автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Математическое моделирование сложного теплообмена в огнетехнических установках газовой и нефтехимической промышленности

На правах рукописи

КУЛЕШОВ ОЛЕГ ЮРЬЕВИЧ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНОГО ТЕПЛООБМЕНА В ОГНЕТЕХКИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ ГАЗОВОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

05.14.04. - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 1996

Работа выполнена в Саратовском.государственном техническом университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.Н. Седелкин

Официальные оппоненты - доктор технических наук.

профессор А. И. Щелоков; кандидат технических наук, доцент В.Н. Лункин

Ведущая организация - АО "ВНИПИГаздобыча" (г.Саратов)

Защита состоится 27 июня 1996 года в 14 часов в ауд. 226 на заседании специализированного диссертационного совета Д 063.58.02 в Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054. г.Саратов, ул.Политехническая, 77.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "Ш" ¿<¿<1$. 1996 года.

.Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Разработка методов расчета радиационного и сложного теплообмена в огнетехнических установках и системах является одной из важнейших проблем промышленной теплотехники. Из-за чрезвычайной сложности задачи наиболее эффективным и по существу единственным методом анализа теплообмена в этих системах является математическое моделирование. В данной работе рассматриваются огнетехкические установки газовой и нефтехимической промышленности: трубчатые печи и факельные установки. Для них характерны высокая интенсивность процессов теплообмена и предельно допустимое термическое состояние элементов экранных поверхностей и облучаемых объектов в условиях повышенной аварийной опасности данного вида производств. Повышение надежности, безопасности и эффективности работы (последнее относится, главным образом, к технологическш трубчатым печам) систем связано с умением прогно-аировать характеристики радиационного и сложного теплообмена. В связи с этим большое значение имеет разработка высокоточных и детальных методов расчета. Общность процессов, протекающих в огне-технических системах, позволяет проводить их анализ на базе единых математических методов и вычислительных алгоритмов, что особенно эффективно при создании отраслевой САПР газовой и нефтехимической промышленности. В связи с вышеизложенным разработка средств и методов математического моделирования, а также численное исследование сложного теплообмена в огнетехнических установках газовой и нефтехимической промышленности представляется весьма актуальной.

Целью работы является развитие зонального метода расчета радиационного и сложного теплообмена в огнетехнических установках газовой и нефтехимической промышленности: реакционных трубчатых печах и факельных установках.

Научная новизна Разработан новый зонально-узловой метод решения сопряженной задачи радиационно-конвективного и кондуктиеного теплообмена в экранированных топочных камерах. Математическая формулировка метода дается расширенной системой зональных уравнений, включающей в себя: систему алгебраических уравнений зонального теплообмена в топочном пространстве, алгебраические уравнения локального

теплообмена на тепловоспринимающей поверхности, дифференциальное уравнение стационарной теплопроводности в твердых телах (стенке экранных труб и топочных ограждений) совместно с условиями сопряжения тепловых полей на границе топочной среды и твердого тела. В отличие от предшествующих разработок метод позволяет учитывать неоднородность тепловых параметров, в том числе переменность потока падающего излучения в пределах поверхностных зон, эффект селективности излучения поверхностей.

Разработана математическая модель, методика и алгоритм расчета внутренних физико-химических процессов в трубчатых реакторах термического разложения углеводородов с учетом радиацион-но-конвективного (сложного) теплообмена в газовом потоке. Математическая формулировка задачи дана в форме расширенной системы уравнений многокомпонентного пограничного слоя, включащей дополнительное уравнение переноса интенсивности излучения и радиационный член в уравнении энергии.

В рамках зонально-узлового подхода разработана физико-математическая модель, методика и алгоритм расчета сопряженного теплообмена в реакционных трубчатых печах. Модель позволяет корректно описать локальный тепловой режим теплопередающей поверхности, . впервые непосредственно учитывает реальную геометрию экранных поверхностей, переменность результирующего теплового потока как по длине, так и по периметру экранных труб.

. Предложен новый метод расчета лучистой тепловой нагрузки от открытых факелов, учитывающий реальную геометрию и характеристики факела (длину, объем зоны горения, распределение температур и эмиссионных характеристик), а также методика определения оптико-геометрических характеристик излучения в конических зональных системах, имитирующих факел.

Впервые разработаны зональные геометрические модели ряда промышленных трубчатых печей, позволившие выявить влияние режимных и конструктивных параметров на распределения температур и результирующих тепловых потоков в рабочем пространстве печи, а также характер внутренних процессов (выход целевого продукта, интенсивность коксоотложения и т.д.).

Расчетным путем впервые получены достоверные эпюры тепло-напряжений на поверхности грунта в зоне действия промышленных факельных установок различных типов, а также их систем.

Практическая ценность. Разработанные методики и алгоритмы позволяют проводить полный комплексный анализ процессов теплообмена в трубчатых печах и открытых факельных системах.

Методика расчета сопряженного теплообмена в реакционных трубчатых печах позволяет непосредственно увязать параметры управления (расход топлива по рядам горелок и др.) с выходными параметрами печи (выход целевого продукта), что открывает возможность совершенствования теплового режима с целью повышения энерготехнологической эффективности, надежности и безопасности работы печи.

Проведенные исследования закономерностей внешнего и сопряженного теплообмена в промышленных трубчатых печах позволили дать ряд практически ценных рекомендаций по совершенствованию теплового режима.

Методика теплотехнического расчета факельных установок позволяет прогнозировать тепловые нагрузки в зоне действия открытых факелов и тем самым позволяет решить вопрос безопасного размещения факельной установки на промышленной площадке относительно технологического оборудования, зданий и сооружений.

На основе разработанных методик и алгоритмов создан ППП для IBM совместимых ПК, который может использоваться в отраслевой САПР объектов газовой и нефтехимической промышленности. ППП передан и используется институтами ВНИПИНефть, ВНШНефтемаш (г.Моск-ьа) и ВНИШГаздобыча (г.Саратов).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международных, российских и межвузовских научно-технических конференциях и симпозиумах, в числе которых: Второй Минский международный форум по тепломассообмену (Минск, 1992); Международное совещание-семинар "Теплофизические проблемы промышленного производства" (Тамбов, 1992); Седьмая Всесоюзная конференция по радиационному теплообмену (Ташкент, 1991); Первая Российская научная конференция по теплообмену (Москва, 1994); Первая научно-техническая конференция Технологического института СГТУ (Энгельс, 1996); научные конференции профессорско-преподавательского состава Тй СГТУ (19S0-1996 Г.Г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений блок-схем алгоритмов. Работа изложена на 197 страницах машинописного текста, содержит

- б -

14 таблиц, 37 рисунков, список литературы включает 149 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность разрабатываемой темы, сформулирована цель работы.

В первой главе диссертации анализируется состояние методов расчета радиационного и сложного теплообмена в огне-технических системах и установках, сформулированы задачи исследования.

Показано, что наиболее эффективным методом решения задач радиационного и сложного теплообмена в технических системах является математическое моделирование, основанное на численных методах теории теплообмена. Для решения задач радиационного и сложного теплообмена в пространственно неоднородных излучающих системах в настоящее время широко применяются два класса численных методов: дифференциальные и зональные. Наиболее разработанными дифференциальными методами, позволяющими получать приближения более высокого порядка, являются: метод сферических гармоник, метод дискретных ординат и метод моментов.

Математический аппарат дифференциальных методов отличается значительной простотой и удобством применения. Однако всем этим методам присущ ряд принципиальных ограничений, вытекающих из их природы.

Более универсальным и эффективным представляется зональный метод, который благодаря этому нашел широкое применение для анализа радиационного и сложного теплообмена в технических устройствах и системах. Основы теории зонального метода заложены в работах Г.Л.Поляка, Ю.А.Суринова, A.C.Невского, В.А.Адрианова, Х.Хот-теля и др.

Сущность зонального метода заключается в замене исходного интегро-дифференциального уравнения переноса излучения системой алгебраических уравнений в излучающей системе, состоящей из конечного числа оптически и термически однородных зон.

Применительно к трубчатым печам газовой и нефтехимической промышленности теория зонального метода была развита В.М.Седелки-ным.

К настоящему времени теория зонального метода является достаточно развитой. Однако остались нерешенными такие принципиально важные вопросы, как вычисление локальных характеристик и решение сопряженных задач сложного теплообмена в рамках зонального метода.

Значительно отстает от теории решение прикладных задач радиационного и сложного теплообмена. В рамках тематики диссертации можно указать на применяемые в настоящее время методы расчета факельных установок, которые используют довольно грубое упрощение задачи - представление факела в виде излучающей точки, что не только еносит большую погрешность, но и искажает физическую картину процесса.

Другой прикладной вопрос, связанный с темой диссертации, -учет радиационной составляющей внутреннего теплообмена в высокотемпературных трубчатых реакторах - также в настоящее время достаточно не разработан.

Бс второй главе излагается методика расчета сопряженного теплообмена в трубчатых реакторах (реакционных печах). Методика основана на зональном описании внешнего теплообмена (в объеме топочной камеры) и дифференциальном описании внутреннего теплообмена (ь теплопередающей стенке и технологическом потоке).

В разд. 2.1 дается описание нового зонально-узлового метода решения сопряженной задачи радиационно-конвективного и кондуктив-ного теплообмена в экранированных топочных камерах. В рамках традиционного зонального подхода новый метод использует дополнительное узловое разбиение нагреваемых поверхностей, предназначенное для аппроксимации локальных геометрических и тепловых граничных условий при сшивке внешней (зональной) и внутренней (непрерывной) расчетных областей.

Математическая формулировка метода дается расширенной системой уравнений зонального теплообмена:

- система уравнений зонального теплообмена в топочном пространстве

ш+п

£ РиТ!4 + Е йиТ1 - + Оист, л = О, ¿ = [1, ш+п]; (2.1)

1-1 1

J Охим.3 . 3=Cl,m];

Qj, ИСТ - 1

v Оконд.j. 3 = Cm+l,m+n];

- уравнения локального теплообмена на тепловоспринимающей поверхности

m+n

£ PiMTi4 - ЕмбоТм4 + «m(Ti-TM) + Qkohä.м = 0, М=[1,р]; (2.2) i-1

PiM * Pia. cIFmCF:-,

- уравнение стационарной теплопроводности в теплопередающей стенке (экранных труб и топочных ограждений)

V (А VT) = О (2.3)

Условия сопряжения внешнего (зонального) и внутреннего (непрерывного) тепловых полей (на наружной поверхности труб):

ЭТ

Оконд. j = У Чконд, с.н. dF = s (-'Х — ) dF; (Fj) (Fj) дг с-н-

1 (2.4)

11' р, А,1«- йр-

где ш, п, р - число объемных, поверхностных и узловых зон в геометрической модели соответственно; Т^ - средняя температура зоны 1; Охим.^ - тепловыделение в объемной зоне 3 за счет горения; Оконд. з - тепловой поток к поверхностной зоне 5 за счет теплопроводности стенки; Тм, Яконд.м - локальные температура и плотность кондуктивного теплового потока на поверхности в узле М; Р^ - площадь о-ой поверхностной зоны; Р^ и Р!м - среднезональный и локальный коэффициенты радиационного обмена соответственно; йц и Ян - коэффициенты конвективно-турбулентного переноса из зоны 1 в зону з и из зоны 3 соответственно; гм, Ом - локальные значения степени черноты поверхности и коэффициента конвективной теплоотдачи; индекс с.н. обозначает наружную поверхность теплопередающей стенки (трубы).

На внешней поверхности топочных ограждений в общем случае

задаются граничные условия третьего рода, а на внутренней поверхности экранных труб - условия сопряжения с задачей внутреннего теплообмена в технологическом потоке.

Среднезональные оптико-геометрические характеристики излучения в топочной камере вычисляются с помощью вероятностных методов в сочетании с квазисерым представлением спектра излучения. Для вычисления локальных оптико-геометрических характеристик предложен модифицированный метод Монте-Карло, использующий аналитическое распределение угловой плотности излучения на поверхности твердых тел.

Предложены расчетные методики, конкретизирующие решение задачи и отличающиеся большой универсальностью.

В разд. 2.2 приводятся физико-математическая модель и методика расчета внутреннего теплообмена в трубчатых реакторах термического разложения углеводородов.

Математическое описание внутренних процессов дается расширенной системой уравнений многокомпонентного, химически неравновесного пограничного слоя, включающей в себя дополнительное уравнение переноса интенсивности излучения и радиационный член в уравнении энергии.

С учетом некоторых упрощений система уравнений внутреннего теплообмена имеет вид (цилиндрическая система координат, осевая симметрия):

- уравнение неразрывности

д 1 Э

Т- (Р")+-Т = 0: (2-5)

ОХ г ог

- уравнение движения

ди Эи йР 1 б ди

р ( и —- + -)= — + -—■- [ г (м рО — (2.6)

ох Зг й г ог ог

- система уравнений сохранения массы компонентов смеси

дс1 ЭС! 1 Э дCi

р (и— + й— ) = - — [гр№а + е^)— 1 - »ХИМ, 1=С1 ,т]; (2.7) ох ог г Ог ог

- уравнение энергии

ат зт 1 9 зт 1 а

рСр(и— +• 0—) = - — Сг(\ + РСР£Ч)—]- - — (гчр) - ау.хим; (2.8) ох дг г ¿г дг г от

- уравнение спектральной интенсивности излучения 51«

дг

= х.« (В* - и); (2.9)

» 41

где = Г I I»» йи - результирующий радиационный (2.10)

о)=о й=о тепловой поток;

г, х - цилиндрические координаты; Т -температура; Р - давление; С1 - массовая доля 1-го компонента в смеси, 1=[1,ш]; и, 0 - продольная и радиальная составляющие скорости соответственно; *. Р, ср - соответственно коэффициенты теплопроводности, вязкости, плотность и теплоемкость смеси; -ег, е^ - коэффициенты турбулентного переноса импульса, массы и энергии соответственно;

- эффективный коэффициент многокомпонентной диффузии 1-го компонента смеси; Чу, хим - плотность теплового химического источника; 1*1 - плотность химического источника массы 1-го компонента; I, В - интенсивности излучения среды и абсолютно черного тела соответственно; - спектральный коэффициент поглощения излучения; <о - волновое число; Й - сферический телесный угол.

Во внутренней расчетной области Лх, г = <0<х<Ц 0<гШ - начальные и граничные условия задаются в виде:

х=0: и=и0(г); 0=0; Р=Р0; Т=Т0(г); С1=С1о(г), 1=[1,ш];

г=0: »=0; Эи/дг = ЗТ/Зг = дС^/дг = 0; (2.11)

Г=1?: и=й=0; С!/ Г « О; I*, = В„(Тс.Ен)•

Условия сопряжения на внутренней поверхности стенки трубы имеют вид:

эт ат

(Тс.вн)к.0 = (Тс.вн)к+0 ; ( X - )Е+0= ( Л - - Чр)к_0 (2.12) где индекс с.вн обозначает внутреннюю стенку трубы.

Для замыкания системы уравнений (2.5) - (2.10) рассматриваются соотношения турбулентного переноса и химической кинетики. Обсуждается вопрос рационального выбора кинетической модели.

Далее в разделе обсуждается методика решения задачи, основанная на замене исходных уравнений в частных производных системой обыкновенных дифференциальных уравнений первого и второго порядков относительно производной. Решение таких систем уравнений не представляет сложности. В работе для этого использованы стандартные дифференциальные методы.

Для решения задачи лучистого переноса использовано приближение излучающего объема бесконечной длины. Приводится вывод упрощенного аналитического выражения для плотности результирующего радиационного потока в функции полных поглощений полос спектра.

В разд.2.3 приведены методика и алгоритм сопряжения внешней и внутренней задач теплообмена в трубчатых печах. Общий метод решения носит итерационный характер. Здесь же обсуждаются принципы построения зонально-узловой геометрической модели и ее формализованного описания в виде структуры данных.

В третьей главе изложен метод теплотехнического расчета факельных установок.

В разд.3.1 приводится физико-математическая модель и методика расчета характеристик свободного факела, основанная на зональных представлениях.

Модель использует геометрическое представление факела в виде усеченного конуса с углом раскрытия 12,5° и высотой, равной длине факела Ь®.

Длина факела рассчитывается исходя из длины свободного диффузионного факела

св. 5

и = и.л. п ^(КО. (3.1)

1-1

где -СК^. 1=[1,5] - параметры, учитывающие реальные условия сжигания.

Для расчета характеристик факела (полей температур и степеней черноты газового объема) использован аппарат зонального метода. Зональную геометрическую модель получают сечением конуса семейством плоскостей, перпендикулярных его оси, в соответствии с

заданным числом факельных зон N.

Система зональных уравнений имеет вид:

N

Е РиТ14 + Вд-аТз-1 + В^ + СЫст. 1 - 0, 5 - С1,КЗ. (3.2)

1-1

где Во - коэффициент конвективного переноса тепла из зоны с номером з в зону з+1; Оист - источниковый член.

В качестве замыкающих используются эмпирические зависимости выгорания топлива, концентрации продуктов сгорания, подсосов воздуха по длине факела.

Методика численного расчета оптико-геометрических характеристик излучения в конических системах приведена в приложении II диссертации.

В разд. 3.2 излагается методика расчета тепловой нагрузки от вертикальной факельной установки.

Облучаемая горизонтальная площадка помешается в трехмерную систему координат, относительно которой рассматривается положение факела и связанной с ним системы координат (ось факела в общем случае не совпадает с вертикальной из-за отклонения ветром). Методика использует сеточное разбиение облучаемой площадки. Для вычисления локального удельного углового коэффициента с факельной зоны к элементарной площадке с центром в сеточном узле Фш используется метод численного интегрирования по конической поверхности.

Плотность потока излучения к узловой точке определяется как: n

Чпад.т = бо £ (3.3)

1-1

где Тх,£ а,- температура, степень черноты и площадь поверхности 1-той факельной зоны; б0 - постоянная Стефана - Болышана.

В разд.3.3 излагается методика расчета тепловой нагрузки от горизонтальной факельной установки.

Фасел горизонтальной факельной установки располагается в непосредственной близости от поверхности грунта. В связи с вырожденностью ядра интегрального преобразования при расчете падающих тепловых потоков от горизонтального факела факельные зоны рассматривается как точечный источник излучения. Соответствующие математические выкладки приведены в диссертации.

В разд.3.4 изложена методика расчета температуры облучаемой

поверхности грунта в первом приближении (без учета кондуктивного теплового потока в грунте в связи с его малой величиной). Здесь же предлагается рассчитывать тепловой поток от системы факелов по правилу суперпозиции.

Четвертая глава посвящена математическому моделированию теплообмена в трубчатых печах и открытых факельных системах. Объекты и спектр параметрических исследований были выбраны с таким расчетом, чтобы наиболее полно продемонстрировать возможности предложенных методик и область их применения.

В разд. 4.1 исследовано влияние эффекта селективности излучения, режимных и конструктивных параметров на внешний теплообмен в топочных камерах трубчатых печей. В качестве объектов исследования рассматриваются промышленные трубчатые печи ГД2 и ЗР2 по каталогу ВНИПИНефтемаша. Печи ГД2 и ЗР2 - узкокамерные с верхним отводом дымовых газов и центральным двухрядным экраном из горизонтальных труб. Печь ГД2 оснащена подощелевыми горелками для сжигания топливного газа (мазута) в настильном на боковые стены факеле с дифференцированным подводом воздуха по высоте факела. Конструкция печи ЗР2 реализует две схемы отопления: основную для сжигания топливного газа в беспламенных панельных горелках и резервную для сжигания мазута в настильном факеле. Описаны зональные геометрические модели топочных камер этих печей.

На примере печи ГД2 исследуется влияние селективности излучения продуктов сгорания на результирующий теплообмен в топках трубчатых печей. Рассмотрены серое и квазисерое (9-полосная модель, 2-полосная модель) приближения спектра излучения, а также модель взвешенной суммы серых газов Хоттеля. Показано, что использование серой модели вносит большую погрешность в расчеты теплообмена. В целом же, как показывают расчеты, в трубчатых печах влияние селективности излучения топочной среды на результирующие характеристики теплообмена незначительно.

На примере печи ГД2 рассматривается влияние длины и светимости настильного факела на характеристики теплообмена. Установлено, что в трубчатых печах оптимальная длина факела (по максимальной интегральной теплоотдаче) составляет 0,3 ... 0,5 от высоты экрана. При равных длинах факелов наибольшая теплоотдача и более выраженный оптимум соответствуют светящимся факелам. При оптимальной длине факела наблюдается наименьшая равномерность полей

результирующих тепловых потоков к экрану и температур настильной стенки. С ростом длины и светимости факела роль кладки в теплообмене падает.

Выполнен сравнительный анализ эффективности беспламенного и настильного факельного способов сжигания топлива на примере печи ЗР2, реализующей обе эти схемы отопления (основную и резервную). Показано, что при практически равной величине средней теплонапря-женности поверхности нагрева более равномерный профиль теплонап-ряжений дает использование беспламенных панельных горелок. Однако в связи со значительной шириной (оптической толщиной) топочного объема локальное регулирование теплопровода (путем изменения расхода газа по рядам горелок) оказывается малоэффективным.

Сопоставление расчетных данных с экспериментом показало пригодность предложенной методики для практических расчетов. Расхождение в определении интегрального тепловосприятия составляет 8%, среднезонального и локального не превышает 20%.

В разд. 4.2 проведен численный анализ сопряженного теплообмена в конкретной промышленной реакционной трубчатой печи ПБЧ2, установленной на Казанском заводе "Оргсинтез". Печь узкокамерная с нижней камерой конвекции и боковыми стенами топки из блоков чашеобразных горелок. Печной змеевик состоит из двух параллельно включенных секций, образующих двухрядный центральный экран, набранный из горизонтальных труб. Разработана зональная геометрическая модель камеры радиации печи, включающая 1/4 часть рабочего пространства.

Приводятся данные по распределению температур в объеме топочной камеры, профили изменения локальной температуры поверхности экранных труб и плотности результирующего теплового потока по длине реакционного змеевика, поля физико-химических параметров во внутреннем технологическом потоке.

Проведенное сравнение расчетных и экспериментальных данных показывает хорошее совпадение как по результирующим показателям работы печи (параметры процесса и распределение продуктов пиролиза, интегральное тепловосприятие и др.), так и по локальным характеристикам теплообмена (плотности результирующего теплового потока, температуры поверхности реакционных труб). Так,расхождение в определении выхода целевого продукта (этилена) из исходного сырья составило 5%, а в определении локальной температуры поверх-

ности реакционных труб -37..

Проанализировано влияние радиационной составляющей на внутренний теплообмен. Установлено, что для данного теплового режима (Ч * 30 кВт/м2) среднее по длине реакционного змеевика значение радиационной составляющей теплообмена составляет 12%, максимальное и минимальное значения, достигаемые соответственно на начальном и конечном участках реакционного змеевика,составляют 15 и 10%. Проведенные оценки показывают, что радиационно-конвективное взаимодействие становится существенным при теплонапряженности поверхности а > 105 кВт, когда доля излучения достигает 40% и более.

В этом же разделе исследовано влияние коксоотложения в трубах реакционного змеевика на характеристики сопряженного теплообмена и рабочие параметры печи.

В разд. 4.3 приводятся результаты расчетов лучистой тепловой нагрузки на грунт в зоне действия промышленных факельных установок вертикального и горизонтального типов, а также их систем.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложен новый зонально-узловой метод решения сопряженных задач сложного теплообмена в экранированных топочных камерах, позволяющий учитывать неоднородность тепловых параметров и переменность потока падающего излучения в пределах поверхностных зон.

2. Разработана физико-математическая модель и методика расчета внутреннего теплообмена в реакторах термического разложения углеводородов с учетом радиационно-конвективного (сложного) теплообмена в газовом потоке.

3. Разработана физико-математическая модель и методика расчета сопряженного теплообмена в реакционных трубчатых печах, непосредственно учитывающая реальную геометрию экрана, переменность результирующего теплового, потока по длине и периметру экранных труб.

4. Предложен новый метод расчета теплового излучения в зоне действия факельных установок открытого типа, учитывающий реальную геометрию и характеристики факела, а также методика расчета температуры облучаемой поверхности грунта.

5. На основе предложенных методик созданы библиотека алго-

ритмических модулей и ГОШ, которые позволяют решать разнообразные по постановке задачи радиационного и сложного теплообмена в огне-технических устройствах широкого класса и полностью покрывают нужды расчета трубчатых печей и факельных установок.

6. Созданы зональные геометрические модели ряда промышленных трубчатых печей и проведена апробация расчетной методики, показавшая ее высокую точность, вычислительную эффективность и надежность .

7. Численно исследованы закономерности радиационного и сложного теплообмена в топках трубчатых печей и во внутреннем потоке термически разлагающихся углеводородов. Получены данные о степени влияния ряда эффектов (селективности излучения топочной среды, радиационной составляющей внутреннего теплообмена и радиацион-но-конвективного взаимодействия во внутреннем газовом потоке) на результирующий теплообмен в этих системах. Указана область обоснованного применения соответствующих моделей.

8. Проведено численное исследование влияния конструктивных (схемы отопления печи) и режимных (длины и светимости факела) параметров на характеристики результирующего теплообмена в промышленных трубчатых печах. Даны практические рекомендации по совершенствованию тепловых режимов этих печей.

9. Проведено математическое моделирование сопряженного теплообмена в промышленной трубчатой печи пиролиза. Получены поля параметров в объеме топочной камеры и во внутреннем технологическом потоке. Проанализировано влияние коксоотложения в трубах реакционного змеевика на показатели работы печи. Даны практические рекомендации по оптимизации теплоподвода по длине реакционного змеевика.

10. Проведено математическое моделирование теплообмена в промышленных факельных установках различных типов, а также их систем. Получены эпюры теплонапряжений на поверхности грунта. Даны практические рекомендации по безопасной эксплуатации факельных установок.

11. Полученные результаты исследований и разработанные методики расчета теплообмена использованы в проектно-конструкторских разработках институтов ВНИПИНефть, ВНИИНефтемаш, ВНШШГаздобыча. Материалы работы используются в учебном процессе.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Математические модели и пакет программ для расчетов сложного теплообмена в огнетехнических установках /В.М.Седелкин, А.В.Паимов, М.С.Угольников, О.Ю.Кулешов, О.П.Полонская//Седьмая Всесоюзн. конф. по радиационному теплообмену: Тез. докл., Ташкент, 21 - 23 окт. 1991. - Ташкент, 1991. - С.109-110.

2. Седелкин В.М., Кулешов О.Ю., Наймов A.B. Разработка математического обеспечения САПР огнетехнических установок//Тешюфиз. проблемы пром. производства: Краткие тез. докл. Междунар. совевд-ния-семияара (21 - 24 сент.)/Тамбовский ин-т хим. машиностроения. - Тамбов, 1992. - С.102.

3. Определение локальных характеристик радиационного теплообмена в факельных системах/А.В.Паимов, В.М.Седелкин, О.Ю.Кулешов, М.С.Угольников//Тепломассообмен - ММФ-92. Радиационный и комбинированный теплообмен. Т.2. - Минск: ИТМО, 1992. - С.43-45.

4. Методика расчета теплового излучения в зоне действия открытых факелов/Е.М.Седелкин, А.В.Паимов, О.А.Тслэконникова, О.Ю.Кулешов//ИФЖ. - 1993. - Т.64, N3. - С.297-299.

5. Седелкин В.М., Кулешов О.Ю. Математическая модель и методика численного расчета сопряженного теплообмена в трубчатых ре-акторах//Радиационный и сложный теплообмен: Тр. 1-ой Российской нац. конф. по теплообмену. - М.: Изд-во МЭИ, 1994. - Т.9. -С. 190-195.

6. Седелкин В.М., Кулешов О.Ю. Методика расчета на ПЭВМ радиационного теплообмена в открытых факельных системах//Тр. 1-ой Российской нац. конф. по теплообмену. - М.: Изд-во МЭИ, 1994. -Т.9. - С.196-199.

7. Седелкин В.М., Кулешов О.Ю. Разработка математической модели сопряженного теплообмена в трубчатых реакторах//Материалы 1-ой Науч.-техн. конф. (апрель 1993 г.): Сборник/Сарат.гос. техн. ун-т. Технол. ин-т. - Энгельс, 1995. - С.226-243. - Деп. в ВИНИТИ 10.03.95., N 660-В95.