автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Особенности гидродинамики и тепломассопереноса в термосифонах для использования в теплоэнергетическом оборудовании

На правах рукописи

Аль-Ани Мааз Абдулвахед Зиб

ОСОБЕННОСТИ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ТЕРМОСИФОНАХ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

4849851

1 6 июн 2011

Томск - 2011

4849851

Работа выполнена на кафедре «Атомные и тепловые электрические станции» Энергетического института Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Кузнецов Гений Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лебедев Виталий Матвеевич

доктор технических наук, с.н.с. Богомолов Александр Романович

Ведущая организация: Сибирский федеральный университет

Защита состоится «01» июля 2011 г. в 10 ч. на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.13 при ГОУ ВПО Национальном исследовательском Томском политехническом университете по адресу: 634050, г. Томск, ул. Усова, 7, ауд.217.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке ГОУ ВПО НИ ТПУ.

Автореферат разослан «30» мая 2011 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.13 кандидат технических наук, доцент

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одной из основных задач, возникающих при проектировании энергетического оборудования ТЭС, работающего в условиях высоких давлений и температур, является обеспечение оптимальных тепловых режимов такого оборудования. При этом используемые системы охлаждения (например, лопаток газовых турбин воздухом) приводят к снижению эффективности работы газотурбинных установок в целом.

Решение этой задачи возможно с использованием достаточно широкого набора систем и устройств регулирования тепловых режимов. Одним из таких устройств, возможность применения которого для охлаждения лопаток турбин изучалась достаточно интенсивно еще в 60-е годы прошлого века, является двухфазный термосифон. Но до настоящего времени эти устройства в промышленности вообще и в теплоэнергетике, в частности, используются мало, хотя выполнены многочисленные экспериментальные исследования, подтверждающие высокую (или даже очень высокую) теплопередающую способность термосифонов. Во многом это объясняется тем, что не разработана теория теплопереноса в таких устройствах, описывающая весь комплекс взаимосвязанных процессов переноса энергии в паровом канале, пленке жидкого теплоносителя, стекающего по стенкам, и в корпусе цилиндра, являющегося основным конструктивным элементом термосифона. Отдельные решения частных задач выполнены в постановках, не учитывающих сопряженность - взаимное влияние процессов теплопереноса в паровой и жидкой фазах, а также в корпусе устройства.

Для обоснования возможности применения термосифонов при регулировании тепловых режимов отдельных элементов энергетического оборудования ТЭС необходимо построение опирающейся на минимальный объем эмпирической информации теории тепломассопереноса в термосифоне как в системе, состоящей из ряда её взаимодействующих составляющих: источник подвода энергии, зоны испарения и конденсации, паровой канал, пленка стекающего под действием силы тяжести конденсата, корпус термосифона, теплопередающие торцовые элементы корпуса. Проведение экспериментальных исследований на уровне, обеспечивающем достоверный прогноз работоспособности термосифонов в условиях, соответствующих режимам работы энергетического оборудования ТЭС, представляется весьма трудоемким, затратным и не гарантирующем оптимального результата. Сложный комплекс взаимосвязанных процессов в термосифонах невозможно анализировать аналитическими методами. Единственным реальным методом исследования рассматриваемой проблемы является численное моделирование. До настоящего времени не известны результаты численных исследований основных закономерностей тепломассопереноса в термосифонах применительно к условиям работы систем обеспечения теплового режима основного оборудования тепловых электрических станций.

На основании анализа литературы по рассматриваемой проблеме можно сделать вывод о том, что проведение опытно-конструкторских работ по масштабному внедрению термосифонов в теплоэнергетике сдерживается в основном отсутствием теории, позволяющей проводить объективный анализ условий работы и эффективности применения термосифонов в теплоэнергетическом оборудовании.

Цель диссертационной работы - заключается в математическом моделировании гидродинамики и теплопереноса в замкнутом двухфазном термосифоне, являющемся одним из перспективных элементов систем охлаждения энергетического оборудования ТЭС: газовых турбин, трансформаторов, магнитопроводов статоров генераторов, а также оборудования, находящегося под напряжением (выводы, шины и т.п.), конденсаторов и оценка возможности использования термосифонов в качестве основного элемента систем обеспечения стабильности теплового режима энергетического оборудования тепловых электрических станций.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

1. Создание математической модели сопряженного теплопереноса в двухфазных термосифонах различной конфигурации, учитывающих дискретность области решения задачи, наличие парового канала, пленки конденсата, корпуса термосифона, зон испарения и конденсации.

2. Численные исследования основных закономерностей гидродинамики и теплопереноса в термосифонах для режимов вынужденной, смешанной и естественной конвекции при тепловых нагрузках, характерных для теплоэнергетического оборудования (лопаток газовых турбин, трансформаторов, магнитопроводов статоров генераторов).

3. Оценка возможности использования термосифонов в качестве основного элемента систем охлаждения энергетического оборудования тепловых электрических станций.

Научная новизна работы. Впервые решена задача сопряженного теплопереноса в замкнутом двухфазном термосифоне с использованием математической модели, учитывающей процессы переноса массы, импульса и энергии в паровом канале и пленке конденсата, а также перенос тепла в корпусе термосифона. В результате проведенных исследований получены зависимости основных параметров течения пара в канале термосифона (скорость, температура, функция тока) от параметров рабочего тела, а также от интенсивности испарения, величины теплового потока в зоне испарения для режимов вынужденной, смешанной и естественной конвекции. Представлены обоснования возможности использования термосифонов для систем

обеспечения нормативных тепловых режимов энергетического оборудования тепловых электрических станций.

Практическая значимость работы Создан вычислительный комплекс для моделирования режимов теплопереноса в двухфазных термосифонах. Установлена возможность использования термосифонов для устойчивого охлаждения основных элементов энергетического оборудования тепловых электрических станций (лопаток газовых турбин, трансформаторов, генераторов, конденсаторов). Полученные новые численные результаты могут быть использованы для совершенствования конструктивных элементов систем охлаждения энергетического оборудования электрических станций, а также позволят прогнозировать оптимальные режимы теплопереноса в термосифонах различного назначения.

Результаты выполненных исследований используются в Национальном исследовательском Томском политехническом университете при подготовке магистров техники и технологии по направлению «Теплоэнергетика» при ведении занятий по дисциплинам «Математическое моделирование и алгоритмизация задач теплоэнергетики», «Математические модели динамических систем», «Тепловые и атомные электрические станции».

Тема диссертации соответствует приоритетному направлению развития науки в Российской Федерации «Энергетика и энергосбережение».

Часть исследований, которые вошли в диссертацию, была выполнена в рамках реализации ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы (ГК № П2225).

Достоверность полученных результатов. Обоснованность научных положений и выводов, сформулированных в работе, подтверждается результатами тестирования разработанных метода и алгоритма на решении ряда менее сложных задач и сопоставлением результатов с экспериментальными данными и численными исследованиями других авторов, опубликованных в международных журналах: International Journal of Heat and Mass Transfer, International Journal of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow.

Положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель теплопереноса в двухфазных термосифонах применительно к системам охлаждения энергетического оборудования тепловых электрических станций в переменных "функция тока -завихренность - температура".

2. Алгоритм решения сопряженных задач конвективного теплопереноса в двухфазных термосифонах систем охлаждения энергетического оборудования тепловых электрических станций.

3. Результаты численного моделирования нестационарных режимов конвективного теплопереноса в замкнутом двухфазном термосифоне

применительно к режимам работы лопаток газовых турбин, трансформаторов, генераторов и конденсаторов тепловых электрических станций.

4. Обоснование возможности использования термосифонов для охлаждения основных элементов энергетического оборудования тепловых электрических станций.

Личный вклад автора состоит в постановке задачи, разработке метода и алгоритма её решения, проведении численного анализа исследуемых процессов, обработке и обобщении результатов теоретических исследований, а также формулировке основных выводов диссертационной работы.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на the 1st International Conference on Plant Equipment and Reliability (Малайзия, 2008), на XVI и XVII Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2010, 2011), на Всероссийской научно-практической конференции «Теплофизические основы энергетических технологий» (Томск, 2010), на IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2011).

Публикации. Основные результаты диссертации представлены в 12 работах, список которых приведён в конце автореферата. Четыре статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов докторских и кандидатских диссертаций. Одна статья опубликована в зарубежном рецензируемом журнале.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, основных выводов, библиографического списка, включающего 125 наименования. Изложена на 142 страницах машинописного текста, включает 66 рисунков и 2 таблицы.

Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и основные решаемые задачи, отражена практическая значимость и новизна полученных результатов, представлены защищаемые автором положения.

Первая глава отражает современные тенденции развития теоретических и экспериментальных исследований в области гидродинамики и теплопереноса в термосифонах применительно к условиям работы теплоэнергетического оборудования.

Во второй главе приведены описания постановок и методов решения сопряженных задач конвективного теплопереноса в замкнутом двухфазном термосифоне в декартовой и в цилиндрической системах координат в условиях

вынужденной, смешанной и естественной конвекции. Проведено описание используемого для решения сформулированных краевых задач численного метода. Для верификации разработанного вычислительного алгоритма решены тестовые задачи, результаты решения которых показали достаточно хорошее согласование с данными других авторов.

Анализ литературы по

рассматриваемой проблеме показывает, что несмотря на разнообразные возможные варианты использования термосифонов можно считать базовыми для любых приложений две основные конфигурации таких устройств -термосифоны в виде полых цилиндров и прямоугольного поперечного сечения. Последняя конфигурация во многих случаях является предпочтительнее в связи с возможностью обеспечения хорошего контакта с зоной охлаждения на большой площади без каких-либо дополнительных переходных устройств. В то же время и цилиндрические термосифоны могут применяться в некоторых системах охлаждения, хотя для теплоэнергетики наиболее привлекательными являются

термосифоны прямоугольного

поперечного сечения. В связи с вышеизложенным, в диссертации рассмотрены обе конфигурации. Важным при постановке задачи, по мнению автора диссертации, является также максимальная дискретизация области исследования по зонам основных физических процессов (паровой канал, пленка конденсата, стенка термосифона, зоны испарения и конденсации, границы раздела «пар - жидкость», «жидкость - стенка»).

Из анализа литературы также следует целесообразность рассмотрения при моделировании процессов теплопереноса в термосифонах режимов не только вынужденной, но смешанной и естественной (применительно к аварийным режимам работы систем охлаждения энергетического оборудования) конвекции. Соответственно при постановке задачи рассматривались все три режима конвекции.

Математическая постановка решенной в диссертации основной задачи конвективного теплопереноса в безразмерных переменных в декартово-цилиндрической системе координат имеет вид:

б

Рис. 1 - Принципиальная схема работы термосифона, 1 - пар, 2 - пленка жидкости,3 - металлический корпус, 4 -поверхность испарения, 5- поверхность конденсации, 6- Контур движения охладителя элемента энергетического оборудования.

Я- V« I XV 37 1 ягИ э-7 2

Эх Хк \ дг дХ дХ д2

Хк дХ { дХ ) дг2

+к-

хч дг

дХ

дХ1 дг2 X дХ 1

га

5т ' ХЧ дг дХ дХ дг ф-р2<?

, 1 (дУ1 50, дУ, 50|

Рг,

ХкдХ\ дХ) дг

Уг =

г22(Х1+Х2-Х) +

х,+х2

(2+2К)[12Г0..........Ч>2=]>2<ЙГ;

+С1[(1-к)(Х,+Х2-Х) + к1п(Х1+Х2-Х)]+С2;

320,

а©2 _

Эт дх) дг2

для оболочки термосифона:

д®з _ 1 а Г ус 50з V ^20з.

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

д¥о ХкдХУ" дХ ) ' д2г где X, У - поперечная (радиальная) и продольная (осевая) оси декартовой (цилиндрической) системы координат; к = 0 - для плоского течения; к = 1 -для осесимметричного течения;

[К

к 1

эпс =

в случае естественной конвекции,

/ = 1,2;

- в случае вынужденной или смешанной конвекции,

1 - в случае естественной конвекции, Яа,

Рг, ■ Яе,"

в случае вынужденной или смешанной конвекции;

Рг =--число Прандтля, V - коэффициент кинематической вязкости; а

а

аЛп

коэффициент температуропроводности, Ро = —

число

Фурье,

Яа =

«Ж-?;)*;

V а

число Рэлея, т - безразмерное время; У0 - масштаб

скорости (скорость конвекции); © - безразмерная температура; -

безразмерный аналог функции тока; О. - безразмерный аналог вектора вихря; Ле, =^ГИИ1г2/V - числа Рейнольдса; Шжп - скорость испарения жидкости. Постоянные С/, С2 определяются из граничных условий.

Анализа интенсивности теплообмена на поверхностях конденсации и

испарения проводился по значениям среднего числа Нуссельта Ии = |

о

Начальные условия для системы уравнений (1) - (6):

г, о)=п(х, г, 0) = &(х,г, о) = о.

Граничные условия: 2г г2 дХ

Х = А, 0<2<—,—= 0;

г, г, дХ

(П, =ц2р2,

дХ

2,1

у _ х\ +

2 ~ 50, 5ЛГ

дв2 дЧ>

5Х ' [ дХ дХ

©3'

= ^3,2 503 дХ » ^ = 0 Ж

50,

57

Ж

г, г, о/

2 =

50,

дг ' вг

©,=03,

50, _

. вг " 3,1

503 д!

где Х,21 = - относительный коэффициент теплопроводности; ц21 =\х21\х1 -относительный коэффициент динамической вязкости; <2„с„, 0КО„ и ^исп, (Гко1| -

безразмерные теплоты и скорости испарения и конденсации, В! = - число

Х}

Био, 0е - безразмерная температура окружающий среды.

Сформулированная краевая задача с соответствующими начальными и граничными условиями решена методом конечных разностей на равномерной сетке 200x300 узлов с использованием неявной двухслойной схемы. Для аппроксимации конвективных слагаемых применялась модифицированная с учетом особенностей анализируемого процесса монотонная аппроксимация A.A. Самарского второго порядка точности, для диффузионных слагаемых -симметричные разности. Уравнения параболического типа решались на основе локально одномерной схемы A.A. Самарского. Аппроксимация уравнения для функции тока (2) проводилась с помощью пятиточечного шаблона "крест". Для решения полученной системы алгебраических уравнений применялся метод Гаусса-Зейделя, ускорение которого достигалось за счет использования метода верхней релаксации. Оптимальное значение параметра релаксации выбиралось на основе вычислительных экспериментов.

В третьей главе представлены результаты численных исследований теплопереноса в замкнутом двухфазном термосифоне. Проведен анализ термогидродинамических особенностей исследуемого процесса при тепловых потоках в зоне испарения, соответствующих условиям работы теплоэнергетического оборудования. Выполнены численные исследования сопряженной вынужденной, смешанной и естественной конвекции в двухфазном термосифоне и рассмотрены варианты использования термосифонов в системах охлаждения лопаток газовых турбин, конденсаторов, генераторов и трансформаторов тепловых электрических станций.

Численные исследования проведены для термосифонов прямоугольной формы и цилиндрической со стальными стенками. В качестве рабочей жидкости рассматривались вода и специальные хладагенты на основе щелочных металлов. Были выбраны типичные геометрические характеристики термосифона: высота

- 100 мм, внутренний характерный поперечный размер - 25 мм, толщина стенок

- 2.5 мм.

Проведен анализ режимов вынужденной и смешанной конвекции при различных значениях тепловых потоков в зону испарения.

Рассмотрена возможность использования двухфазного термосифона для охлаждения лопаток газовых турбин, когда тепло, поступающее с лопатки турбины к термосифону, утилизируется вторичным хладагентом рис.2.

На рис.3,4 приведены характерные линии тока, поля скорости и изотермы при температуре в зоне испарения термосифона 785°С. Анализ проведен при различных значениях ускорения, рассчитанных по скорости вдува паров хладагента с поверхности испарения и характеризующих интенсивность теплоотвода из области высоких температур. Распределение

температуры по высоте на рис. 5 показывает масштабы влияния ускорения на температурные поля в областях, прилегающих к зонам испарения и конденсации

теплоносителя. Процесс испарения на границе Ъ = 0.015 приводит к резкому снижению Т области парового канала, прилегающей к этой зоне. При этом увеличение теплового потока к поверхности фазового перехода

тттг

Рис. 2 - Термосифон системы охлаждения лопаток газовых турбин, где 1 - корпус термосифона, 2- зона испарения, 3 -зона конденсации, 4 - тепловой поток от газа, 5 -ротор, 6- канал с охладителем.

приводит к некоторому росту температуры (как и можно было предполагать), но все выделенные закономерности сохраняются. Рис. 6 показывает влияние числа Рейнольдса на безразмерный коэффициент теплоотдачи N11. Видно, что повышение интенсивности испарения в 1.5 раза приводит к существенному увеличению №. В целом происходит интенсивный теплоотвод от нагреваемой поверхности нижней крышки термосифона. Достигнутые значения среднего числа Нуссельта соответствуют высокой эффективности работы термосифонов. Можно сделать вывод о возможности использования таких тепловых труб для охлаждения рассматриваемых элементов энергетического оборудования ТЭС. На рис. 5 и последующих цифрами 1 и 2 обозначены нижняя и верхняя крышка термосифона.

1

О 0.1 О

0.1 о.г к

Рис. 3 - Линии тока (а) поля скорости (б) и температуры (в) при а =25 g_

Рис. 4 - Линии тока (а) поля скорости (б) и температуры (е) при а =50 §_

т, к 1058-

02

~Г-0.4

0.8

-1-1-1-1-1—

160 200 240 280 320 360

Рис. 5 Я = 0

Профили температуры в сечении

Рис. 6 - Зависимость среднего числа Нуссельта от 11е__

Также в качестве примера рассмотрена задача об охлаждении силового трансформатора мощностью до 63000 кВА. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передаётся окружающему маслу, которое, циркулируя по баку и радиаторным трубам, передаёт его во внешнюю среду - воздух, который в свою очередь, обдувает охлаждающие трубы или радиаторы в зависимости от мощности трансформатора. Любая самая простая схема охлаждения с принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители представляет собой достаточно сложную систему с высокими энергозатратами на её эксплуатацию. Система термосифонов, нижние основания которых соединены с контуром основного охладителя-масла, может работать автономно без каких-либо затрат электрической энергии на её функционирование. Рассмотрены различные варианты тепловых нагрузок от

трансформаторов на термосифоны, соответствующие рабочему диапазону допустимых температур силовых трансформаторов до 70°С.

Область решения задачи приведена на рис. 1. На рис.7 приведены характерные линии тока, поля скорости и температуры для 11е = 370 при температуре масляного контура 70°С. На рис. 7 приведены распределения размерной температуры по координате Ъ в сечении Л = 0. Установлено, что при такой достаточно высокой тепловой нагрузке термосифон осуществляет теплоотвод с числом № на нижней крышке N11 = 4.2.

Профили температуры (рис. 8) хорошо иллюстрируют эффекты поглощения теплоты на нижней крышке парового канала (при испарении) и выделения (при конденсации) на верхней.

При численных исследованиях рассматривались разные варианты условий теплоотвода с верхней торцевой поверхности термосифона. На рис. 7-е ,рис. 8 представлены результаты, полученные для условий естественной конвекции охлаждающего воздуха при умеренных коэффициентах теплооотдачи (до 10 Вт/м3К). В случае использования энергии, отведенной термосифонами от элементов энергетического оборудования например для предварительного подогрева питательной воды, энергоэффективность и надежность систем обеспечения теплового режима на основе термосифонов может быть существенно повышена.

Аналогичные численные исследования также были проведены для режимов работы термосифонов генераторов и конденсаторов ТЭС. При моделировании рассматривались схемы, аналогичные представленным на рис. 1,2 для систем охлаждения лопаток газовых турбин и трансформаторов. Предполагалось, что как и в схеме, представленной на рис. 1, теплота подводится к нижней крышке термосифона от контура охлаждения или поверхности нагретого до высоких температур элемента оборудования. На рисунках 9,10 представлены типичные результаты численного моделирования основных характеристик термосифонов, охлаждающих конденсаторы ТЭС.

О 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Рис. 7 - Линии тока (а) поля скорости (б) и Рис. 8 - Профили температуры в сечении температуры (в) при Ле =370 Я = 0

I-

0.8 1 температуры

О 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6

Рис. 9 - Профили температуры в сечении Рис. 10 - Профили R = 0 сечении i? = 0.125

На рис. 11,12 приведены характерные линии тока, поля скорости и температуры при Re = 185 для режима вынужденой конвекции в замкнутом двухфазном термосифоне цилиндрической формы. Перепад температур по высоте канала не превышает для типичных режимов работы 2-3 К.

На рис. 13 приведены характерные линии тока, поля скорости и температуры при Re = 185, для режима смешанной конвекции в замкнутом двухфазном термосифоне цилиндрической формы.

Рис. 14 показывает влияние скорости испарения на профили температуры в термосифоне в сечении R = 0. Видно, что повышение значения скорости испарения приводит к снижению температуры как в зоне испарения, так и в зоне конденсации. При этом происходит интенсивный перенос энергии по паровому каналу в зону конденсации, что позволяет сделать вывод о хорошей работоспособности термосифона в рассматриваемых условиях его работы как основного элемента системы охлаждения.

Яе =185 Ле =370

безразмерной температуры (в) при Яе = 185 Д = 0

Перспективным представляется использование термосифонов и в качестве основных элементов систем охлаждения оборудования ТЭС в аварийных режимах, когда происходит осушение нижней части термосифона и зона испарения смещается вверх по паровому каналу. В этом случае теплопередача от источника относительно высоких температур в область конденсации происходит через слой пара, циркулирующего в нижней части парового канала в условиях естественной конвекции. Соответственно снижается интенсивность теплоотдачи на нижней крышке, но определенный потенциал термосифона как теплообменника сохраняется. Представляла интерес оценка этого потенциала.

Математическая модель процессов теплопереноса в термосифоне в анализируемых условиях включала в себя краевую задачу вынужденной и естественной конвекции с граничным условием 2-ого рода в зоне испарения термосифона.

Проведено численное моделирование такого режима работы рассматриваемой тепловой трубы. Задача в этом случае была сведена к решению систем уравнений естественной конвекции - для нижней части термосифона (рис.15,16) и смешанной конвекции для верхний. Оценки интенсивности теплоотдачи проводились путем сравнения средних чисел N11 на нижней границе парового канала. На рис. 17,18 приведены типичные результаты выполненного численного анализа. Можно сделать вывод, что, как и можно было предполагать, теплопередающая способность термосифона существенно снижается, но при этом до 24 % теплоты все-таки отводится от поверхности нагрева. В таких условиях важным является фактор времени. Возможны варианты аварийных ситуаций, продолжающихся малые интервалы времени, соответственно, для таких вариантов рассмотренный режим работы термосифона может быть и приемлемым.

Рис. 16 - Профили температуры сечении Л = О

а 6 в

Рис. 15 - Линии тока (а) поля скорости (б) и температуры (в) при Яе =370

-1-1-1-1-г-г»

2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4

Рис. 17 - Зависимость среднего числа Нуссельта от Q

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Рис. 18 - Профили температуры в сечении Л = 0

По результатам численного анализа установлено, что при использовании воды в качестве теплоносителя возможно достижение определенной эффективности процесса охлаждения блоков и узлов, нагреваемых в аварийном режиме до температур, существенно превышающих допустимые. Но возможно использование и других хладагентов. В этом случае эффективность работы термосифонов может быть еще выше. Разработанный в диссертации математической аппарат может быть использован для анализа условий работы термосифонов с любым охладителем. Для этого достаточно знать характеристики пара и жидкости, а также параметры фазового перехода.

Подводя итог проведенным в диссертации теоретическим исследованиям, следует подчеркнуть, что основным результатом выполненного численного анализа является обоснование возможности использования термосифонов в качестве базовых элементов систем охлаждения энергетического оборудования тепловых электрических станций. При этом термосифоны могут использоваться как в основной системе обеспечения или регулирования теплового режима, так и как средство аварийной защиты от перегрева агрегатов энергетического оборудования ТЭС. Энергоэффективность применяемых в каждом конкретном случае тепловых труб будет определяться их размерами, свойствами используемого хладагента (теплоносителя), режимами работы и (это возможно, один из наиболее значимых факторов), конструктивными решениями при разработке конкретной конструкции.

Основные результаты и выводы

Основные результаты и выводы диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Численно решена нестационарная задача ламинарной вынужденной конвекции в замкнутом двухфазном термосифоне с теплопроводными стенками при наличии пленки жидкости постоянной толщины в условиях соответствующих условиям работы теплоэнергетического оборудования.

2. Проведен параметрический численный анализ режимов ламинарной смешанной конвекции в замкнутом двухфазном термосифоне и нестационарных режимов сопряженной термогравитационной конвекции в цилиндрическом термосифоне.

3. Решена сопряженная задача теплопереноса в замкнутом двухфазном термосифоне прямоугольной формы с теплопроводными стенками конечной толщины применительно к условиям работы лопаток газовых турбин, трансформаторов и конденсаторов тепловых электрических станций.

4. Установлены условия использования термосифонов в системах охлаждения лопаток газовых турбин, конденсаторов, генераторов и трансформаторов тепловых электрических станций.

Публикации по теме диссертации

1. Кузнецов Г.В.Численный анализ влияния температурного перепада на режимы переноса энергии в замкнутом двухфазном цилиндрическом термосифоне / Г.В. Кузнецов, М.А. Аль-Ани, М.А. Шеремет // Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 317, № 4. - С. 13-19.

2. Kuznetsov G.V. Numerical Simulation of Closed Loop Two-Phase Thermosyphon / G.V. Kuznetsov M.A. Al-Ani, M.A. Sheremet // Journal of Energy and Power Engineering. - 2011,- V.5.-№ 3. - P. 227-232.

3. Кузнецов Г.В. Математическое моделирование нестационарных режимов теплопереноса в замкнутом двухфазном цилиндрическом термосифоне в условиях конвективного теплообмена с внешней средой / Г.В. Кузнецов, М.А. Аль-Ани, М.А.Шеремет// Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. - 2011. - № 1(13). - С. 93-104.

4. Кузнецов Г.В. Режимы смешанной конвекции в замкнутом двухфазном термосифоне цилиндрической формы / Г.В. Кузнецов, М.А. Аль-Ани, М.А. Шеремет // Известия Томского политехнического университета. -2011.-Т. 318,№4.- С. 18-23.

5. Kuznetsov G.V. Numerical Analysis of Convective Heat Transfer in a Closed Two-Phase Thermosyphon / G.V. Kuznetsov, M.A. Al-Ani, M.A. Sheremet // Journal of Engineering Thermophysics. -2011. - V. 20, № 2. - P. 1-10.

6. Кузнецов Г.В. Числовое моделирование термосифонов / Г.В. Кузнецов, М.А. Аль-Ани // II Всероссийская научно-практическая конференция «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов», 21-22 мая 2009 г. - Томск. - С. 30-34.

7. Kuznetsov G.V. Natural convection in square cavities / G.V. Kuznetsov M.A. Al-Ani // IV Университетская научно-практическая конференция иностранных студентов, магистрантов и аспирантов ТПУ «Коммуникация иностранных студентов, магистрантов и аспирантов в учебно-профессиональной и научной сферах», 12-16 апреля, 2010 г. - Томск. - С. 78-82.

8. Кузнецов Г.В. Ламинарные режимы сопряженной естественной конвекции в замкнутой полости со стенкой конечной толщины / Г.В. Кузнецов, М.А. Аль-Ани // XVI Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии»-Томский политехнический университет, 12-16 апреля, 2010 г.-Томск.-Т. 3,-С. 226-227.

9. Kuznetsov G.V. Heat transfer and hydrodynamics in thermosyphon / G.V. Kuznetsov M.A. Al-Ani // The twenty second International Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists «Modern Techniques and Technologies», 12-16 April, 2010. - Tomsk Polytechnic University.-P. 190-191.

10. Кузнецов Г.В.Гидродинамика и теплоперенос замкнутого термосифона, / Г.В. Кузнецов, М.А. Аль-Ани, М.А. Шеремет // Всероссийская

научно-практическая конференция с международным участием «Теплофизические основы энергетических технологий» Томский политехнический университет, 24 - 26 июня 2010 г. - Томск. - С. 22-26.

11. Кузнецов Г.В. Особенности переноса энергии в замкнутом двухфазном термосифоне / Г.В. Кузнецов, М.А. Аль-Ани, М.А. Шеремет II IX Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и современные информационные технологии», Россия, Томск 11-13 Мая 2011 г.

12. Kuznetsov G.V. Laminar natural convection in a vertical cylindrical cavity / G.V. Kuznetsov, M.A. Al-Ani, M.A. Sheremet// 17th International Conference of Students and Young Scientists "Modern Techniques and Technologies" (MTT'2011), 18-12 April, Tomsk Polytechnic University.

Подписано к печати 27.05.2011. Формат 60x84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 1,05. Уч.-изд. л. 0,96.

_Заказ 765-11. Тираж 100 экз._

Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества [jsogooi • Издательства Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту BS EN ISO 9001:2008

ИШТНШВОУТПУ. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел/факс: +7 (3822) 56-35-35, www.tpu.ru

Введение

1 Современные исследования в области гидродинамики и теплопереноса в термосифонах

2 Математическое моделирование режимов вынужденной, смешанной и естественной конвекции в замкнутом двухфазном термосифоне 2.1 Гидродинамика и теплоперенос в термосифоне прямоугольного поперечного сечения

2.1.1 Физическая и геометрическая модели

2.1.2 Математическая модель

2.1.3 Краткое описание используемого численного метода

2.1.4 Решение уравнения Пуассона для функции тока

2.1.5 Постановка граничных условий для вектора завихренности скорости

2.1.6 Аппроксимация уравнения для вектора завихренности скорости

2.1.7 Аппроксимация уравнения энергии

2.1.8 Тестовые задачи

2.1.8.1 Естественная конвекция в замкнутой прямоугольной области (левая вертикальная стенка поддерживается при максимальной температуре)

2.1.8.2 Естественная конвекция в замкнутой прямоугольной области с двумя источниками и стоками энергии

2.1.8.3 Сопряженная естественная конвекция 6 замкнутой прямоугольной области, одна из стенок которой имеет конечную толщину 2.2 Математическое моделирование свободноконвективнЫ* режимов теплопереноса в замкнутом двухфазном термосифоне цилиндрической формы

2.2.1 Физическая и геометрическая модели

2.2.2 Математическая модель

2.2.3 Особенности решения уравнения для функции тока в цилиндрических координатах

2.2.4 Постановка граничных условий для компонент вектора завихренности скорости

2.2.5 Аппроксимация уравнения для вектора-завихренности скорости

2.2.6 Аппроксимация уравнения энергии

2.2.7 Тестовая задача - естественная конвекция в замкнутом цилиндре

2.3 Вынужденная и смешанная конвекция в замкнутом двухфазном термосифоне цилиндрической формы

2.3.1 Постановка задачи

2.3.2 Аппроксимация уравнения для вектора завихренности скорости

2.3.3 Аппроксимация уравнения энергии

3 Численные исследования сопряженной вынужденной, смешанной и естественной конвекции в двухфазном термосифоне. Анализ возможности использования термосифонов в системах охлаждения энергетического оборудования тепловых электрических станций

3.1 Вынужденная конвекция в термосифоне цилиндрического поперечного сечения системы охлаждения лопаток газовых турбин

3.2 Вынужденная конвекция в термосифоне прямоугольного поперечного сечения системы охлаждения лопаток газовых турбин

3.3 Численные исследования вынужденной конвекции в термосифоне системы охлаждения трансформаторов

3.4 Численные исследования сопряженной естественной конвекции в прямоугольном замкнутом двухфазном термосифоне

3.5 Численные исследования сопряженной естественной конвекции в замкнутом двухфазном термосифоне цилиндрической формы 115 З.бЧисленные исследования вынужденной конвекции в двухфазном термосифоне системы охлаждения энергетического оборудования в условиях аварийных режимов

тепловых

Современное состояние энергетических систем и агрегатов г»й стороны электрических станций на территории России характеризуется с одной научновысокой степенью износа [1,2] и, с другой стороны, моральным V техническим) старением систем и агрегатов ТЭС [3,4]. Многие котель гг <л ттеТ назад, агрегаты и турбины выпускались промышленностью оолее эи ^ разработке

Соответственно, технические решения, использовавшиеся при р^г конструкций вышеупомянутых систем, соответствуют научно-техя**ческ У уровню 50-ых годов прошлого века. Представляется целесообразным не пРос замена изношенного до предела энергетического оборудования больш1*1* за счет работающих на территории России ТЭС, но и его модернизация

- тт/-» целому использования новых научно-обоснованных технических решении п^ комплексу процессов, систем, агрегатов и узлов. глоовании

Одной из основных задач, возникающих при проект*^ энергетического оборудования ТЭС, работающего в условиях высоких давлени такого температур, является задача обеспечения оптимальных тепловых режимов оборудования.

Решение этой задачи возможно с использованием достаточно ШЬ*РоК набора систем и устройств регулирования тепловых режимов[5-7]. Одним И3 та турбин устройств, возможность применения которого для охлаждения лопаток изучалась достаточно интенсивно еще в 60-е годы прошлого века [8], замкнутый термосифон. тгаЮШ?®

Одной из разновидностей эффективных автономных теплоперел». устройств, являются тепловые трубы [9-14]. Наиболее перспективны^-*11 ДЛ многих отраслей промышленности считаются термосифоны [15]. настоящего времени эти устройства в промышленности вообще? 11 лцены теплоэнергетике в частности используются мало, хотя выгт<-* многочисленные экспериментальные исследования [16-19], подтверждающие высокую (или даже очень высокую) теплопередающую способность термосифонов. Во многом это объясняется тем, что до настоящего времени не разработана замкнутая теория теплопереноса в таких устройствах, описывающая весь комплекс взаимосвязанных процессов переноса энергии в паровом канале, пленке жидкого теплоносителя, стекающего по стенкам, и в корпусе цилиндра, являющегося основным конструктивным элементом термосифона. Отдельные решения: частных задач [15,16] выполнены в постановках, не- учитывающих сопряженность - взаимное влияние процессов, теплопереноса в паровой и жидкой, фазах, а также в корпусе устройства.

Для обоснования возможности применения термосифонов для регулирования тепловых режимов отдельных агрегатов энергетического оборудования ТЭС необходимо построение замкнутой, опирающейся на минимальный объем эмпирической информации теории процессов тепломассопереноса в термосифоне как в системе, состоящей из ряда её взаимодействующих составляющих: источник подвода энергии, зоны испарения и конденсации, паровой канал, пленка стекающего под действием силы тяжести конденсата, корпус термосифона, теплопередающие торцевые элементы корпуса. Проведение экспериментальных исследований на уровне, обеспечивающем-достоверный прогноз работоспособности термосифонов в условиях, соответствующих режимам работы тепловых агрегатов ТЭС представляется весьма трудоемким и затратным процессом, , не гарантирующем оптимального результата. Сложный комплекс процессов тепломассопереносов в термосифонах невозможно анализировать аналитически. Единственным реальным методом исследования рассматриваемой проблемы является численное моделирование.

В настоящей работе проведено численное моделирование тепловых режимов замкнутых термосифонов различной формы в сопряженной постановке, учитывающей весь комплекс гидродинамических и тепловых процессов.

Математическая модель, реализованная в работе, позволяет учесть, кроме процессов движения пара, нестационарный- перенос энергии в стенках корпуса, движение пленки жидкое™, е интенсивности испарения жидкости-теплоносителя, не рассматривавшиеся в известных исследованиях [15-17] теплопереноса в термосифонах.

Ыагь-работы, заключается в математическом моделировании гидродинамики, и теплопереноса в, замкнутом, двухфазном, термосифоне; являющимся одним ИЗ; перспективных элементов систем- охлаждения-энергетического оборудования; ТЭЕ: лурбин; трансформаторов, мапштопроводов-статоров генераторов;, оборудования находящегося, под напряжением.: (выводы, шины и т.п.), конденсаторов и оценка-возможности использования, термосифонов! в качестве основного, элемента- систем обеспечения стабильности теплового режима энергетического оборудования тепловых электрических станций.

Щаа-гшви^^або^ Впервые: решена: задача, сопряженного, теплопереноса в замкнутом- двухфазном, термосифоне с использованием-математической модели, учитывающей-, процессы, переноса, массы;, импульса- и энергии в паровом канале и-пленке конденсата, а также перенос тепла в корпусе термосифона: В, результаты, проведенных исследований, получены, зависимости основных парамеЧ,ов.течения.пара.в.канале.теРмосифона (скорость, температура, функция-тока) от параметров рабочего тела, а.также от интенсивности испарения величины теплового потока в. зоне испарения для- режимов вынужденной смешанной и. естественной- конвекции. Представлены, обоснования.: возможности использования термосифонов для систем обеспечения устойчивого- теплового режима энергетического оборудования тепловых электрических станций;

Двактическая значимость. Создан, вычислительный комплекс для. моделирования режимов- конвективного теплопереноса в двухфазных термосифонах; Установлена возможность использования термосифонов- для устойчивого, охлаждения основных элементов энергетического оборудования

8 генераторов, тепловых электрических станций (турбин, трансформаторов, быть конденсаторов). Полученные новые численные результаты систем использованы для совершенствования конструктивных элеме ^ ^ также охлаждения энергетического оборудования электрических станЦ0^^оСИфонах позволят прогнозировать оптимальные режимы теплопереноса в т^Р различного назначения. овальном

Результаты выполненных исследований используются в одГОтовке исследовательском Томском политехническом университете при редении магистров техники и технологии по направлению «Теплоэнергетика» && ^изация занятий по дисциплинам «Математическое моделирование и алгор сйстем», задач теплоэнергетикики», «Математические модели динамически*^ «Тепловые и атомные энергетические станции».

Тема диссертации соответствует приоритетному направлению разЭ в Российской Федерации «Энергетика и энергосбережение». цены в

Часть исследований, которые вошли в диссертацию были вкадры рамках реализации ФЦП "Научные и научно-педагогически^ инновационной России" на 2009-2013 годы (ГК № П2225, ГК № П357).

Степень достоверности результатов проведенных исследовании^ в

Обоснованность научных положений и выводов, сформулиро^^ работе, заключается в следующем: данных достоверность подтверждается результатами тестирования разра^^ .еНием метода и алгоритма на решении ряда менее сложных задач и сопост ^^^иями результатов с экспериментальными данными и численными исследо ¿ional других авторов, опубликованных в международных журналах: Inter for

Journal of Heat and Mass Transfer, International Journal of Numerical Metr Heat and Fluid Flow.

Автор защищает:

1. Математическую модель теплопереноса в двухфазных термосифонах систем охлаждения энергетического оборудования тепловых электрических станций в переменных "функция тока - завихренность - температура".

2. Алгоритм решения сопряженных задач конвективного теплопереноса в двухфазных термосифонах систем охлаждения энергетического оборудования тепловых электрических станций.

3. Результаты численного моделирования нестационарных режимов конвективного теплопереноса в замкнутом двухфазном термосифоне.

4. Выводы о возможности использования термосифонов для охлаждения' основных элементов энергетического оборудования тепловых электрических станций'

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на the 1st International'Conference on Plant Equipment and Reliability (Малайзия, 2008), на XVI и XVIL Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2010, 2011), на Всероссийской научно-практической конференции «Теплофизические основы энергетических технологий» (Томск, 2010), на IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2011), на XVIII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях" (Звенигород, 2011).

Публикации. Основные результаты- диссертации представлены в* трудах вышеперечисленных конференций, а также в журналах: "Известия Томского политехнического университета", "Вестник Томского государственного

• • 55 университета. Математика и механика", "Journal of Energy and Power Engineering , "Journal of Engineering Thermophysics", "Journal of Engineering and Development .

Содержание работы.

Первая глава отражает современные тенденции развития теоретических и экспериментальных исследований в области гидродинамики и теплопереноса в термосифонах.

Во второй главе приведены описания постановок и методов решения сопряженных задач конвективного теплопереноса. в замкнутом двухФа31ЮМ термосифоне. В этой- главе представлены физическая, геометрическая и математическая; постановки задач: в декартовой и в цилиндрической системах координат в условиях естественной, смешанной; и вынужденной конвекции. Приведено описание используемого для« решения сформулированных систем уравнений4 численного метода; Для верификации разработанного численного алгоритма решены тестовые задачи, результаты; решения которых1 показали достаточно хорошее согласование1 с .результатами исследований других а.второв.

В третьей главе представлены результаты численного анализа! проПессов теплопереноса в замкнутом двухфазном термосифоне. Проведен анализ термогидродинамических особенностей* исследуемого процесса. Выполнены численные: исследования: сопряженной < вынужденной; смешанной и естественной конвекции в двухфазном термосифоне и рассмотрены- варианты использования термосифонов в системах охлаждения, лопаток газовых турбин, трансфорМ^т°Ров' генераторов и конденсаторов тепловых электрических? станций:

В заключении подведены основные итоги проведенных исследование

Автор- выражает глубокую благодарность кандидату/ физико-математических наук, доценту Михаилу Александровичу Шеремету за большую помощь в освоении методов алгоритмов численного анализа; решения веек заДач и анализе полученных результатов.

Основные результаты и выводы диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Численно решена нестационарная задача ламинарной вынужденной конвекции в замкнутом двухфазном термосифоне с теплопроводными стенками при наличии пленки жидкости постоянной толщины в условиях соответствующих условиям работы теплоэнергетического оборудования.

2. Проведен параметрический численный анализ режимов ламинарной смешанной конвекции в замкнутом двухфазном термосифоне и нестационарных режимов сопряженной термогравитационной конвекции в цилиндрическом термосифоне.

3. Решена сопряженная задача теплопереноса в замкнутом двухфазном термосифоне прямоугольной формы с теплопроводными стенками конечной толщины применительно к условиям работы лопаток газовых турбин, трансформаторов и конденсаторов тепловых электрических станций.

4. Установлены условия использования термосифонов в , системах охлаждения лопаток газовых турбин, конденсаторов, генераторов и трансформаторов тепловых электрических станций.

Заключение

1. ЛитвакВ.В. Надежность теплоэнергетического оборудования и экологическая обстановка вокруг ТЭС / В.В. Литвак, В.Ф.Панин. Томск: Изд-во НТЛ, 2009. -280 с: ил.

2. Гладышев Т.П. и Др. Положение о порядке установление сроков дальнейшей эксплуатации элементов, котлов, турбин и паропроводов, работающих при температуре 450 °С и выше. М., 1984. - 27 с.

3. Колпачков В.И. Производственная эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт энергетического оборудования: справочник. / В.И. Колпачков, А.И.Яцура. -М.: Энергосервис, 1999. -438 с.

4. Сапрыкин Г.С. Надежность оборудования тепловых электростанций. Саратов: Изд-во Сарат. Политех. Ин-та, 1972'. С. 74-76.

5. Al-Kayiem H. Alternative solution for cooling water shortage in thermal power plants / H. Al-Kayiem, M. Al-Ani. // 1st international conference on plant equipment and reliability, ICPER, 27-28 march 2008. Selangor, Malaysia.

6. Vilas A.O. On the application of the semi-closed thermosyphon system to gas turbine blade cooling // Ph.D. thesis of engineering. — geboren te amaraoti (India) . -1968.

7. Васильев Л.Л. Теплообменники на тепловых трубах.— Минск: Наука итехника, 1981. 143 с.

8. ПрисняковВ.Ф. Процессы переноса тепла и массы в тепловых трубах/ В.Ф. Присняков, В.И. ЛуценкоДО.В. Наврузов, Ю.К. Гонтарев. Сидушкин. - Киев: Наук, думка, 1991. - 160 с.

9. ЭваВ. Низкотемпературные тепловые трубы / В. Эва., И Асакавичюс., Б Гайгалис. Вильнюс: Мокслас, 1982. - 184 с.

10. Васильева Л.Л. Тепловые трубы и теплообменники с использованием, пористых материалов: Сб; науч. тр. Минск: ИТМО АН БССР. 1985.-178 с.

11. Колыхана Л.И. Теплообменники-утилизаторы на тепловых трубах / Л. И: Колыхана, Л:Л:Васильев, В.Г.Киселев, Ю.Н.Матвеев, Ф.Ф. Молодкин: -Минск: Наука и техника, 1987. 200 с.

12. Жукаускаса A.A. Интенсификация теплообмена: Успехи теплопередачи. 2 / A.A. Жукаускаса, Э:К. Калинина. Ю.В. Вилемас, Г.И. Воронин, Б.В. Дзюбенко и др. Вильнюс: Мокслас, 1988. - 188 с.

13. БезродныйМ.К. Двухфазные термосифоны в.промышленной теплотехнике/ М.К. Безродный, С.С. Волков, В.Ф. Мокляк. Киев: Вища.школа; 199Г. -75 с.

14. Шумаев Ф.Г. Промышленные печи хлебопекарного и кондитерского производства / Ф.Г. Шумаев, Н:И. Маюпоков: -М.: Пищепромиздат, 1957. 354 с.

15. Оносовский В.В: Исследование термосвай, заполненных легкокипящей жидкостью / В.В. Оносовский, С.В Соколов, H.A. Бучко и др. // Холодильная техника. 1971. - № 12. - С. 21-26.

16. РавриловА.Ф. Воздухоподогреватели, с промежуточным теплоносителем/ А.Ф. Гаврилов, В Л. Лях // Теплоэнергетика. 1965. - № 3. - С. 11-17.

17. Безродный М.К. Процессы переноса в двухфазных термосифонных системах / М.К. Безродный, И.Л. Пиоро, Т.О. Костюк. Киев: Факт, 2005. - 704 с.

18. Cohen TL Heat transfer problems of liquid cooled gas turbine blades / H. Cohen, FJ. Bayley // Proc, I Mech E. 1955. - V. 169 - P. 1063-1080.

19. Saravanamuttoo H.I.H. Gas turbine theory-6 the edition/ H.I.H. Saravanamuttoo, H. Rogers, G.F.C. Cohen. England, Harlow: Pearson education limited - 2009. - 539 p.

20. Mitchell R.W.S. Gas turbine blade cooling / R.W.S.Mitchell; V.A. Ogale // ASME. 1967 - № 67.- WA/GT-9.

21. SchmidT.E. Heat transmission by natural convection at high centrifugal acceleration in water cooled gas turbine blades // General discussion on heat transfer. -1951. Proc. I Mech. E. - P. 361

22. Robinson. A.F. Mechanical performance of the T3 water cooled turbine // NGTE Memo. 1950. - № M83.

23. Freche J.C. Investigation of a gas turbine with National Bureau of Standards body 4811 ceramic rotor blades / J.C. Freche, B.W. Sheflin // NACA R.M. 1948. - E8 G20.

24. Freche J.C. Heat transfer and operating characteristics of aluminium forced-convection and stainless steel natural- convection water cooled« single stage turbines / J.C. Freche, A J. Diaguila // NACA R.M. 1950. - E50 Do 3a.

25. FriedrichR. Eine Gasturbine mit Gekiihlten Schaufeln fur Gastemperaturen aber 1000c°C // Brennstoff-Worme-Kraft. 1962. - V. 14, № 8. - P. 368-373.

26. Экк. Теплопередача в лопатках газовых турбин, охлаждаемых водой// Газовые турбины. -М: Иностранная литература, 1957. С. 63 — 64.

27. Smith A.G. The cooled gas turbine / A.G. Smith., R.D. Pearson // Proc. I Mech E. -1950. V.l 63. - P. 221-234.

28. Thomas F. Irvine,Jr. advances in heat transfer / F Thomas. Jr. Irvine P. James Hartenett. London.: ELSEVER, V.9,1973. - 434 p.

29. Будаева P.С. Анализ характеристик двухфазного термосифонного теплообменника с электрогенерирующим устройством. Диссертация кандидата технических наук. Москва.2003 — 101с.

30. El-Masri. M. A., A proposed regenerative thermosyphon blade cooling system for high efficiency gas turbines // Heat and mass transfer in rotating machinery (A86-24451 09-34). Washington, DC.: Hemisphere Publishing Corp. 1984. - P. 645-658.

31. HichemF. An experimental and theoretical investigation of the transient behavior of a two-phase closed thermosyphon/ F. Hichem, J.Jean Loui// Applied Thermal Engineering. 2003. - V. 23. - P. 1895-1912.

32. Farsi H. Experimental and theoretical analysis of the behavior of a two-phase closed thermosyphon in transient regimes Response to'requests, of a chemical reactor // Ph.D. theses , Paul Sabatier University, Toulouse, France. 2002.

33. ReedJ.G. Modeling of the two-phase closed thermosyphon/ J.G. Reed, C.L. Tien // Transactions^the ASME. 1987. -V. 109. - P. 722- 730.

34. Dobran F. Steady-state characteristics and stability thresholds of a closed two-phase thermosyphon // Int. J Heat Mass Transfer. 1985. - Vol. 28(5) - Pp.949-957.

35. OngK.S. Experimental investigation on the hysteresis effect in vertical1 two-phase closed thermosyphons / K.S. Ong, M.D: Haider, E. Alalh // Appl. Thermal Eng. -1999.-V. 19:-P. 399-408.

36. HartJ.E. New analysis of the closed'loop thermosyphon// Int. J. Heat Mass Transfer. 1984. - V. 27. - P. 125-136.

37. SenM. The toroidal thermosyphon« with known heat flux / M Sen, E.Ramos, C. Trevino // Int. J. Heat Mass Transfer. 1985. - V. 28. - P. 1219-1233.

38. Huang B.J. Heat transfer behavior of a rectangular thermosyphon loop/ B.J. Huang, R. Zelaya // J. Heat Transfer. 1988. - V. 110. - P. 487-493.

39. Zvirin Y. Instability associated with the onset of motion in a thermosyphon // Int. J. Heat Mass Transfer. 1985. - V. 28. - P. 2105-2111.

40. Eduardo R. A- steady-state analysis for variable area one- and two-phase thermosyphon loop / R Eduardo, S. Mihir., T. Cesar // Int. Heat Mass Transfer. -1985.-V. 28.-P. 1711-1719.

41. Toshiakil. Operating limit of heat transport in two phase thermosyphon with connecting pipe (heated surface temperature fluctuation and flow pattern) / I. Toshiaki, M. Masanori // Int. J. Heat Mass Transfer. 2009. - V. 52. - P. 4519-4524.

42. Katto Y. Limit conditions of steady-state countercurrent annular flow and the onset of flooding with reference to the CHF of boiling in a bottom-closed vertical tube // Int. J. Multiphase Flow. 1994. -V. 20. -P. 45-61.

43. SudoY. Analytical study of critical' heat flux under countercurrent flow-limitation in vertical channels// Trans. JSME Ser.- 1994.- B 60 (580). P. 42224228.

44. Charles C. J. Investigation of the overall' transient performance of the industrial two-phase closed loop thermosyphon / C. J. Charles Vincent, B. W. Jim Koks // Int. J. Heal Mass Transfer. 1992. - Y. 35(6). - P. 1419-1426.

45. Hughmark G.A. Designing thermosiphon on reboilers // Chem. Engng Prog. -1961.-V.57. -P. 43-61.

46. Flair J.R. Vaporizer and reboiler design.// Chem. Engng Prog. 1963. V. 8.-P. 119-124.

47. MasoudR. Thermal characteristics of a resurfaced condenser and evaporator closed two-phase thermosyphon / R. Masoud , A. Kayvan , J. Simin // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2010. - V. 37. - P. 703-710.

48. Noie S.H. Heat transfer enhancement using A1203water nanofluid in a two-phase closed thermosyphon / S.H. Noie, S.Z. Heris, M. Kahani, S.M. Nowee // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2009. - V. 30 (4). - P. 700-705.

49. Seok-Ho Rhi. An experimental and analytical (simulation) study on two-phase loop thermosyphons; very small to very large systems // thesis Doctor of Philosophy in mechanical Engineering, University of Ottawa, Canada 2000.

50. JouharaH. Experimental investigation* of small diameter two-phase closed thermosyphons charged with water, FC-84, FC-77 and FC-3283 / H. Jouhara, A.J. Robinson // Applied Thermal Engineering. 2010. - V. 30. - P. 201-211.

51. Khazaee I. Experimental investigation of effective parameters and correlation of geyser boiling in a two-phase closed thermosyphon / I. Khazaee, R. Hosseini, S.H. Noie // Applied Thermal Engineering. 2010. - V. 30. - P. 406-412.

52. Alizadehdakhel A. CFD modeling of flow and heat transfer in a thermosyphon / A. Alizadehdakhel, M. Rahimi, A.A. Alsairafi // Intern. Comm. Heat Mass Transfer. -2010.-V. 37.-P. 312-318.

53. Palm B., TengbladN. Cooling of electronics by heat pipes and thermosyphons: a review of methods and possibilities / B. Palm, N. Tengblad // In: Proc. ASME National Heat Transfer Conference. 1996. -HTD-329. - P. 97-108.

54. Venugopal G. Thermal performance of a carbon fiber composite material heat sink in an FC-72 thermosyphon / G. Venugopal, G.F. Jones, A.S. Fleischer // Experimental Thermal and Fluid Science. 2010. - V. 34. - P 554-561.

55. Chen S.J. Reflux condensation in a two-phase closed thermosyphon / S. J. Chen, J. G. Reed, C. L.Tien// International Journal of Heat and" Mass Transfer .- 1984.-V. 27., №9.-P. 1587-1594.

56. Blangetti F. Influence of mass transfer on the momentum transfer in condensation and evaporation phenomena / F. Blangetti, M. K. Nanshki // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1980. - V. 23. - P. 1694-1695.

57. NiroA. An analytical model for the design, of wickless heat-pipe heat* exchangers / A. Niro, G. P. Beretta // ASME HTD, Heat pipes and thermosyphons. -1992.-V. 221.-P. 61-68.

58. Den BravenK. R., Two-phase heat transfer in thermosyphon evacuated-tube solar collectors // Transactions of the ASME. 1989. - V. 111. - P: 292-297.

59. MassotC. Modified description of wave motion in-a-falling film / C. Massot, F Irani, E. N. Lightfoot // AIChE Journal. 1966. - V. 12; № 3. - P. 445-455.

60. HsuJ.T. Experimental study on two-phase natural circulation and flow termination in a loop/ J.T.Hsu, M. Ishii, T, Hibiki// Nucl. Eng. Design.- 1998.-V. 186.-P. 395-409.

61. Ohashi К. Preliminary study on the application of the heat pipe to the passive decay heat removal system of the modular HTR / K. Ohashi, H. Hayakawa, M. Yamada // Prog. Nucl. Energy. 1998. - V. 32, № 3/4. - P. 587-594.

62. SenM. Experimental investigation of a two-phase closed thermosyphon solar water heater / M. Sen, H. Esen // Solar Energy. 2005. - V. 79. - P. 459^168.

63. Mertol A. Detailed loop model (DLM) analysis of liquid solar thermosiphons with heat exchangers / A. Mertol, W. Place, T. Webster and R. Greif // J. Soli Energy. -1981.-V. 27.-P. 367-386.

64. Бакиев T.A. Перспективы применения*, термосифонов в: газовой промышленности / Т.А. Бакиев, С.Т. Юсупов // Материалы научно-технической конференции. М.-.ООО «ИРЦ Газпром». 2005. - С. 16-22.

65. Imura Н. Critical heat flux in a closed two phase thermosyphon / H. Imura, K. Ssasaguchi, H. Kozai // Int. J. Heat Mass Transfer. 1983. - V. 26.- P. 1181-1188.

66. Shiraishi Ms. Investigation of heat transfer characteristics, of a two phase closed thermosyphon/ M. Shiraishi, K. Kikuchi, T. Yamarcishi// Proceeding of the Fourth International Heat Pipe Conference. 1981. - P. 95-104.

67. UedaT. Heat transport characteristics of a closed two-phase thermosyphon/ T. Ueda, T. Miyashita, P.H. Chu.// Trans. JSME. 1988; Part В 54.- V. 506.-P. 2848-2855.

68. El-GenkM.S. Heat transfer correlations for small, uniformly heated liquid pools/ M.S. El-Genk, H.H. Saber// Int. J. Heat Mass Transfer.- 1998.- V.41.-P. 261-274.

69. Jiao B. Investigation on the effect of filling ratio on the steady state heat transfer performance of a vertical two-phase closed thermosyphon / B. Jiao, L.M. Qiu, X.B.Zhang, Y.Zhang.// Applied Thermal Engineering. 2008.- V. 28. - P. 14171426.

70. Sheremet M.A. The influence of cross effects on the characteristics of heat and mass transfer in the conditions of conjugate natural convection// J. Engineering Thermophysics. 2010. - V. 19, № 3. - P. 119-127.

71. Harley C. A complete transient two-dimensional analysis of two-phase closed thermosyphons including the falling condensate film / C. Harley, A. Faghri // ASME. J. Heat Transfer. 1994. - V. 116. - P. 418-426.

72. Kirk Storey J. Modeling the transient response of a thermosyphon // Doctor of Philosophy thesis, Department of Mechanical Engineering Brigham Young University . December, 2003.

73. Wei G. An experimental study of axial conduction through a thermosyphon pipe wall / G. Wei, N.W. Darin // Applied Thermal' Engineering. 2009. - V. 29. - P. 35363541.

74. Te-En T. Two-phase closed thermosyphon vapor-chamber system for electronic cooling/ T. Te-En, W .Hsin-Hsuan, C. Chih-Chung, C. Sih-Li// International Communications in Heat and Mass Transfer. 2010. - V. 37. - P. 484-489.

75. RohsenowW.M. Correlation* of maximum heat transfer data for boiling saturated liquids / W.M. Rohsenow, P.Griffith// Chemical Engineering Progress Symposium Series 52 (18). 1956.

76. Gilles D. Numerical investigation of natural circulation in a 2D-annular closed-loop thermosyphon / D. Gilles, M. Marcoux, F. Alberto // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2006. - V. 27. - P. 154-166.

77. Rahmatollah K. heat transfer and flow regime in a two-phase flow thermosyphon loop at different diameter evaporator channel / K. Rahmatollah, F. Richard // Applied Thermal Engineering. 2010. - V. 30. - P. 1107-1114.

78. Ming Z. The experimental investigation on thermal performance of a flat two-phase thermosyphon / Z. Ming, L. Zhongliang, M. Guoyuan// International Journal* of Thermal Sciences. 2008. - V. 47. - P. 1195-1203.

79. FernandoH.M. Thermal characteristics of a thermosyphon heated enclosure/ H.M. Fernando, B.H. Marcia. // International Journal of Thermal Sciences. 2006. -V. 45.-P 504-510

80. КобаА.А. Исследование теплопередающих характеристик двухфазного термосифона с каналами плоско-эллиптического сечения / А.А. Коба, В.В. Притула // холодильнатехшка i технолопя. 2009. - Т.117, №1. - С. 31-35.

81. Кузнецов Г.В. Разностные методьт решения задач* теплопроводности/ Г.В. Кузнецов, М.А. Шеремет // учебное пособие, Томский политехнический университет, Томск 2007 172 с.

82. Роуч-П. Вычислительная гидродинамика. М-.: Мир, 1980. 616 с.

83. Пасконов В.М. Численное моделирование процессов тепло и массообмена/ В.М; Пасконов, В.И. Полежаев, JI.A. Чудов. -М.: Наука, 1984. 288 с.

84. Семенов,П. Течение жидкости в тонких слоях// Журнал технической' физики. 1944. - Т. 14. - № 7-8. - С. 427-437.

85. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. - 656 с.90;^hr(young D.). Iterative method for solving partial differential' equations ofelliptic type // trans. Amer. Math. Soc. -1954. V. 76, P. 11.

86. Франкел (Frankel S. P.). convergence rates of iterative treatment of partial differential equations// Math. Tables and other Aids to Computation- 1950.- V. 4. P. 65-75.

87. Тарунин E.Jl. Вычислительный эксперимент в задачах свободной конвекции. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1990. - 225 с.

88. Андерсон Д. Вычислительная гидромеханика и теплообмен / Д. Андерсон, Дж. Таннехилл, Р. Плетчер. М.: Мир, 1990. - Т. 2. - 392 с.

89. Том А. Числовые расчеты полей в технике и физике / А. Том, К. Эйплт. -М.:Энергия, 1964. 208 с.

90. Ландау Л.Д., Гидродинамика / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. М.; Наука, 1986.-763 с.

91. Кочин Н.Е. Теоретическая гидромеханика / Н.Е. Кочин, И.А. Кибель, Н.В. Розе. М.: Физматгиз, 1963. Ч. 2.728 с.

92. Берковский Б.М. Вычислительный эксперимент в конвекции / Б.М. Берковский,. В.К. Полевиков. Минск: университетское. — 1988. -167 с.

93. Barakos G. Natural convection flow in a square cavity revisited laminar and turbulent models with wall functions / G. Barakos, E. Mitsoulis // International journal for numerical methods in fluids. -1994. V. 18. - P. 695-719.

94. MerrikhA.A. Natural convection in an enclosure with disconnected and conducting solid blocks / A.A. Merrikh, J.L. Lage // International Journal of Heat and Mass Transfer.-2005.-V. 48.-P. 1361-1372.

95. Qi-Hong Deng. Fluid flow and heat transfer characteristics of natural convection in square cavities due to discrete source-sink pairs // International Journal of Heat and Mass Transfer. -2008. -V. 51. -P. 5949-5957.

96. Ben R. Laminar natural convection in inclined enclosures bounded by a solid wall / R. Ben Yedder, E. Bilgen // Heat and Mass Transfer. -1997. y. 32. -P. 455-462.

97. LemembreA., PetitJ.P. Laminar natural convection ига laterally heated and upper cooled vertical cylindrical enclosure / A. Lemembre, J.P. Petit // Int. J. Heat Mass Transfer. 1998. -V. 41. - P. 2437-2454.

98. Kuznetsov G.V. Numerical Simulation of Closed Loop Two-Phase Thermosyphon / G.V. Kuznetsov M.A. Al-Ani, M.A. Sheremet // Journal of energy and power engineering. 2011. - V. 5, - № 3. - P. 227-232.

99. Kuznetsov G.V. Numerical Analysis of Convective Heat Transfer in a Closed Two-Phase Thermosyphon / G.V. Kuznetsov, M.A. Al-Ani, M.A. Sheremet // Journal of Engineering Thermophysics. 2011. - V. 20, № 2. - P. 1-10.

100. КузнецовГ.В. Числовое моделирование термосифонов/ Г.В.Кузнецов, M.A. Аль-Ани // IF всероссийская научно-практическая конференция. «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов-российских вузов», 21-22 мая2009 г. Томск. - С. 30-34.

101. Аль-Ани М. А. Математическое моделирование теплопереноса в замкнутом: двухфазном термосифоне/ М.А. Аль-Ани, М.А.Шеремет// Проблемы газодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях, 23-27 мая 2011 года, Россия, Звенигород.

102. Кузнецов F.B. Режимы смешанной конвекции? в замкнутом; двухфазном термосифоне цилиндрической формы / F.B: Кузнецов, М.А. Аль-Ани, Mi А; Шеремет// Известия? Томского политехнического университета. 2011. -Т. 318, №4.-С. 18-23.

103. Gavrilov R.V. Optimization of cryostabilized superconducting generator windings cooled by the thermosiphon method / R.V. Gavrilov, I.S. Zhitomirsky. // Cryogenics. 1981. -V. 21, Issue 9:- 1981. -P. 567-571.

104. Michael F.Machine device having superconducting winding and thermosyphon cooling of winding / F. Michael, K. Adolf, H.Peter van // US Patent Application 2006. , №7049717.

105. Kirk L. internal cooling system for a jet engine integral starter/generator and the like / L. Kirk, M. Ohio // US Patent Application: 1993, jY» 909.525.

106. Dieter B. Martin L. Heat Pipes A Novel Cooling Principle for Generator Circuit-breakers / B. Dieter, C. Giosafat, D. Kurt, L. Martin // VGB PowerTech 6/2009-P. 69-72.

107. Nanthapan A. Application of a Thermosyphon Heat Exchanger in Coolness Recovery Process of an Air-Conditioning System // Proceedings of the 3rd Annual Conference on Heat and Mass Transfer. Chiang Mai, Thailand: Chiang Mai University, 25-12-2006.