудентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" Тез докл -2007-М МЭИ -ТЗ-С 170-171

6 Рыженков В А, Куршаков А В , Пульнер И П, Щербаков С Н, Рыженков ABO повышении эффективности эксплуатации городских систем теплоснабжения на основе ПАВ-технологий // Новости теплоснабжения - 2007 - №12(88) - С 45-50

7 Седлов А С, Рыженков А В О влиянии молекулярных слоев ПАВ на гидравлическое сопротивление магистральных трубопроводов систем теплоснабжения // XIV международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" Тез докл -2008-М МЭИ -ТЗ-С 166-167

Подписано в печать А-Ок-Мг^лк. % Тир. Ш Пл. ftf

Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Введение

Глава I. Современная характеристика отечественных систем теплоснабжения, состояние проблемы снижения гидравлического сопротивления магистральных трубопроводов и пути ее решения. Постановка задачи исследования.

1.1. Состояние проблемы гидравлического сопротивления трубопроводных сетей систем теплоснабжения W

1.2. Снижение гидравлического сопротивления на основе использования полимерных присадок.

1.3. Влияние волокон и асимметричных частиц в потоке теплоносителя на гидравлическое сопротивление трубопроводов.

1.4. Снижение гидравлического сопротивления на основе методов управления пограничным слоем.

1.5. Снижение гидравлического сопротивления на основе использования макропрофилирования трубной поверхности. зз

Задачи исследования.

Глава 2. Описание экспериментальных установок и методик проведения измерений.

2.1. Методика проведения экспериментальных исследований.

2.2. Описание экспериментального стенда.

2.3. Физико-химические свойства используемых ПАВ

2.4.Определение концентрации молекул ПАВ в теплоносителе

2.5. Описание зонда для определения профиля скорости теплоносителя в трубопроводе в натурных условиях и методики проведения измерения

2.6. Оценка погрешности измерений

Глава 3. Исследование процессов гидрофобизации функциональных поверхностей конструкционных материалов

3.1 Анализ существующих способов создания гидрофобных и ультрагидрофобных поверхностей

3.1.1. Создание из исходной поверхности точной копии ультрагидрофобной

3.1.2. Методы создания ультрагидрофобных поверхностей с использованием плазменного травления

3.1.3. Методы создания ультрагидрофобных поверхностей с использованием химического осаждения

3.1.4. Методы создания ультрагидрофобных поверхностей с использованием коллоидных конгломератов

3.1.5. Методы создания ультрагидрофобных поверхностей с использованием послойного осаждения

3.1.6. Методы создания ультрагидрофобных поверхностей с использованием золь - геля

3.1.7. Комбинированные методы создания ультрагидрофобной поверхности, основанные на химическом осаждении из паровой фазы

3.1.8. Комбинированные методы создания ультрагидрофобных поверхностей с использованием мембранного литья

3.1.9. Методы создания ультрагидрофобных поверхностей с использованием мицелл ПАВ

3.1.10. Методы создания ультрагидрофобных поверхностей с использованием гальваноплетения

3.2. Типичный процесс создания ультрагидрафобной поверхности

3.3. Описание способа оценки гидравлического сорпотивления гидрофобных твердых поверхностей

Глава 4. Определение влияния гидрофобизированных внутритрубных поверхностей на гидравлическое сопротивление трубопроводов систем теплоснабжения

4.1. Влияние скорости течения теплоносителя на гидравлическое сопротивление трубопроводов

4.2. Металлографические исследования образцов трубопроводов с гидрофобизированной молекулярными слоями ПАВ поверхностью

4.3. Влияние изменения рельефа внутренних поверхностей на гидравлическое сопротивление трубопроводов.

4.4. Влияние модификации трубной поверхности на эпюру скорости течения теплоносителя в трубопроводе

Глава 5. Технологические основы способа снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения

5.1. Описание технологической схемы реализации способа снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения в натурных условиях

5.2. Результаты апробации способа снижения гидравлического сопротивления на основе модификации внутренних поверхностей трубопроводов и оборудования молекулярными слоями ПАВ на одной из КТС г. Москвы

5.3. Оценка экономического эффекта от внедрения способа снижения гидравлического сопротивления магистральных трубопроводов систем теплоснабжения

Отечественные системы теплоснабжения развивались по пути концентрации мощностей на крупных источниках тепловой энергии (ТЭЦ, промышленные и районные котельные) и, как следствие, создания протяженных трубопроводных сетей, общая длина которых в Российской Федерации на сегодняшний день составляет около 280 тыс. км. Современное состояние отечественной трубопроводной сети характеризуется высокой аварийностью, обусловленной интенсивным протеканием коррозионных процессов, накоплением отложений на теплообменных и внутритрубных поверхностях. Все эти процессы являются причинами существенного увеличения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей систем теплоснабжения. В современных условиях на транспортировку теплоносителя затрачивается весьма значительное количество электроэнергии, обусловленное гидравлическим сопротивлением разветвленных трубопроводных сетей систем теплоснабжения. К примеру, установленная мощность насосов для транспортировки теплоносителя только по трубопроводам систем теплоснабжения в г. Москве превышает 150 МВт.

При проектировании трубопроводной сети в расчет закладывается значение её гидравлического сопротивления в два раза большее необходимого, т.е. изначально мощность циркуляционных насосов выбирается с двукратным запасом. Проектные значения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения достигаются практически в первый же год эксплуатации системы теплоснабжения при использовании недеаэрированной воды и за 8-10 лет эксплуатации при использовании деаэрированной воды.

Актуальность этой проблемы еще более возросла в связи с постоянно увеличивающимся в современных условиях дефицитом электрических мощностей. Вместе с тем, в практике отечественного теплоснабжения каких-либо эффективных мероприятий по сокращению перерасхода электроэнергии, обусловленного увеличением гидравлического сопротивления трубопроводных сетей, не проводится по причине отсутствия экономичных и надежных способов его снижения.

Цель работы

• исследование влияния модификации молекулярными слоями поверхностно-активных веществ внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения на их гидравлическое сопротивление;

• разработка способа снижения энергозатрат при транспортировке теплоносителя по трубопроводам систем теплоснабжения на основе снижения их гидравлического сопротивления с использованием молекулярных слоев ПАВ.

Научная новизна

• Произведена классификация способов снижения гидравлического сопротивления трубопроводов применительно к системам теплоснабжения;

• Разработана методика проведения экспериментальных исследований по определению влияния модификации трубных поверхностей с использованием молекулярных слоев ПАВ на гидравлическое сопротивление трубопроводов систем теплоснабжения;

• Установлено, что молекулярные слои ПАВ, адсорбированные на трубную поверхность из водной среды, существенно изменяют гидравлическое сопротивление трубопроводов. В диапазоне скоростей течения теплоносителя 0,5-^-2,5 м/с гидравлическое сопротивление трубопроводов уменьшается на 38,5-^-29 % соответственно;

• Установлено, что снижение гидравлического сопротивления в существенной мере зависит от толщины сформированных на трубной поверхности молекулярных слоев ПАВ (Ьотн) и сопровождается ярко выраженным экстремумом в широком диапазоне скоростей течения теплоносителя, который достигается при Ьохнкрит = Ьпав / Лэ в диапазоне значений

1,5-^2, где: Ьпав - суммарная толщина молекулярных слоев ПАВ, Аэ - средняя высота выступов шероховатости;

• В натурных условиях зафиксировано изменение профиля скорости течения теплоносителя в трубопроводе системы теплоснабжения в процессе формирования молекулярных слоев ПАВ на трубных поверхностях. Профиль скорости течения теплоносителя в трубопроводе с модифицированной поверхностью существенно отличается от исходного и приближается к профилю скорости течения водной среды в трубопроводе с абсолютно гладкой поверхностью.

Достоверность

Достоверность полученных результатов исследований определяется их корреляцией с результатами других исследователей, многократной повторяемостью, использованием высокоточных средств измерений, определением погрешности измерений.

Практическая ценность работы

• Разработана методика и экспериментальный стенд для определения гидравлического сопротивления выполненных из различных конструкционных материалов трубопроводов в широком диапазоне скоростей течения транспортируемых жидких сред;

• Разработан и апробирован в натурных условиях зонд для определения профиля скорости течения теплоносителя в трубопроводах;

• Разработан способ снижения энергозатрат при транспортировке теплоносителя по трубопроводам систем теплоснабжения за счет снижения их гидравлического сопротивления на основе модификации трубных поверхностей молекулярными слоями ПАВ и технологический регламент его реализации.

Автор защищает

• Результаты анализа способов снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения.

• Методику проведения экспериментальных исследований по определению влияния модификации внутритрубных поверхностей на гидравлическое сопротивление трубопроводов систем теплоснабжения;

• Результаты экспериментальных и натурных исследований по определению влияния модификации внутренних поверхностей трубопроводов с использованием молекулярных слоев ПАВ на их гидравлическое сопротивление в характерном диапазоне скоростей течения теплоносителя, при различных характеристиках внутритрубной поверхности, на изменение профиля скорости течения теплоносителя в трубопроводах системы теплоснабжения в натурных условиях;

• Способ снижения энергозатрат на транспортировку теплоносителя за счет снижения гидравлического сопротивления трубопроводов систем теплоснабжения на основе модификации внутритрубных поверхностей с использованием молекулярных слоев ПАВ;

• Результаты апробации разработанного способа снижения энергозатрат на транспортировку теплоносителя по трубопроводам систем теплоснабжения в натурных условиях.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы доложены на XIII и XTV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2007, 2008 г.), XII научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника» (Судак, 2005 г.), научно-техническом семинаре кафедры Тепловых Электрических Станций МЭИ(ТУ), научно-техническом совете научного центра «Повышение износостойкости энергетического оборудования электростанций» МЭИ(ТУ).

Публикации

Основное содержание работы изложено в 7 публикациях.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы, приложений и содержит 177 страниц, 59 рисунков, 5 таблиц, 41 страницу приложений, библиография состоит из 88 источников.

В заключение диссертационной работы изложены основные выводы.

1. Анализ и обобщение экспериментальных и расчетных исследований показывают, что увеличение гидравлического сопротивления в процессе эксплуатации трубопроводных сетей систем теплоснабжения определяется изменением шероховатости и рельефа внутритрубных поверхностей и сужением диаметра проходного сечения трубопроводов.

2. Установлено, что наиболее эффективным способом снижения гидравлического сопротивления применительно к трубопроводным сетям систем теплоснабжения является гидрофобизация внутритрубных поверхностей посредством их модификации с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ).

3. Впервые установлено, что модификация внутренних поверхностей трубопроводных сетей систем теплоснабжения посредством формирования на них молекулярных слоев ПАВ приводит к уменьшению их гидравлического сопротивления на 38,5 + 29% в диапазоне скоростей течения теплоносителя 0,5 + 2,5 м/с соответственно.

4. Впервые показано, что наибольший эффект снижения гидравлического сопротивления трубопроводов достигается при относительной толщине сформированных на трубной поверхности молекулярных слоев ПАВ Ьотн = 1,5+2, где Ьот„ = Ьпав/Д; Ьпав - толщина молекулярных слоев ПАВ, А -средняя высота выступов шероховатости трубной поверхности.

5. Существенное увеличение относительной толщины молекулярных слоев ПАВ, сформированных на внутренней поверхности трубопровода (Ьпав » ЬПав (опт)) приведет к увеличению его гидравлического сопротивления до некоторого установившегося значения АРпред<АРисх, зависящего от скорости теплоносителя.

6. Модификация трубных поверхностей посредством формирования молекулярных слоев ПАВ приводит к устранению негативного влияния шероховатости и рельефа на изменение гидравлического сопротивления трубопроводов в процессе эксплуатации систем теплоснабжения.

7. Наличие молекулярных слоев ПАВ на внутренней поверхности трубопровода приводит к изменению профиля скорости течения теплоносителя. При этом профиль скорости теплоносителя приближается к профилю скорости в абсолютно гладкой трубе.

8. Апробация в натурных условиях подтвердила эффективность разработанного способа снижения энергозатрат при транспортировке теплоносителя по трубопроводным сетям систем теплоснабжения. С учетом зафиксированного в натурных условиях снижения гидравлического сопротивления трубопровода городской системы теплоснабжения, составляющего 39% от исходного, экономический эффект от внедрения способа, в частности, для системы теплоснабжения г. Москвы составит около 400 млн. рублей за отопительный период только за счет адекватной экономии электроэнергии на привод насосов, без учета повышения надежности работы систем теплоснабжения за счет снижения магистрального давления.

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: МЭИ, 2001г.

2. Пути повышения надежности и долговечности тепловых сетей. — Коммунальный комплекс Подмосковья, №1 2006г., стр. 24-26.

3. Проблемы обеспечения надежности и безаварийности сетей водоснабжения и водоотведения российских городов. По материалам сайта rusmet.ru.

4. И. П. Андреев. Предпроектная оценка тепловых потерь, резервов экономии и состояния учетных измерений энергетических и природных ресурсов в трубопроводной сети. // Новости теплоснабжения 2001 - №9(13) -С. 51-53.

5. Липовских В.М. Основные направления энергоэффективности при эксплуатации тепловых сетей. Энергосбережение, №1, 1999г. стр. 1013.

6. Колесников А.И., Михайлов С.А. Энергоресурсосбережение // М., 2006г 232 с.

7. Анализ технического состояния тепловых сетей ОАО РАО «ЕЭС России» по итогам прохождения осеннее-зимнего периода 2002/2003 года

8. Справочные данные по гидроаэромеханике. Ред. С. Избаш, П. Слисский. Москва: МЭИ, 1975г.

9. Toms В.А. Some observation оп the flow of linear polymer solutions through straight tubes at large Reynolds numbers. Proc. 1st Int. Congr. Rheol., Amsterdam, 1948, 2, 135-141.

10. Пилипенко B.H. Влияние добавок на пристенные турбулентные течения. Итоги науки и техники. — Сер.: Механика жидкости и газа. т. 15. М.,1980. С.156-257.

11. Кутателадзе С.С. Моделирование теплоэнергетического оборудования // М., 1966 г. 352 с.

12. Chang-Hwan Choi, K. Johan A. Westin, Kenneth S. Breuer. Apparent slip flows in hydrophilic and hydrophobic microchannels. //Physics of fluids 15, №10, 2003, стр: 2897-2902

13. Keun H. Lee, Luca Cortelezzi, John Kim, Jason Speyer. Application of reduced-order controller to turbulent flows for drag reduction. //Physics of fluids 13, №5, 2001, стр: 1321-1330

14. Daniel D. Joseph. Three New Topics in Solid-Liquid Flow. //University of Minnesota, PI, 2003

15. Kostas D. Housiadas, Antony N. Beris. Characteristic scales and drag reduction evaluation in turbulent channel flow of nonconstant viscosity viscoelastic fluids. //Physics of fluids 16, №5, 2004, стр: 1581-1586

16. Changhoon Lee, John Ют. Control of the viscous sublayer for drag reduction. //Physics of fluids 14, №7, 2002, стр: 2523-2529

17. John Kim. Control of turbulent boundary layers. // Physics of fluids 15, №5, 2003, стр: 1093-1105

18. Jiri Myska, Jacques L. Zakin. Differences in the Flow Behaviors of Polymeric and Cationic Surfactant Drag-Reducing Additives. // Ind. Eng. Chem. Res., 36, 1997, стр: 5483-5487

19. Costas D. Dimitropoulos, Yves Dubief, Eric S. G. Shaqfeh, Parviz Moin, Sanjiva K. Lele. Direct numerical simulation of polymer-induced drag reduction in turbulent boundary layer flow. // Physics of fluids 17, 011705, 2005

20. P. Orlandi, S. Leonardi, R. Tuzi, R. A. Antonia. Direct numerical simulation of turbulent channel flow with wall velocity disturbances. // Physics of fluids 15, №12, 2003, стр: 3587-3601

21. Jia Ou, Jonathan P. Rothstein. Direct velocity measurements of the flow past drag-reducing ultrahydrophobic surfaces. // Physics of fluids 17, 103606, 2005

22. Taegee Min, Jung Yul Yoo, Haecheon Choi, Daniel D. Joseph. Drag reduction by polimer additives in a turbulent channel flow. //J. Fluid Mech

23. Shu-Qing Yang, G. Dou. Drag reduction in a flat-plate boundary layer flow by polymer additives. // Physics of fluids 17, 065104, 2005

24. K. Kim, M. T. Islam, X. Shen, A. I. Sirviente, M. J. Solomon. Effect of macromolecular polymer structures on drag reduction in a turbulent channel flow. //Physics of fluids 16, №11, 2004, стр: 4150-4162

25. Salil Gogte, Peter Vorobieff, Richard Truesdell, Andrea Mammoli, Frank van Swol, Pratik Shah, C. Jeffrey Brinker. Effective slip on textured superhydrophobic surfaces. // Physics of fluids 17, 051701, 2005

26. M. Vlachogiannis, M. W. Liberatore, A. J. McHugh, T. J. Hanratty. Effectiveness of a drag reducing polymer: Relation to molecular weight distribution and structuring. // Physics of fluids 15, №12, 2003, стр: 3786-3794

27. Taegee Min, John Kim. Effects of hydrophobic surface on skin-friction drag. // Physics of fluids 16, №7, 2004, стр: L55-L58

28. Taegee Min, John Kim. Effects of hydrophobic surface on stability and transition. //Physics of fluids 17, 108106, 2005

29. J. J. Allen, M. A. Shockling, A. J. Smits. Evaluation of a universal transitional resistance diagram for pipes with honed surfaces. // Physics of fluids 17, 121702, 2005

30. P. R. Bandyopadhyay, C. Henoch, J. D. Hrubes, B. N. Semenov, A. I. Amirov, V. M. Kulik, A. G. Malyuga, K.-S. Choi, M. P. Escudier. Experiments on the effects of aging on compliant coating drag reduction. // Physics of fluids 17, 085104,2005

31. Kaoru Iwamoto, Koji Fukagata, Nobuhide Kasagi, Yuji Suzuki. Friction drag reduction achievable by near-wall turbulence manipulation at high Reynolds numbers. // Physics of fluids 17, 011702, 2005

32. F.-C. Li, Y. Kawaguchi, K. Hishida. Investigation on the characteristics of turbulence transport for momentum and heat in a drag-reducing surfactant solution flow. // Physics of fluids 16, №9, 2004, стр: 3281-3295

33. Joonwon Kim, Chang-Jin Kim. Nanostructured surfaces for dramatic reduction of flow resistance in droplet-based microfluidics. // IEEE, 2002, стр: 479-482

34. Jia Ou, Blair Perot, Jonathan P. Rothstein. Laminar drag reduction in microchannels using ultrahydrophobic surfaces. // Physics of fluids 16, №12, 2004, стр: 4635-4643

35. Chang-Jin Kim, Chih-Ming Ho, Robin L. Garrell, Fred Wudl. NanoTurf: Nano-engineered Low Flow Friction Surfaces. // University of California, Los Angeles, 2002

36. Philip A. Stone, Anshuman Roy and Ronald G. Larson, Fabian Waleffe, Michael D. Graham. Polymer drag reduction in exact coherent structures of plane shear flow. // Physics of fluids 16, №9, 2004, стр: 3470-3482

37. Stefano Sibilla, Arturo Baron. Polymer stress statistics in the near-wall turbulent flow of a drag-reducing solution. // Physics of fluids 14, №3, 2002, стр: 1123-1136

38. Hyoung J. Choi, Myung S. Jhon. Polymer-Induced Turbulent Drag Reduction. // Ind. Eng. Chem. Res. 35, 1996, стр: 2993-2998

39. Kostas D. Housiadas, Antony N. Beris. Polymer-induced drag reduction: Effects of the variations in elasticity and inertia in turbulent viscoelastic channel flow. // Physics of fluids 15, №8, 2003, стр: 2368-2384

40. Siva A. Vanapalli, Mohammad T. Islam, Michael J. Solomon. Scission-induced bounds on maximum polymer drag reduction in turbulent flow. // Physics of fluids 17, 095108, 2005

41. Xuzhong Luo, Wangen Miao, Sanxie Wu, Yingqiu Liang. Spontaneous Formation of Vesicles from Octadecylamine in Dilute Aqueous Solution Induced by Ag(I) Ion. //Langmuir 18,2002, стр: 9611-9612

42. Diyas A. Myrzakozha, Takeshi Hasegawa, Jujiro Nishijo, Toyoko Imae, Yukihiro Ozaki. Structural Characterization of Langmuir-Blodgett Films of Octadecyldimethylamine Oxide and Dioctadecyldimethylammonium Chloride. 1.

43. Reorientation of Molecular Assemblies during the Accumulation of Upper Layers Studied by Infrared Spectroscopy. // Langmuir 15, 1999, стр: 3595-3600

44. Junguo Pang, Kwing-So Choi. Turbulent drag reduction by Lorentz force oscillation. // Physics of fluids 16, №5, 2004, стр: L35-L38

45. Akira Yoshizawa. Turbulent-viscosity reduction mechanism based on anisotropic turbulence effects. // Physics of fluids 15, №12, 2003, стр: 3875-3878

46. Motoyuki Itoh, Shinji Tamano, Kazuhiko Yokota, Masato Ninagawa. Velocity measurement in turbulent boundary layer of drag-reducing surfactant solution. //Physics of fluids 17, 075107, 2005

47. Kostas D. Housiadas, Antony N. Beris, Robert A. Handler. Viscoelastic effects on higher order statistics and on coherent structures in turbulent channel flow. // Physics of fluids 17, 035106, 2005

48. D.D. Joseph. Viscous Potential Flow. // J. Fluid Mech, 2002

49. Yong Chang, S. Scott Collis, Srinivas Ramakrishnan. Viscous effects in control of near-wall turbulence. // Physics of fluids 14, №11, 2002, стр: 40694080

50. Roberto Benzi, Emily S.C. Ching, T. S. Lo, Victor S. L'vov, Itamar Procaccia. Additive Equivalence in Turbulent Drag Reduction by Flexible and Rodlike Polymers.//Universif a "Tor Vergata", 2005

51. Yunying Qi, Jacques L. Zakin. Chemical and Rheological Characterization of Drag-Reducing Cationic Surfactant Systems. // Ind. Eng. Chem. Res., 41 (25), 2002, стр: 6326-6336

52. S. T. Lim, H. J. Choi, S. Y. Lee, J. S. So, С. K. Chan. DNA Induced Turbulent Drag Reduction and Its Characteristics. //Macromolecules, 36 (14), 2003, стр: 5348-5354

53. Jaap M.J. den Toonder. Drag Reduction by Polymer Additives in a Turbulent Pipe Flow: Laboratory and Numerical Experiments. // Thesis Technische Universiteit, 1995

54. A. Duggleby, K. S. Ball, M. R. Paul. Dynamics of propagating turbulent pipe flow structures. Part I: Effect of drag reduction by spanwise wall oscillation. //Virginia Polytechnic Institute, State University Blacksburg, Virginia, 2007

55. B. Lu, X. Li, L. E. Scriven, H. T. Davis, Y. Talmon, J. L. Zakin. Effect of Chemical Structure on Viscoelasticity and Extensional Viscosity of Drag-Reducing Cationic Surfactant Solutions. //Langmuir, 14 (1), 1998, стр: 8 -16

56. Zhe Cui, Joline M. Fan. Effects of Microbubbles on Surface Pressures of a Sphere, /find. Eng. Chem. Res., 43 (9), 2004, стр: 2287 -2290

57. Chetan T. Goudar, Jagadeesh R. Sonnad. Explicit Friction Factor Correlation for Turbulent Flow in Smooth Pipes. // Ind. Eng. Chem. Res., 42 (12), 2003, стр: 2878 -2880

58. Peter A. Gordon. Extrapolation of Rheological Properties for Lubricant Components with Stokes-Einstein Relationships. // Ind. Eng! Chem. Res., 44 (15), 2005, стр: 5828 -5835

59. Turbulence and coherent structures in polymer solutions. //http://www.engr.wisc.edu/groups/fsd/research/polyturb/

60. Wei Li, Li Xi, Michael D. Graham. Nonlinear traveling waves as a framework for understanding turbulent drag reduction. // J. Fluid Mech, 2007

61. Masato Kodaka. Reevaluation in Interpretation of by Hydrophobicity Scaled Particle Theory. // J. Phys. Chem. B, 105 (24), 2001, стр: 5592 -5594

62. Davide Pinelli, Franco Magelli. Solids Settling Velocity and Distribution in Slurry Reactors with Dilute Pseudoplastic Suspensions. // Ind. Eng. Chem. Res., 40 (20), 2001, 4456-4462

63. Rama Govindarajanf, Victor S. L'vov, Itamar Procaccia. Stabilization of Hydrodynamic Flows by Small Viscosity Variations. // Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research, Jakkur, Bangalore, The Weizmann Institute of Science, Rehovot, 2002

64. V. G. Mel'nikov, S. A. Murav'eva, Yu. N. Shekhter, V. I. Ul'yanenko, V. M. Yur'ev. Structure's Effects in Suppressing Hydrogen-Sulfide Corrosion by Amine-Type Inhibitors. //Protection of Metal 35, No. 4, 1999, стр: 374-379

65. Itamar Procaccia, Victor S. L'vov, Roberto Benzi. Theory of Drag Reduction by Polymers in Wall Bounded Turbulence. //The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Universif a "Tor Vergata", Italy, 2007

66. P.W. Li, Y. Kawaguchi, T. Segawa, A. Yabe. Turbulent Structure in a Drag-reducing Channel Flow with Surfactant Additives Investigated by PIV System. //Kyoto Univercity, AIST МГП, Japan

67. Xue-Mei Li, David Reinhoudt, Mercedes Crego-Calama. What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces. //Chem. Soc. Rev., 2007

68. Методические указания по консервации теплоэнергетического оборудования с применением плёнкообразующих аминов. Дополнение к РД 34.20.591-97 РАО «ЕЭС России».М.1998.

69. Типовой технологический регламент «Консервация оборудования и трубопроводов вторых контуров АЭС с ВВЭР с использованием плёнкообразующих аминов. РД ЭО 0408-02 Росатом.М.2002.

70. Акользин П.А., Королёв Н.А. Применение плёнкообразующих аминов для защиты от коррозии теплосилового обрудования.М.: БТИ ОРГРЭС, 1961.

71. Kuba Y., Prochaska Z. 25 Jahre Erfahrungen mit der Dogierung von Amin zum Schutz von Kondensatnetzen in der CSSR//Energie-anwendung. 1979.Bd.28 Jg. № 2.S.60-65.

72. Трехмерные турбулентные пограничные слои. Ред. Х.Фернхольц, Е. Краузе. Москва: Мир, 1985г.

73. Седлов А.С., Кузма-Китча Ю.А. Гидродинамика и теплообмен при кипении растворов. Москва: Издательский дом МЭИ, 2007г.

74. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Москва: Энергоатомиздат, 1990г.

75. Хейнлоо Я.Л. Феноменологическая механика турбулентных потоков. Таллин: Валгус, 1984г.

76. Филиппов Г.А., Салтанов Г.А., Кукушкин А.Н. Гидродинамика и тепломассообмен в присутствии поверхностно-активных веществ. Москва: Энергоатомиздат, 1988г.

77. Гиргидов А. Д. Механика жидкости и газа (гидравлика). Санкт-Петербург: Издательство СПбГПУ, 2003г.

78. Виноградова О. И. Особенности гидродинамического и равновесного взаимодействия гидрофобных поверхностей. Москва: Автореферат диссертации на соискание степени доктора физико-математических наук, 2000г.

79. Брянская Ю.В. Совершенствование методов гидравлического расчета характеристик течения и сопротивления в трубах. Москва: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, 2003г.

80. Отставнов А.А., Ионов B.C. Гидравлический расчет полимерных и металлических трубопроводов систем водяного отопления зданий. Москва: Арктический СНИП, 2003г. №2 (14)

81. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975г.

82. Кириллов П.Л. Основные направления научных исследований в области теплогидравлики атомных энергетических установок. М.: Теплоэнергетика №3, 2005г.

83. J.Mitrovic How to create an efficient surface for nucleate boiling./Anternational Journal of Thermal Sciences 45 (2006) 1-15.

84. K.Kaneko, M. Hasegawa, S. Matsumoto. Drag Reduction on Ultra Small-Scale Concave-Convex Surface//Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers 66 644 В (2000-4).1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ

85. РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПО ТРУБОПРОВОДНЫМ СЕТЯМ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ183 Введение

86. Алгоритм реализации способа формирования молекулярных слоев1. ПАВ

87. В разделе 5 рассмотрены вопросы безопасности при эксплуатации1. МВК.

88. Для реализации технологии снижения гидравлического сопротивления магистральных трубопроводов необходимо:

89. Определить ориентировочный объем контура, включающего оборудование с трубопроводами. Исходя из объема контура, определить минимально необходимое количество реагента.

90. Определить точки дозирования ПАВ в контур с трубопроводами и точки отбора проб для проведения химанализов, обеспечивающих контроль за процессом сорбции ПАВ.

91. Подключить МВК к контуру обрабатываемого объекта гибкими шлангами с диаметром присоединительной резьбы равной 1/2", используя при необходимости систему переходников с одной резьбы на другую.

92. Заполнить на три четверти технологическую емкость 26 установкиfрабочим телом. Включить на щите электропитания установки общий автоматический включатель.

93. Обеспечить циркуляцию рабочего тела по замкнутому контуру МВК, для чего открыть задвижки 9, 10, 11, 12, 13 и запустить насос 29.

94. Через 30 минут после окончания дозирования отобрать пробу рабочего тела из трубопроводной сети (из пробоотборной точки) и определить концентрацию ПАВ.

95. Если значение концентрации ПАВ ниже необходимой расчетной повторить пункты 5 — 11 до достижения заданного значения концентрации ПАВ.

96. Каждые 30 минут осуществлять определение концентрации ПАВ. При падении ПАВ ниже величины равной 30% от значения концентрации ПАВ, полученной в п. 12, повторить пункты 5 — 12.

97. Дозирование прекращается после стабилизации значений концентрации ПАВ

98. Критерии оценки эффективности процесса реализации технологии снижения гидравлического сопротивления магистральных трубопроводов (применительно к тепловым сетям).

99. Гидрофобность поверхностей определяется органолептическим методом. Кроме того, определяется удельная сорбция ПАВ на поверхностях оборудования по приведенной ниже методике.

100. Если содержание ПАВ в пробе выше 0,5 мкг, в стакан с образцом заливается повторно свежая порция 1-N уксусной кислоты (50 мл) и процесс повторяется до тех пор, пока концентрация ПАВ не будет меньше или равна 0,5 мкг в 50 мл пробы.

101. Основные закономерности при определении гидравлического сопротивления трубопроводов

102. Р плотность перекачиваемой жидкости, кг/м .; v — скорость перекачиваемой жидкости, [м/с].

103. Безразмерный коэффициент гидравлического трения Я рассчитывался по зависимостям, полученным Г.А. Муриным (ВТИ) по результатам экспериментов с новыми стальными трубами различного диаметра.

104. Факторы, влияющие на гидравлическое сопротивлении трубопроводовпри транспортировки теплоносителя представлены на рисунке Е. 1.

105. На гидравлическое сопротивление трубопроводов влияют скорость движения теплоносителя, длина и диаметр проходного сечения трубопровода, состояние внутритрубной поверхности и физические свойства перекачиваемой жидкости.

106. Сорбированные на внутренней поверхности магистрального трубопровода плотноупакованные, молекулярные слои ПАВ не только защищают от коррозии, снижают скорость образования отложений, но и меняют режим течения пристенного слоя жидкости.

107. Уменьшение проходного сечения трубопроводов

108. Образование отложений на трубных поверхностяхС

109. Увеличение шероховатости и изменение рельефа поверхности1. HDD

110. Коррозия внутренней поверхности трубопроводов

111. Рисунок Е. 1 — Факторы, влияющие на увеличение гидравлического сопротивления трубопроводов тепловых сетей

112. На рисунке Е.2 и Е.З представлены зависимости линейного падения давления от диаметра трубопровода при постоянной скорости движения рабочего тела.

113. На рисунке Е.4 представлена зависимость перепада линейного давления в зависимости от шероховатости трубопровода.

114. Уменьшение диаметра проходного сечения, %

115. Рисунок Е.2 Зависимость величины гидравлического сопротивления трубопровода от величины диаметра проходного сечения1. Толщина отложений, мм

116. Рисунок Е.З Зависимость величины гидравлического сопротивления трубопровода от толщины отложений на внутренней поверхности трубопровода диаметром 100 мм2,825 2,2 1,916 1,31

117. О 200 400 600 800 1000 1200f