автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка и исследование высокоэффективных теплоэнергетических установок для ТЭС Монголии

На правах рукописи

ЖАРГАЛХУУ ЛУВСАНДОРЖИЙН

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ДЛЯ ТЭС МОНГОЛИИ

Специальности: 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаш и 05.14.04 -11ромышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 2005

Работа выполнена на кафедре «Тепловые электрические станции» ГОУ ВПО Уральского государственного технического университета - УПИ.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Рыжков А.Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЩеклеинС.Е.;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Резанов В.Т.

Ведущая организация: Российское акционерное общество энергетики и

электрификации F3C России (Урал "ОРГРЭС")

Защита состоится 28 октября 2005 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.285.07 при ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет -УПИ" по адресу: г. Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 5 (8-й учебный корпус УГТУ-УПИ), ауд.708.

Ваши отзывы просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, ученому секретарю совета университета. Тел. (343) 375-45-74, факс (343) 375-95-70, E-mail: ensav®mail.ustu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО УГТУ-УПИ.

Автореферат разослан «_» августа 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук Плотников П.Н.

те-г

//¿у

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Исследования, проведенные автором, позволяют создавать надежные компактные газоводяные теплогенераторы, котлы-утилизаторы и водогрейные котлы малой и средней" мощности на местном топливе при улучшенном теплообмене и сниженных массогабаритных характеристиках по сравнению с импортными и отечественными аналогами. Особенно актуальны вопросы повышения эффективности и надежности газоводяного теплогенератора при работе на естественной тяге. Наиболее перспективным путем решения этой проблемы является интенсификация теплообмена в дымогарных трубах при малых числах Рейнольдса (Ие = 1450 + 5500). Работа направлена на разработку высокоэффективных теплоустановок и выполнена по приоритетному направлению развития энергетики правительства Монголии "Критические технологии в производстве электроэнергии и тепла на органическом топливе".

В настоящее время в энергетике Монголии наряду с 6 крупными ТЭЦ, обслуживающими основные промышленные центры страны (Улан-Батор, Дархан, Эрденет, Чойбалсан), существует более 300 мелких электростанций и котельных с тепловой нагрузкой 0.1+3.0 Гкал/ч и электрической нагрузкой 30-100 кВт, обеспечивающих тепловой и (частично) электрической энергией промышленные предприятия и жилую сферу в районных (аймачных) центрах, рабочих поселках, сомонах и пр. Теплоснабжение в них производится на базе паровых котлов КЕ-25, ДКВР-6.5-13, ДКВР-10-13 и низкоэффективных водогрейных котлов НР-18-27 и 54, БЗУИ единичной мощностью 0.14+0.7 Гкал/ч, работающих на угле или жидком топливе, электроснабжение - с помощью дизель-электростанций, работающих в некогенерационных режимах, что заставляет предприятия активно искать возможности для создания собственных генерирующих мощностей на местном топливе.

Цель работы состоит в оптимизации режимов работы и разработке технологичных и надежных конструкций газоводяных теплообменников для котлов-утилизаторов и водогрейных котлов малой и средней мощности с улучшенным теплообменом благодаря использованию различного типа турбулизаторов в

дымогарных трубах.

рос. национальная

библиотека

Задачи исследования

- Изучить аэродинамику и теплообмен в трубе с различными вставками в зависимости от их конструктивных параметров и режимных характеристик потока в области переходных режимов.

- Выявить характер влияния основных геометрических параметров завихрите-лей на теплообмен и гидравлическое сопротивление методом планированного эксперимента.

- Получить в обобщенном виде зависимости для расчета гидравлического сопротивления и теплообмена в гладкой трубе с завихрителями.

- Определить эффективность рассматриваемых способов интенсификации теплообмена.

- Сформулировать рекомендации по разработке газоводяного теплогенератора с интенсификацией теплообмена.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается применением современных методов обработки эксперимента и соответствующей точностью систем измерений контролируемых параметров, удовлетворительным совпадением расчетных и экспериментальных данных, полученных на испытательных стендах и промышленном оборудовании.

Научная новизна:

1. Выполнен детальный анализ способов интенсификации теплообмена газоводяного теплогенератора при большом диаметре дымогарных труб (50 мм), малых скоростях и сравнительно высокой температуре протекающих в них газов (до 300°С).

2. Исследованы аэродинамика и теплообмен при закрутке газового потока разными завихрителями при малых числах Рейнольдса в зависимости от их геометрических и конструктивных параметров в области переходных режимов течения.

3. Подобраны корреляции для расчета гидравлического сопротивления и теплообмена в интенсифицированных трубах в области переходных режимов течения.

Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований выявлены основные факторы, влияющие на аэродинамику и теплообмен в трубе с различными вставками. Получены расчетные зависимости для определения гидравлического сопротивления и теплообмена. Показана перспективность применения интенсификаторов теплообмена при малых числах Рейнольдса. Для ориентировочного выбора оптимальных геометрических параметров теплообменников составлены расчетные программы, разработанные на базе прикладного пакета программ "STATGRAPHICS plus for Windows".

Реализация. Полученные данные использованы в АОЕС Монголии, а также в Свердловском филиале ОАО ТГК-9, Управлении «Энергогазремонт» ООО "Уралтрансгаз" при разработке газотурбных котлов-утилизаторов для когенерационных энергетических установок, газоводяных теплогенераторов и водогрейных котлов малой и средней мощности, модернизации трубчатых воздухоподогревателей паровых котлов ТЭС.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследования по интенсификации теплообмена и оптимальной конструкции газоводяного теплообменника.

2. Научно-обоснованное решение по усовершенствованию конструкции газоводяного теплогенератора.

Личный вклад автора состоит в формировании основных предпосылок исследования и разработке методик анализа, в непосредственном проведении комплекса исследований и обобщении их результатов, в проведении стендовых испытаний разрабатываемых газоводяных теплогенераторов.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы обсуждены и доложены на: Всероссийской научно-технической конференции (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2002); XIV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках" (г.Рыбинск, Россия, 2003); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 40-летию ТЭФ УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2004); XXVII Сибирском теплофизическом семинаре, (Москва - Новосибирск, 2004); Второй всероссийской школе-семинаре молодых

5

ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика" (Москва, МГУЭИ, 2004); The Proceedings of the International Scientific Conference on POWER INDUSTRY AND MARKET ECONOMY (Ulaanbaatar, Mongolia, 2005); XV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (Калуга, 2005).

Практические результаты представлялись на первой всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (Москва, 2002 - диплом); на конкурсе молодых ученых УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2003 г. - диплом победителя).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 печатных работ, в том числе 10 статей в реферируемых изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 139 наименований и приложений. Общий объем диссертации 153 страницы, в том числе 84 рисунка, 24 таблицы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены направления, основные цели исследования и результаты, выносимые на защиту. В первой главе рассмотрено современное состояние, перспективы развития энергетики и характеристика энергопотребления Монголии. Даны особенности работы газогенераторных отопительных котлов малой энергетики, приведена оценка их эффективности, выбраны метода интенсификации теплообмена в переходном режиме течения теплоносителя, определены задачи исследования.

Исходная установка (рис. 1) предназначена для теплоснабжения зданий промышленного и коммунально-бытового назначения и состоит из трех частей -газогенераторного предтопка, топочно-горелочного устройства и газоводяного теплообменника.

Газоводяной теплообменник состоит из камеры дожигания и охлаждения, где

осуществляется сложный, преимущественно радиационный теплообмен дымовых

газов с водоохлаждаемыми стенками, и конвективной части, представляющей собой

6

недлинные (< 1 м) гладкие вертикальные трубы сравнительно большого диаметра (с! = 50 мм), выбранные по условиям работы при естественной тяге.

Рис. 1. Исходная установка - газогенераторный отопительный котел мощностью 70 кВт: 1 - бункер топлива; 2 - рычаги топливных заслонок; 3 - камера газификации; 4 - рычаги механизма шуровки колосниковой решетки, 5 - зольник, 6 - загрузочный топливный люк, 7 - колосниковая решетка; 8 - кулачки механизма шуровки колосниковой решетки; 9 - трубка для подвода вторичного воздуха; 10 - выход прямой воды; 11 - газосборник 12 - газоход (колено); 13 • шибер регулирования тяги, 14 - котел; 15 - камера дожигания, 16 - дымогарная труба; 17 - отвод обратной воды; 18 - муфель

Недостаток конструкции - низкий коэффициент теплоотдачи а (менее 18 Вт/м2К), повышенная температура уходящих газов (200-240°С).

Для установок, работающих на естественной тяге, наиболее эффективным вариантом уменьшения металлоемкости теплогенератора и снижения температуры уходящих газов является интенсификация конвективного теплообмена в трубах без изменения входной скорости.

Однако большинство работ по интенсификации теплообмена посвящено стабилизированным турбулентным и ламинарным течениям капельных жидкостей и паров в длинных трубах малого диаметра. Большие же диаметры труб, малые скорости и переходные режимы течения газов в них изучены недостаточно, тогда как потребность в интенсификации теплообмена в этих условиях значительная, а работы Леонтьева, Назмеева, Дрейцера, Бродова, Мигая, Щукина и других четко указывают на несомненную перспективность применения известных методов интенсификации теплообмена для этих режимов.

Учитывая сказанное, целесообразно рассмотреть размещение вставок, наиболее часто применяемых на практике, выбрать оптимальный способ передачи энергии от осредненного потока к пульсационному, найти зоны сечений каналов, в которых эту энергию наиболее целесообразно подводить.

Рассмотрим картину местного вихреобразования для следующих типичных случаев: скрученной ленты и проволочной вставки (рис.2).

Вихри 1, формирующиеся на вершинах ребер турбулизаторов, уходят в ядро потока и работают исключительно на увеличение гидравлического сопротивления трубы,

Рис.2. Местное вихреобразование: лента и проволока не оказывая влияния на обстановку у стенки. Вторичные вихри 2 и 3 образуются в межреберном пространстве и в основном локализуются в карманах между турбулизаторами, подпитывая несимметричную вихревую дорожку в квазипограничном слое 8°, слабо диффундируя в ядро потока.

Степень асимметричности дорожки определяется качеством подгонки турбулизатора. При плотном контакте вставки со стенкой вихрь 3 угнетается и вихрь 2 распространяется на все диффузорное пространство. При перемещении вставки к оси трубы получим симметричную вихревую дорожку, используемую для замера расхода жидкости вихреакустическим методом. Наличие щели под вставкой не может являться недостатком конструкции, поскольку позволяет активизировать течение в наиболее застойной зоне 3.

Гидродинамическая обстановка и температурный профиль у стенки такой каверны изменяются радикальным образом, так что предельный локальный коэффициент теплообмена может возрасти в несколько раз:

ах^1а°х^=6°18'„ (1)

где ах ~Лг /8\; 8°- эффективная толщина ламинарного пограничного слоя.

Образовавшаяся динамическая структура локализована в пространстве. Средний по поверхности коэффициент теплоотдачи а будет лежать между исходным значением (а.,) и максимальным (ахпш). Степень приближения среднего коэффициента а к атгх зависит от густоты генерации локальных зон повышенной завихренности и точек присоединения "А", а рост гидравлического сопротивления

канала- от энергии вихрей 1 и 2, рассеивающейся в потоке. При определенной частоте расположения центров генерации вихрей в узком диапазоне чисел Re возможна ситуация, когда теплообмен достигает максимума, а его рост несколько опережает рост гидравлического сопротивления. Максимальная интенсификация теплообмена при tlh~ 10 для турбулентного и ламинарного режимов и появление соотношения Ео = (Nu/Nua)/(<!;/£а)> 1 представляется как известный научный факт*'.

Учитывая сложность теоретического анализа исследуемого вопроса, произведем качественные оценки развития процесса.

1. Исходя из требования минимальной диссипации энергии в ядро потока со стороны отрывной зоны, положим, что h^ « d.

2. Поскольку пространственный масштаб вихря ~L коррелирует с размером отрывной зоны, формируемой плохо обтекаемым телом высотой А, оптимальный зазор между препятствиями можно определить, выполнив оценочный расчет толщины ламинарного пограничного слоя по известной формуле для плоской стенки:

h = S¡ = 5-x/Jr¡^ = Re,, где Re, = eo'x/u = Rcy(x/d). (2)

Решая (2) относительно x и заменяя x на скважность t, найдем, что в диапазоне чисел Re, = (2-10)-103 значение

tam =0)4-10'3Re¡í-rf = (0.8+4y. (3)

При этом высота шероховатости h^ »5 мм или OAd, а отношение t/h>9.

3. При более частом расположении искусственных шероховатостей возможны два сценария. Если при этом вместе с уменьшением t уменьшается Л, то качественно картина, свойственная течению и теплообмену в "мелкой" каверне, не меняется вплоть до полного вырождения генерируемой турбулентности. Напротив, если уменьшение скважности производится при неизменной высоте шероховатости Л (соотношение t/h -> 0), канавка становится "глубокой" и в щелях между выступами следует ожидать образование застойных зон с вялой циркуляцией и значительной

Эффективные интенсификаторы теплоотдачи для ламинарных (турбулентных) потоков в каналах энергоустановок / А.И Леонтьев, Ю Ф Гортышов, В В Олимпиев, И A-Попов //Известия Академии наук, Энергетика. 2005 Лsi. С.75-91

молекулярной составляющей переноса импульса тепла и массы. Теплоотдача в такой трубе может стать меньше, чем в гладкой.

4. При значительной разрядке препятствий и Ы <1 <0Л) роль

дополнительных генераций падает и Ми , £ -» . Причем в отдельных случаях этот процесс может оказаться немонотонным, что бывает связано с различного рода дополнительными акустическими эффектами.

В работе приведены наиболее известные эмпирические и теоретические соотношения, описывающие гидравлические сопротивление и теплообмен в сходных с нашей работой условиях (прямые трубы, скрученные ленты, проволочные, пропеллерные и шнековые вставки, область течений, близкая к переходному режиму, изотермические и неизотермические условия, газ - воздух). Цель подборки - подготовить массив корреляций для осуществления выборки формул, адекватно описывающих намечаемый в работе эксперимент.

Во второй главе приведено описание опытной установки и обоснована методика постановки эксперимента, предусматривающая определение средних по длине труб коэффициентов теплоотдачи а и гидравлического сопротивления £ рабочего участка.

Основными элементами установки (рис.3) являются нагнетатель 1, камера нагрева воздуха 2 и рабочий опытный участок (10-12) охлаждения воздуха (теплообменник типа воздух-вода). Опытным участком являлась труба общей

длиной 0,5 м и внутренним диаметром 50 мм из нержавеющей стали XI8Н1 ОТ

Рис. 3. Схема экспериментальной установки: I - вентилятор, 2 - нагреватель, 3 - изоляция, 4 - автотрансформатор, 5 - вольтметр, 6 - амперметр, 7 - байпас, 8 - шибер, 9 - двигатель, 10 • труба (рабочий участок), 11 - гибкая связь, 12 - водяная рубашка, 13 14 - гильзы термометров, 15 - водомер, 16 - регулирующий клапан, 17 - зонд термопары, 18-термопара, 19 - шайба, 20-переклю-и водь чагель, 21 - пускатель для вентилятора, 22 - потенциометр ПП63, 23 переключатель термопар, 24 - потенциометр КСП2, 25 - термопара

дифференциальная, 26 - указатель положения, 27 - кнопка, 28 - преобразователь регулятора, 29 - микроманометр МКВ-250, 30 - труба водопровода; 31 - шланг водопровода, 32 - регулятор

толщиной стенки 2.5 мм, мощность нагревателя 3.0 кВт, расход нагнетателя (типа ВВФ-112М) 2м3/мин, расход охлаждающей воды 0.5-0.8 м3/ч.

■-я'Ш" Й

№

Исследовались трубы с пятью скрученными лентами, четырьмя проволочными вставками, двумя пропеллерными вставками и тремя шнеками, отличающимися геометрическими размерами (рис.4-6).

Проволочные вставки (рис.4) выполнены из медной проволоки проволоки

диаметром </„ = (1; 1.5; 2.5; 5) мм с шагом 8=45*90 мм

(з/с!=0.8-И .8), устанавливались по всей длине трубы,

касаясь её стенок, с углом закрутки (атаки)

% = аг^7и1х /£ = 50° -: 70°; относительная шерохова-

Рис. Проволочная вставка

тость 0.02 < <0.1; относительный шаг =9 + 60.

Скрученные ленты (рис.5,а) - из жести толщиной 8 = 0.3+0.8 мм, шириной а = 11-г24 мм, с шагом 5 = 130*340 мм (■?/</ = 2.6+6.8) размещались по всей длине трубы и касались её стенок. Угол атаки % =30° +50°, относительная шероховатость 0.01<0.026, относительный шаг ¿/3 = 262 + 455. При углах атаки <рц > 50° спиральные турбулизаторы оказывают на поток воздействие подобно поперечным, а подчиняющиеся этому соотношению проволочные и ленточные спирали по действию приближаются к элементам дискретной шероховатости (ребра, накатки), эффективно разрушающим и турбулизирующим пристенную структуру жидкости без заметной закрутки в диапазоне Ие^б-Ю3 ^4105 и Рг = 0.7 -5- 80.

Шнековые завихрители (рис.5,б) - из жести толщиной 0.3 мм, длиной 170 и 500 мм, с шагом 260; 300 мм {¡М = 2; 0.6) устанавливались в трубе диаметром ¿¡0 -10 мм. Они создавали наиболее интенсивную протяженную винтовую закрутку потока и вращательно- поступательное движение жидкости без возможности

шшшшшщ^шш ^

Рис.5. Винтовые вставки: а - скрученная лента; б - шнек

обратного перемешивания. Относительное живое сечение для прохода газов Р = 4 Fl та1 =0.26.

Пропеллерная вставка (лопаточный завихритель) (рис.6) представляет собой осевой направляющий аппарат, создающий локальную закрутку потока.

Завихритель устанавливался на входе в трубу и представлял собой кольцо диаметром в свету 50 мм, к внутренней поверхности которого припая-Рис.6. Иропе.иерная вставка но 8 лопаток, выполненных, из листовой пластины толщиной 1 мм и радиальный и осевой размеры лопаток равны половине радиуса трубы. Лопатки спрофилированы по дуге окружности.

По методике, предлагаемой автором для исследования, предусматривалось определение средних по периметру и длине труб коэффициентов теплоотдачи а и коэффициентов гидравлического сопротивления ^.

Опытные данные по теплоотдаче в трубе с различными завихрителями получены в диапазоне чисел Re,, = 2.5■ 103 +6.0-Ю1, а по аэродинамике в диапазоне чисел Red =4-103 +14-103.

Коэффициент гидравлического сопротивления в опытах находился по формуле Дарси с использованием среднерасходной скорости течения.

Экспериментальные значения средних коэффициентов теплоотдачи определялись по методу энтальпий через среднелогарифмический температурный напор:

= Q/F&im, (4)

где Q- количество теплоты, переданной от газа к воде; F- площадь теплопередающей поверхности, подсчитанная по внутреннему диаметру d, А-среднелогарифмический температурный напор.

Обработку опытных данных по гидродинамике и теплообмену в загроможденных вставками трубах производят по "техническому" либо по "физическому" вариантам.

В случае применения проволочных вставок загромождение трубы насадками слабое и обработку опытных данных производили по "техническому" варианту, в котором за определяющую выбиралась среднерасходная скорость а>„, приведенная

к поперечному сечению пустой (гладкой) трубы ~с!2. Для остальных случаев использовался "физический" метод, когда скорость потока берется с учетом загромождения трубы вставкой, а в качестве определяющего размера берется эквивалентный диаметр трубы со вставкой, взятой за основу в работах Щукина.

Методика эксперимента и определения интегральных характеристик (чисел № и Ле, коэффициента гидравлического сопротивления) построена на принципе косвенного измерения искомых величин и однократных наблюдений показаний средств измерений. При этом абсолютная погрешность прямого измерения температур стенки и воздуха, координат теплофизических свойств среды, перепада давления, расхода и других величин поддается точной оценке. Проверка работоспособности испытательного стенда производилась на гладкой трубе путем сравнения в области Ие = 3000+5000 экспериментальных значений а с формулами Петухова и Михеева для турбулентного и ламинарного режимов. Сравнение экспериментальных значений 4 в области Ле,, =2000 + 12000 производилось с расчетными по эмпирической формуле Блазиуса, применяемой при Яе > 3000. Испытания показали, что для рабочего участка без завихрителя в переходном режиме течения экспериментальные коэффициенты а наиболее близки (с отклонением ±10%) к расчету по формуле Михеева, а значения коэффициентов гидравлического сопротивления при Яе^ > 2500 расходятся на величину до 25% с расчетом по формуле Блазиуса. Полученные результаты свидетельствуют также о преобладании уже в гладкой трубе достаточно устойчивого турбулентного режима течения.

Для определения области рабочих параметров интенсификатора целесообразно использовать известную методику планировангого эксперимента. План проведения эксперимента включал три этапа. Первый этап - подготовительный, выполнялся в рамках поисковых исследований. В нем были выбраны два турбулизатора, дающие наиболее заметный прирост а при наименьшем увеличении ДР; и £ - скрученные ленты и проволочные вставки, выявлены параметры их конструкции, воздействующие на процесс тепломассообмена. Параметры локальной области проведения эксперимента представлены в табл. 1.

Целевыми переменными в экспериментах являются коэффициенты £ и а. Для трубы со скрученной лентой полный факторный план 24 и матрица планирования включает шестнадцать вариантов, а для трубы с проволочной вставкой (три фактора) план включает восемь вариантов.

Таблица 1

Условия опытов в задаче выбора рабочих параметров на трубе

Характеристика факторов Факторы

а™ опытов со скр>ченной тентой ДЛЯ ОИЬЛОВ С Прово 10Ч110Й вставкой

% м б мм й , мм СО м/с 4„ мм 5 ММ О) м/с

X, *<

Нулевой уровень, Хп 0 23 0 56 175 27 3 65 27

Интервал варьирования Ах ОМ 0 23 65 1 2 2 25 1 2

Верхний уровень, Хтах (+1) 0 34 08 24 0 39 5 90 39

Нижний уровень Хмп (-1) 013 0 33 ПО 1 5 1 40 1 5

Второй этап - оценочный. С учетом возможности существенного значения случайных погрешностей, были выполнены дисперсионный и регрессионный анализы. Цель дисперсионного анализа - уточнить перечень факторов и характеризующих их величин, которые оказывают заметное влияние на исследуемое явление. Регрессионный анализ состоит в аппроксимации результатов экспериментального исследования уравнением регрессии первого или второго порядка. Параметры уравнения регрессии определяются с помощью метода наименьших квадратов (МНК).

Третий этап - оптимизационный. В работе для изучения области оптимума использован центральный композиционный ротатабельный план и применена модель второго порядка.

Для выбора плана эксперимента и статистического анализа опытных данных использовалась программа дисперсионного и регрессионного анализа, входящая в прикладной пакет программ "8ТАТОЯАРН1С5". Расчеты проводили на компьютере РепЦит-Ш в операционной системе \Ут<1ош8-2003.

В «ЗТАТОЯАРШСБ» включен весь спектр графических процедур, которые позволяют подбирать, а также ясно и точно «видеть» особенности анализируемого материала, начиная от ранжировочной кривой с экспоненциальным законом

убывания эффектов и заканчивая кривыми трехмерных поверхностей отклика разного вида.

С использованием методов планированного эксперимента выбраны наиболее приемлемые элементы конструкции скрученных лент и спиральных проволок, предлагаемых для газоводяного теплообменника с естественной тягой. План эксперимента включал два этапа: на первом этапе проведение эксперимента имело основной целью определить степень влияния факторов, целью второго этапа являлся поиск области оптимума.

В результате планированного эксперимента было получено, что на гидродинамику участка со скрученной лентой влияют толщина ленты, скорость воздуха и шаг ленты; на гидродинамику участка с проволочной вставкой влияют диаметр проволоки и скорость воздуха. На теплообмен участка со скрученной лентой сильно влияют парные взаимодействия толщины, ширины ленты и скорости воздуха, на теплообмен участка с проволочной вставкой - диаметр проволоки и скорость воздуха. На рис. 7-10 приведены результаты расчетов полученные по уравнениям регрессии, при обработке данных первого этапа.

На рис.7 представлены поверхности отклика а для трубы со скрученной лентой и их проекции. Они задаются координатными осями, по которым откладываются значения факторов и параметров оптимизации. Поверхность отклика имеет "холм" с вершиной, равной максимальному значению коэффициента теплоотдачи , (««и = 43 Вт/м2К). При теплообмене оптимальными параметрами трубы со скрученной лентой являются следующие: шаг ленты л = (0.25+0.29) м, ширина >. ленты а = 18 мм, толщина ленты 8 = 0.63 мм, скорость воздуха со = 2.7+3.1 м/с, коэффициент теплоотдачи а = 41+42 Вт/м2К.

Рис.7 График зависимости теплоотдачи участка от толщины, ширины, шага ленты и скорости воздуха, в поле параметров «ь-ю» и «6-а »; а: о = 18 мм, 8 = 0.63 мм; б: л = 0.27 м, т = 3.9м/с

На рис.8 показаны поверхности отклика ЛР= и их проекции для трубы со скрученной лентой. Эти поверхности отклика имеют экстремумы с наименьшим ДР. = 1.8 Па и наибольшим ДР = 4.2 Па значением.

V (

Рис.8. График зависимости коэффициента гидравлического сопротивления участка от толщины, ширины, шага ленты и скорости воздуха, в поле параметров «-ы» и «6а: а = 18 мм, 8 = 0.63 мм, б: ^ = 0.25 м, о = 3.9 м/с.

Представленные на рис.9 поверхности отклика а для трубы с проволочной

вставкой. Эти трехмерные графики имеют экстремумы с наименьшим

а - 14.8 Вт/м2К с наибольшим а = 29.2 Вт/м2К значением.

Рис.9. График зависимости теплоотдача участка от шага, диаметра проволоки и скорости воздуха, в поле параметров « с/„ - со » и «в-со». а- б = 0.065 м; б: <1п =3.5 мм

Поверхности отклика £ для трубы с проволочной вставкой имеют экстремумы с минимальным £ = 0.12 и £ = 0.135 значением (рис. 10).

Рис 10. График зависимости гидравлического сопротивления участка от шага, диаметра проволоки и скорости воздуха, в поле параметров «¿„-и» и «<!„-$». а' $ - 0.06 м; б: т =3.1 м/с.

Таким образом, для участка со скрученной лентой оптимальные параметры

следует искать в области локального максимума коэффициента теплоотдачи а.

16

Оптимальные параметры трубы с проволочной вставкой могут лежать вблизи минимума 4.

Конечный выбор - с помощью критериев теплогидродинамической эффективности.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований, оценка теплогидравлической эффективности способов и произведено сопоставление полученных результатов с данными других авторов.

Качественное исследование структуры потоков в трубах с разными вставками выполнялось при выключенном нагревателе. Принципиальная схема эксперимента представлена на рис. 11. Основными элементами установки являются нагнетатель, генератор дыма и рабочий участок, представляющий тонкостенную трубу с внутренним диаметром й - Ы мм, длиной /=500 мм, выполненную из прозрачного пластика. Дым из генератора вместе с воздухом подавался вентилятором в необогреваемый рабочий участок. При этом число Рейнольдса, вследствие перехода на холодный воздух, увеличивалось до Яе^ =4000-14000, что соответствует диапазону приведенных скоростей 1.6^3.5 м/с при рв = 1.205 кг/м3. Замеряемые параметры: перепад давления воздуха ДР, на рабочем участке, давление на входе и выходе Р" и Р'(ш. Характер распределения газового потока определялся путем визуальных наблюдений за движением задымленного воздуха в рабочем участке.

По результатам проведенных экспериментов можно отметить следующее.

В гладкой трубе в набегающем потоке около стенок по всей длине трубы наблюдается свободная от дыма кольцевая зона толщиной около 5-6 мм (рис.11).

При закрутке потока пропеллерной вставкой возникает вращательное движение с пространственным полем скоростей. Распределение дыма по _ сечению трубы более равномерное, чем в

Рис.11 Схема установки и характеристика

течения газов в рабочем канале: а-гладкая случае (а), ЛИШЬ ВНИЗу Канала сохраняется труба, б — труба с пропеллерной вставкой,

в - труба с проволочной вставкой; г-труба со узкая прозрачная зона~1 мм, обусловлен-скрученной лентой

ная негоризонтальным расположением заслонки (рис. 11, а, б).

При использовании винтовой вставки труба равномерно заполнена дымом, и турбулентное движение охватывает весь ее объем (рис. 11, в,г).

Для детализации течения в пристенной области использовали мелкие частицы бумаги, запускаемые в пространство между двумя диафрагмами, имеющими размеры: </=62мм, А = 16 мм и 8 мм, а = 0.8 мм (рис.12).

Рис.12. Схема установки и структура течения газов в рабочем канале при Red = 5300

В гладкой трубе (рис. 12,а), каких-либо поперечных движений меток отмечено не было.

При расстоянии между диафрагмами $ = 8А (А = 16 мм) наблюдается устойчивый растянутый вихрь А (В» А; /«128 мм) и появляется небольшая застойная (мертвая) зона в углу М (рис. 12,6). При уменьшении высоты шероховатости вдвое с сохранением шага появляется несколько небольших микровихрей (рис. 12,в).

При уменьшении шага шероховатости вдвое (5 = 4 А) - рис. 12,г наблюдается небольшой вихрь А в углу у подветренной стороны. При уменьшении высоты препятствия в пристенной зоне наблюдаются мелкие возвратно- поступательные колебания меток - пульсации (рис.12,д).

Следует отметить, что полученная картина качественно совпадает с известной структурой вихревых зон за аналогичными препятствиями в турбулентной области числом Яе>10000.

Систематические исследования интенсификации теплообмена в трубе с различными вставками. Целью этого этапа являлось систематическое исследование теплообмена и аэродинамики в трубе с различными вставками. На этом этапе эксперимента использовали завихрители всех типов с разными геометрическими параметрами (табл. 2).

Таблица 2

Геометрические параметры всех типов завихрителей

№ Завихрители ил, Яе 101 /,м

1 Скрученная лента 10*15 20,3 1.40.52, 74 4 6-11 5 - 05

2 Проволочная всгавка 61 08,40 50115 1 0.1 52 5,5 0 05

3 Шнек 8 5+23 04. 05. 07 40*100 0.21,0 17,05

4 Пропеллерная вставка 10 - 40*80 05

Основные параметры в опытах изменялись в следующих пределах: температура воздуха на входе 17СК270°С, на выходе 30-210°С, число Яе =1.45-103—5.5* IО3; температура воды 10-20°С; расход воздуха 7.5^20 м3/с.

По данным, полученным их опытов, построены графики (рис. 13 - 16) в координатах а-/(Яе), Ш = /(Яе) и £ = /(Яе). Результаты опытов были сопоставлены с данными других авторов. На их основе было обобщено действие известных корреляций на область чисел Рейнольдса Ке<,=1.45-103—6.0-103. В приведенных ниже формулах (6)-(11) разных исследователей жирным шрифтом обозначены коэффициенты, подобранные для изучаемого режима взамен авторских, предназначенных для больших Яе.

На рис. 13 приведены значения Ъ и Л, для всех вариантов со

,10,__—

Ч' /11

Расвт лв формулам:

1 - (5), вА1-$

2 (5), */с*-4.2

3 (5), *Л1=в $

в (в>, •«=$.» 7 (7),*/й=5 В - (7), »/¿-4*2 9 (7), «/6*6.8

10 (7), ***=з.о

11 • гладкая труба, опыт

1000 1500 2000 2500 3000 3300 4000 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

с

• «№3.1 опыт

А »/<1-4.2 опыт

■ опыт ❖ «/д-е.» опыт

□

Рис. 13 Гидравлическое сопротивление и теплоотдача в трубе со скрученной лентой скрученной лентой. Эти данные по £ и а в основном с погрешностью ±20% обобщаются соответствующими формулами Щукина (5), Смитберга, Лэндиса (6) и Клачак (7) для длинных труб при числах Яе = 1.7-103 +20-103 (рис.15):

0.705 (

+ 0.009(

0.184 + 8

Яе;"; где п -0.2

1 + 1.7 2

(5)

(6) (7)

При интенсификации теплообмена с помощью спирали с ростом диаметра проволоки теплообмен и гидравлическое Сопротивление растут (рис. 14).

N»4

Растет ш формулам: 1 - 0,4п - 'Лш

4- («), (1„ - 1Лии

в - да, а„ - 2Л и» б (»), ап -1.6 и» 7-т1Ц|мпУЧт(т

5000 бОСОКе,! 2000

4000

яюо

яхюКеЛ

А -Дп-гЛмЧ ОПЫТ

♦ опыт

Рис.14. Гидравлическое сопротивление и теплоотдача в трубе с проволочной вставкой Для трубы с проволочной вставкой данные по а с погрешностью до ±5% обобщаются модифицированной формулой Рзаева и Филатова для длинных труб при Яе = (6 + 70)-103, (8), где вместо относительной глубины канавки введена замена

М», = 0.021 [1 + 8.59(<*/*)0041 (<и«1)0 83] Яе°8 Рг1

(8)

Опытные данные по £ были описаны модифицированной формулой Назмеева для длинных труб при Яе = 40 + 2000, (9) с коэффициентом 3.7 вместо 5.5: 530

£ = — ехр[-0 / ! ] х ехр[ 3.7 « /

Яе

(9)

На рис.15 и 16 приведены зависимости гидравлического сопротивления и теплообмена от чисел Рейнольдса для трубы со шнековым завихрителем и с пропеллерными вставками.

Для трубы со шнеком данные по теплообмену с точностью до +20% обобщаются зависимостью Щукина для длинных труб Яе = 104+610'1 (10):

ЛЬ, =0.02те^Рг04,(Ргш/РО0'25 (1 + 0.092^'73). (10)

Подходящего обобщенного уравнения, описывающего наши результаты и данные других авторов для коэффициента гидравлического сопротивления трубы со шнеком, не оказалось (рис.15).

N11,

расчет N формулам:

1. (10), №34 мм

2 - (16), «>41 им

3 - глццмя труба, опыт

3500 Яб, 1500

2000

2500

3000

3500R.es

Рис.15. Гидравлическое сопротивление и теплоотдача в трубе со шнеком N4*

♦

•

А:

• -1 пропеллерная встам (опыт) А - 2.» пропеллерные остасю« (опыт)

Расчет лв фаркулахс

1 - (11), 1 пропел, вставка

2 - (11), 2- пропел, встает

3- (12), 1 и 2 - пропелллставки

4- (13), 1 и 2' пропил, вставки 5. глвдтя труба, опыт

2000 3000 4)00 5000 ЯНОЯе^ 2000 3000 4000 5000 ЯЮ0В.е,1 Рис 16. Гидравлическое сопротивление и теплоотдача в трубах с пропеллерными вставками Данные по 4 при <р- 75° неплохо аппроксимируются формулой Щукина (11) для длинных труб и Яе = 104 + 9 10*, с коэффициентом 0.34 вместо 0.3164 и поправочным коэффициентом ц/, на длину трубы (рис. 18):

# = (0.34/")(1 -0.165• у,, (11)

где у -относительный угол закрутки потока.

Теплообмен в трубах с пропеллерными вставками хорошо описывается формулой Канторовича (12) для коротких труб и Яе = 8 102 -5-8-10" с коэффициентом 0.045 вместо 0.257:

0.045 Яе»«3. (12)

Аналогичным образом работает уточненная формула Щукина (13) для длинных труб и Яе = 104 - 9-104 с коэффициентом 0.04 вместо 0.0286 и поправочным коэффициентом е, на длину трубы:

( V25

ЛГи,=0.04КеГРг0"[^Ч Б,. (13)

Наибольшее отклонение опытных точек от зависимостей, соответствующих формуле (13), при Ле^ЗОООне превышает 20%.

Оценка теплогидравлической эффективности способов. Результаты тепловых и гидродинамических исследований представлены в таб.3 и на рис. 17 и 18.

Таблица 3

Эффективность и геометрические параметры интенсификаторов

№ Интенснфикатор, форма ее* Параметры — Ыи / Ииа

кривых сечения канала интенсифнкатора Е о Ь ' Ьг\

на рис 1-2

1565 ¿,= 30 мм, £/<1 = 26,5 = 1,59 1,61 1,01

1 Скрученная лента 2755 0,33 мм, а = 11мм 1,87 1,94 1,03

2918 184 2,00 1,09

3089 164 1.7 1,04

1630 4" 30 им, 8/(1 -3,0, 2,1 2,56 1.25

Скрученная лента 2950 б = 033 мм, а = 20 мм 2,36 2,53 1,07

2 3230 1,94 2,17 1,12

3560 2,18 2.34 1.07

1660 <1,-30 мм, 5/11-4 2, 1.31 2,59 1,98

3 Скрученная лента 2710 6-0.8 мм, О = 12мм 1.24 239 да

2950 1,01 2,20 2.17

3220 1,12 232 2,07

1470 (1,-30 мм, 5/<1 =5, 0,95 1.55 1,62

4 Скрученная лета 2780 8 - 0,8 мм, а = 24 мм 1,35 1,76 131

2990 0,78 1,56 2,13

ь 3350 1,0 1.69 1.68

1635 4"30 мм, в1й = 6 8, 1,81 2,66 1,47

5 Скрученная лета 2926 8 = 0,8мм, а =23мм 1,26 2,15 1,7

3170 1,02 1,84 1,8

3310 1,14 2,01 1,77

2680 (1-50 ми, 4-1,0 мм, 0,4 1,43 3,92

6 Проволочная вставка, 4580 5-40 ММ, 5/(1 «0,8 0,42 1,12 2,68

4970 0,36 1,06 2,97

5300 0,37 1,05 2,72

2880 (1 = 50 мм, 4= 1,5 мм, 0,35 139 3,94

7 Проволочная вставка 4970 5 = 90 мм, 5/(1 = 0,8 0,49 1Д4 2,51

5190 0.44 1,27 2,9

5710 0,44 0,14 2,61

2807 (1 = 5 мм, 4=2,5 мм, 0,455 1,92 4,23

Проволочная вспшка 4570 зе 40 мм, ъ/й — 0,8 039 1,52 3,92

4870 0,36 1,53 4,28

5600 039 1,62 4,15

2690 (1-50 мм, (1в= 5 мм, 0,34 2,24 6.6

9 Проволочная вставка 4480 з-45 мм, вЛ) = 0,4 034 2,19 6,46

4675 ОД 7 1,92 7,07

5380 035 2.25 6,49

1900 (1,-20 мм, з = 0 34 м. 0.042 2,01 48,01

10 Шнек 2800 1» 170 мм, ф-38° 0,052 236 45,61

3150 0,057 2,45 43 11

3300 0,062 2,66 42,69

2100 22 мм, 3-0,41 мм. 0,071 4,16 58,63

11 Шнек 2770 I - 500 мм, Ф - 36* 0,068 4,22 62,11

2780 0,084 436 52,1

2860 0,07 4,25 60,75

3000 <1-50мм, п-03, 031 3,13 10,08

12 Однопропеллерная вставка 4300 4*<1-оз, 0,26 3,12 12,18

4420 0,23 2.95 12,63

5180 0,27 3.17 11,53

2890 (1-50 мм. п-03. 0,12 1,52 12,91

13 Даухпропеллериыс вспаки 4050 = 03, <¡>„-27° 0,18 2,71 14,88

4291 ол 2,68 13,05

4800 оа 2,79 13,94

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 «МО К.ей

Ыи/ЫЧи,

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 ЯПО-

НИЮ 1300 ЭТО 251» 3000 35Ю 4000 4500 5000 5500 «лЖе^

Рис.17. Эффективность действия интенсификаторов в трубах. Цифры у кривых — данные в соответствии с табл 3

На рис. 18 приведены зависимости теплогидравлической эффективности испытываемых завихрителей, полученные при обработке опытных данных в виде гистограммы.

1-.5 6-9

^ * 1

Рис.18. Сравнение результатов эксперимента по энергетической эффективности испытываемых завихрителей

Сравнительная оценка опытных данных позволяет сделать вывод, что наибольший эффект дают скрученные ленты и проволочные спирали. Область применения интенсификаторов теплообмена по числу Рейнольдса: Яеа=2000-6000 и Кеэ=100(Ь-3600.

Наилучшие результаты показывают некоторые завихрители из скрученных лент (поз. 1,2 на рис. 17), для которых при малых Яе критерий Е0 =1.5 + 2.4.

Следует отметить, что и прочие завихрители, имеющие эффективность Ео < 1 (поз.6-9 на рис.17), также позволяют уменьшить габаритные размеры набивки теплообменного аппарата по сравнению с набивкой гладкоканального. Снижение габаритных размеров произойдет вследствие значительного уменьшения длины теплообменных каналов при одновременном некотором возрастании живого сечения по газу. Увеличение фронта по газу увеличивает габаритные размеры и массу подводящих коллекторов. Это может снизить выигрыш в габаритных размерах и массе набивки теплообменника.

В четвертой главе приведены результаты разработки газоводяного теплогенератора с интенсификацией теплообмена.

Оптимальными параметрами ленточных завихрителей при скорости а> = Ам!с, соответствующей номинальной нагрузке модернизируемого теплогенератора, являются толщина и ширина ленты 6-а = 0.63x18 мм и таг набивки 5 = 0.26 м. Соответствующие им ДР^ = 4 2 Па и а = А2Вт/м2К нанесены на рис.7 и 8 кружками.

Оптимальными параметрами проволочных завихрителей при той же скорости т = Лм!с являются диаметр проволоки dn =3.5 мм и шаг проволочной вставки s -0.06 м. Соответствующие им £ = 0.15 и коэффициент теплоотдачи а = 28 Вт/м2К нанесены на рисунки 9 и 10 кружками.

В случае изменения тепловой нагрузки в пределах 25%-105% и связанного с ним скоростного режима а = 1 5 + 4.3 м/с характеристики участка со вставками оптимальной конфигурации будут изменяться в соответствии с режимными кривыми, выделенными на рисунках 7-10 жирными линиями. Для труб с ленточными завихрителями это: ДР; =1.4 + 5.4 Па и а = 27-5-43 Вт/м2К, для труб с проволочной вставкой £ = 0.12 + 0.3 и « = 16-5-31 Вт/м2К.

Благодаря применению ленточных завихрителей выбранной конструкции в дымогарных трубах модернизированной установки коэффициент теплоотдачи при номинальной на1рузке увеличится в 2.5 раза, чю приведет к снижению температуры уходящих газов на 35% - от 240°С, до 160°С. Это увеличит коэффициент теплоиспользования установки на 20%, и поднимет его до 90%, чю позволит сэкономить за отопительный сезон 0.2 т.у.т./кВт установленной мощности.

Заключение

1. При анализе местных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) Монголии, выявлена возможность их эффективного применения в газогенераторных мини-ТЭЦ и котельных взамен импортного жидкого топлива и каменного угля.

2. Анализ работы газоводяного теплогенератора на естественной тяге при малых числах Рейнольдса (Re = 2000 - 6000), а также известных способов и средств интенсификации теплообмена в трубах позволил сделать вывод о том, что наиболее

приемлемым способом интенсификации теплообмена в таких аппаратах является закрутка потока различными вставками.

3. В соответствии с постановленными задачами разработана методика проведения экспериментов, обработки и обобщения результатов исследований аэродинамических и тепловых характеристик трубы с завихрителями при малых числах Рейнольдса.

Из сравнительной эффективности интенсификации теплообмена следует, что в переходной области наиболее эффективны завихрители со скрученной лентой и с проволочной вставкой.

4. Основными факторами, влияющими на интенсивность теплообмена в трубе с завихрителями, являются шаг и толщина ленты, диаметр проволоки и скорость воздуха.

5. Применение турбулизаторов позволяет увеличивать тепловую мощность аппарата со всеми типами завихрителей в 1.5-2 раза, либо уменьшить гидравлическое сопротивление теплообменника и соответственно мощности на прокачку теплоносителя в несколько раз. Применение интенсификации также позволяет во всех случаях (кроме шнека) уменьшить объем теплообменного аппарата примерно в 1.3 раза. Наилучшие результаты показывают некоторые завихрители из скрученных лент, для которых при малых Re критерий Е0 =1.5 + 24. Область применения интенсификаторов теплообмена по числу Рейнольдса: Re = 1500- 5000.

6. Обобщение всего комплекса результатов лабораторных исследований работы газоводяных теплообменников с ленточными и проволочными вставками позволяет сделать вывод о целесообразности применения рассматриваемых труб. Полученные данные позволяют рекомендовать оптимальную геометрию для труб с внутренним диаметром 50 мм.

скрученные ленты, с шагом s = 0.26±0.01м, толщиной S - 0.63±0.03 мм и шириной ленты а = 18±1мм;

проволочные вставки с шагом s = 0.06+0.01 м, диаметром проволоки d„ = 3±0.5мм.

Ориентировочная экономия топлива 0.2 т у.т./кВт установленной мощности за

отопительный сезон.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

I. Газогенераторные технологии - путь к эффективной энергетике /А.Ф.Рыжков, В.В.Костюнин. Р В.Валуев, ЖЛувсандорж, В Е.Силин, В Ю.Балдин //Градоформирующие технологии XXI века' тез.докл. международ научно-практ. конф Москва, 10-14 сент 2001 г М.-НИЦ Инженер, С. 89-92.

2 Газогенераторные технологии - путь к эффективной энергетике / А Ф.Рыжков, В В Костюнин, Р В Валуев, В Е.Силин, В.Ю.Балдин, Ж Лувсандорж //Инженер. 200!. № 9. С. 9-10.

3 Рыжков А.Ф. Опыт создания газогенераторных установок на местных топливах для малой энергетики / А Ф Рыжков, В В Костюнин, ЖЛувсандорж //Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии в XXI столетии: материалы международного научно-технического семинара, г. Сочи, 31 мая - 2 июля 2001 г Сочи: РИО СГУТ и КД, 2001. С 79-84

4. О применении газогенераторных установок для сжигания местных топлив/ А Ф Рыжков, Я М Щелоков, В В.Костюнин, В Е.Силин, ЖЛувсандорж //Российский национальный симпозиум по энергетике- материалы докладов РНСЭ, Т.1. Казань- КГЭУ, 2001 С 43-46.

5. Жар1-алхуу Л. Газогенераторный отопительный котел ГГОК-70 / Л.Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков //Науч гр I отчет, конф мол. уч. ГОУ УГТУ-УПИ-сб. тез Ч 1 Екатеринбург УГТУ-УПИ, 2001 С 186-188

6 Потенциал местных ТЭР Уральского региона и современные технологии их использования /

A.Ф.Рыжков, Р В Валуев, В В.Костюнин, В.Е Силин, ЖЛувсандорж //Активная государственная инновационная политика - основа экономического возрождения России- материалы первой окруж конф Екатеринбург: АМБ, 2001. С 178-180.

7. Современные способы использования местных топливных ресурсов / А Ф.Рыжков, В Е.Силин,

B.В.Коспонин, ЖЛувсандорж //Первая всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение-теория и практика» М,, 2002. С 185-190.

8 Жаргалхуу Л Потенциал местных ТЭР Монголии и современные техноло1 ии их использования / Л Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков //Научные тр 11 отчет, конф. молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ- сб. тез Ч. II. Екатеринбург, 2002. С.168-169

9. Жаргалхуу Л. Возможность использования биомассы в газогенераторной установке в условиях Монголии /Л Жаргалхуу, А Ф Рыжков //«Безопасность биосферы 2001/02»' материалы пятого всероссийского молодежною научною симпозиума, 4-6 мая 2002 года. Екатеринбург, С. 17.

10 I азогенераторные технологии - перспективное направление сжигания местных топливом/ А.Ф.Рыжков, В В Костюнин, С Ф Конев, В Е.Силин, Ж.Лувсандорж //Труды третьей российской национальной конференции по теплообмену. В 8 т Т 1,21-25 октября 2002 г. М , С 162-166.

II. Газогенераторные технологии - перспективное направление энергетического использования биотоплива /НИ Данилов, А Ф Рыжков, А В Наумейко, В Ю Балдин, В В Костюнин, В Е Силин, Ж.Лувсандорж, Я.М.Щелоков // Первая в Украине международная конференция « Энергия из биомассы» 23-26 сентября 2002 г Киев, С.124-125.

12. Жаргалхуу Л. Разработка отопительных водогрейных установок на биомассе для условии Мош олии / Л Жаргалхуу, А Ф Рыжков //Вестник УГТУ-УПИ №3(18) «Актуальные проблемы современной энергетики», труды всероссийской научно-технической конференции, посвященной 70-летию кафедры ТЭС УПУ-УПИ. Екатеринбург, 2002. С 171-174.

13 Жаргалхуу Л Возможность интенсификации теплообмена в газогенераторных отопительных котлах/Л.Жаргалхуу, А Ф Рыжков//Научные тр III отчет конф молодых ученых ГОУ ВПО У1 ТУ-УПИ сб. тез Ч I. Екатеринбург, 2002. С.195-196

14. Разработка газогенераторных установок для энергетического использования биотоплив /А В Попов, В.Е.Силин, Ж.Лувсандорж, В В Костюнин, А Ф Рыжков //Студент и научно-технический прогресс, сборник тезисов докладов студенческой научной конференции Екатеринбург, 2003. С. 157-159

15. Современные газогенераторные установки малой мощности /В.Е.Силин, В В Костюнин, Ж Лувсандорж, А.Ф Рыжков //XIV Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», 26-30 мая 2003. Рыбинск, Т 2 С.130-133.

16 Жаргалхуу Л Организация перемешивания газов в канале при малых числах Рейнольдса / Л.Жаргалхуу, А Ф Рыжков //Вестник УГТУ-УПИ №3(33) Екатеринбург, 2004 С.236-239.

17 Жаргалхуу Л Возможность решения экологических проблем использования местных топлив в условиях Монголии /Л Жаргалхуу, А.Ф Рыжков //Материалы всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» 2004. С.226-227.

»1457?

18 Жаргалхуу Л. Потенциал местных ТЭР » та»»»™,,,«-»«

/Л.Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков //Вестник УГТУ-УПИ > р

творчества». Екатеринбург, 2004. Ч. 2. С.76-79.

19. Силин В.Е. Газогенераторные отопител Л.Жаргаяхуу, А Ф.Рыжков//Материалы V всеросси£ DUC D "Л

апреля 2004 Екатеринбург, 2004. С 122-124. Г НЬ ГуССКИИ фОНД

20 Опыт создания малых газогенератора ЖЛувсандорж, В В.Коспонин, А.Ф.Рыжков //Ма ^ Г\ Г\ f Л

энергосбережению, 5-9 апреля 2004. Екатеринбур! ¿¿,\J\J Ö—Т"

21. Жаргалхуу Л. Исследование теплообмен -

разными вставками /Л Жаргалхуу, Б Бор, А.Ф Рыжк Q О (1Л

тезисов докладов студенческой научной конференци О О vi

22. Жаргалхуу Л Экспериментальное исследов.

числах Рейнольдса /Л Жаргалхуу, А Ф Рыжков //XXVII Сибирский теплофизический семинар, посвященный 90-летию академика С.С Кутателадзе, Москва - Новосибирск, 1-5 октября 2004. С 51-64

23 Жар/алхуу Л Оптимизация газоводяного теплообменника при малых числах Рейнольдса /Л Жаргалхуу, А.Ф Рыжков, В Е.Силин // Труды второй всероссийской школы-семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение-теория и практика». М • МЭИ, 2004 С.315-318

24. Жаргалхуу Л Газоводяной теплогенератор с интенсификацией теплообмена /Л.Жаргалхуу, Л Бор, А Ф Рыжков //Сборник материалов VI всероссийского совещания выставки по энергосбережению, 21-25 марта2005 Екатеринбурге 124-125

25 Жаргалхуу Л Экспериментальное исследование аэродинамики в трубах при малых числах Рейнольдса /Л Жаргалхуу, А Ф Рыжков /УВестник УГТУ-УПИ Х»4(56) "Теоретические и экспериментальные исследования в энерготехноло! ии"' межвузовский сборник научных трудов Екатеринбург, 2005 С 101-113

26 Жаргалхуу Л. Экспериментальное исследование теплообмена в трубах переходной области /Л Жаргалхуу, А Ф Рыжков //Вестник УГТУ-УПИ №4(56) "Теоретические и экспериментальные исследования в энерготехпологии"'межвузовский сборник научных трудов Екатеринбург, 2005 С 114-124

27. largalkhuu L Efficient heat - generating plants for Mongolia /L Jargalkhuu, A F.Ryjkov, А В Kharchev //The Proceedings of the International Scientific Conference on POWER INDUSTRY AND MARKET ECONOMY. May 04-07 2005. LTlaanbaatar, Mongolia. P.330-332.

28 Жаргалхуу Л Интенсификация теплообмена в грубах в переходной зоне /Л Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков, Б Бор //XV Школа-семинар молодых ученых и спецналисюв под руководством академика РАН А И Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках». Т 1 2335 мая 2005 г Калуга, С 68-71.

Основные обозначения

а - ширина ленты; ср - удельная теплоёмкость; d - внутренний диаметр трубы; dt - эквивалентный диаметр; du - диаметр кривизны осевой линии канала; F - поверхность; О - расход; L - длина

аппарага, N - энергозатраты, Ее- энергетическая эффективность; I- длина трубы; Q- тепловая мощность,/1- давление; s- mar; <5- толщина: а - коэффициент теплоотдачи; р - плотность потока; ©-скорость; <р - угол закрутки; V - объём; t - температура, Я - коэффициент теплопроводности; t - коэффициент гидравлического сопротивления; А - разность; т - время;

Индексы: в - воздух; вх - вход; вых - выход; г - газа; гл - гладкая; ж - жидкость (вода); к - конвекция, кривизна; л - лучистый; н - наружный; п - проволока; с- стенка; i - труба; э- эквивалентный;

Подписано в печать 25.07.2005 Формат 60x84 1/16

Бумага типографическая Офсетная печать Усл.печ. л. 1,63

Уч.-изд. л. 1,48___Тираж 100__Заказ 128 Бесплатно_

Редакционно-издательствий отдел ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19 Ризография НИЧ Г'ОУ ВПО УГТУ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЭНЕРГЕТИКА МОНГОЛИИ И РАЗРАБОТКА ТЕПЛОВЫХ УСТАНОВОК МАЛОЙ МОЩНОСТИ.

1.1 Современное состояние и перспективы развития энергетики Монголии.

1.2 Газогенераторные отопительные котлы малой энергетики.

1.3 Оценка эффективности и выбор метода интенсификации теплообмена в переходном режиме течения теплоносителя.

1.4 Выводы и задачи исследования.

2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА

В ГАЗОВОДЯНОМ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЕ.

2.1 Описание экспериментальной установки и обработки результатов опытов.

2.2 Выбор рабочих параметров интенсификаторов.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Аэродинамический эксперимент в изотермической трубе с различными вставками.

3.2 Экспериментальное исследование теплообмена и гидродинамики в неизотермической трубе с различными вставками.

3.3 Сравнение полученных результатов с данными других авторов и обобщение результатов экспериментальных исследований.

4 РАЗРАБОТКА ГАЗОВОДЯНОГО ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА

С ИНТЕНСИФИКАЦИЕЙ ТЕПЛООБМЕНА.

4.1 Теплотехническое обследование исходной установки.

4.2 Выбор технических решений для модернизации водогрейной отопительной установки.

Место энергетики в современном мире определяется, с одной стороны, огромными объемами перерабатываемых энергоресурсов, неизмеримым количеством агрегатов, установок, трубопроводов, линий электропередач (ЛЭП), машин и механизмов, сложностью, быстродействием и потенциальной опасностью технологических процессов, их глобальным воздействием на окружающую среду, а с другой - ни с чем не сравнимыми простотой, надежностью и качеством обеспечения конечными видами энергии -электричеством и теплотой — в любой момент времени и в необходимом количестве. Именно простота, комфортность и надежность поставили энергетику в ряд высших ценностей, привлекательность которых для человечества неизменно повышается. Невозможно представить сегодня цену, которую могло бы заплатить общество за отказ от использования электрической и тепловой энергии.

В настоящее время правительство и руководство компании энергетики Монголии активно занимаются созданием концепции коренного реформирования энергетической отрасли, приступают к разработке и внедрению проектов по созданию энергогенерирующих объектов нового поколения. Такие проекты должны отвечать целому ряду жестких требований, главными из которых являются [1]:

1. Экологическая безопасность. Воздействие на окружающую среду должно соответствовать общемировым стандартам.

2. Высокая экономическая эффективность.

Создание такого проекта возможно только на основе комплексного подхода к энергообеспечению промышленного и частного секторов на основе современных способов производства тепловой и электрической энергии и передовых энергосберегающих технологии.

Современные энергетические программы предусматривают проведение активной энергосберегающей политики во всех отраслях за счет совершенствования, внедрения и исследования энергосберегающего оборудования, повышения эффективности и надежности его работы, охраны окружающей среды.

Разработка любого теплообменного оборудования ТОА исходит из требования определенной э не pro напряженности протекающих в нем процессов при соблюдении технологических, экологических и прочих норм и требований и сводится, в конечном итоге, к поиску своего для данной эпохи и отрасли компромисса между капитальными и эксплуатационными затратами. Так для установок транспортной энергетики оправдано применение разного уровня форсированных режимов при слабом развитии когенерации. В стационарной энергетике предпочтение чаще отдают различным нефорсированным режимам, кпд, %

N3, МВт

Рисунок 1- Сопоставление типичной эффективности современных теплоэнергоустановок: + ПД: установки с паровыми двигателями; □ СДУ; двигателями Стирлинга; ДДУ: двухтактные дизельные установки; ЧДУ: четырехтактные дизельные установки; • ГТУ: газотурбинные установки

И ПГУ: парогазовые установки ; ■ МТУ; ми кроту рбн ниые установки; ^ ТЭУ: установки с топливным элементом; А - Мини ГПУгг: мини ТЭС-ДВС на генераторном газе

График сравнительной эффективности различных производителей электрической энергии по JSO - 86, дополненный новыми данными, в основном по малой энергетике [2], наглядно демонстрирует современный уровень развития теплоэнергетики (рисунок 1).

Относительно низкая тепловая эффективность работы энергетического оборудования, демонстрируемая графиком, связана с достигнутым уровнем предельных температур в цикле, что во многом зависит от теплообмена с элементами ограждающих конструкции и вынуждает разрабатывать способы его интенсификации. В одних случаях это производится с целыо повышения коэффициента использования топлива в действующем оборудовании (организация глубокого охлаждения дымовых газов, утилизация тепловых выбросов за тепловыми двигателями, повышение эффективности работы теплообменного оборудования в нерасчетных режимах). В других случаях планируется снижение материалоемкости и капиталоемкости изделий (разработка нового теплообменного и котельного оборудования). В третьих -позволяет вывести процесс получения электрической энергии на качественно -новый уровень (разработка принципиально - новых систем охлаждения лопаток газовых турбин, ТВЭЛ-ов ядерных реакторов, решение проблемы теплообмена в матрице высокотемпературного топливного элемента, создание газовоздушного нагревателя для твердотопливной ПГУ с разохмкнутым циклом). Объединяющим здесь является широкое использование новых для современной энергетики гидродинамических режимов, характеризуемых пониженными числахми Рейнольдса (Re<104), неразвитой турбулентностью, перемежаемостью турбулентного и ламинарного режимов и низкими коэффициентами теплообмена.

Особое значение эти положения имеют для проектирования и реконструкции ТЭС, объектов промышленной энергетики, систем теплоснабжения в новых условиях, в связи с повсеместныхм изхменением режимов работы энергетической отрасли (переход на маневренные и недогруженные режимы) и ее реструктуризацией (с созданиехМ распределенных систем, бурным развитием сектора малой энергетики, переходом энергоустановок малой энергетики на кооперационные режимы).

Для действующего оборудования это означает переход на нерасчетные режимы работы, пережог поверхностей теплообмена, снижение тепловой эффективности (КПД) ТОА. Для модернизации действующего оборудования, либо для создания новой техники необходима разработка способов интенсификации процессов переноса в ненапряженных (в целом) гидродинамических режимах.

Для теплоснабжающих предприятий с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии для покрытия сезонных и технологических колебаний тепловой нагрузки требуется высокое поддержание эффективности работы оборудования во всех режимах эксплуатации.

Для стационарных установок малой энергетики (новый в мировой практике динамично развивающийся вид промышленных и коммунально-бытовых энергогенерирующих объектов системы распределенной энергетики) [3,165] при параллельной работе с сетыо предпочтение отдается оптимальным нефорсированным базовым режимам с предельно - развитой когенерацией и w максимально- возможным КИУМ.

Для объектов базовой энергетики характерно стремление к достижению предельной эффективности выработки электрической энергии путем повышения термодинамической эффективности энергетического цикла (применение комбинированных и гибридных циклов, супер-сверхвысоких параметров).

Выбранный для исследования объект - газоводяной теплообменник с короткими широкими гладкими трубами является типичным представителем ТОА, нуждающихся в интенсификации теплообмена и оптимизации конструкции при сохранении низконапорного режима работы. Область прямого применения разработки - теплообменнос оборудование малой энергетики -газоводяные теплогенераторы, котлы-утилизаторы энергоустановок газопоршневых, дизельэлектростанций, микро ГТУ), водогрейные котлы малой и средней мощностина местном топливе [4,5,154]. .„'U'.-Kr clU^ ^ ^ ". . ; 4 " - / i 9

Работа выполнена на кафедре Тепловые электрические станции ГОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ -УПИ».

Актуальность темы. Исследования, проведенные автором, позволяет создавать надежные компактные газоводяные теплогенераторы, котлы-утилизаторы и водогрейные котлы малой и средней мощности на местном топливе при улучшенном теплообмене и сниженных массогабаритных характеристиках по сравнению с импортными и отечественными аналогами. Особенно актуальны вопросы повышения эффективности и надежности газоводяного теплогенератора при работе на естественной тяге. Наиболее перспективным путем решения этой проблемы является интенсификация теплообмена в дымогарных трубах при малых числах Рейнольдса (Re = 1450-^5500). Работа направлена на разработку высокоэффективных теплоустановок и выполнена по приоритетному направлению развития энергетики правительства Монголии "Критические технологии в производстве электроэнергии и тепла на органическом топливе"

В настоящее время в энергетике Монголии наряду с б крупными ТЭЦ, обслуживающими основные промышленные центры страны (Улан-Батор, Дархан, Эрденет, Чойбалсан), существует более 300 мелких электростанций и котельных с тепловой нагрузкой 0.1+3.0 Гкал/ч и электрической нагрузкой 30100 кВт, обеспечивающих тепловой и (частично) электрической энергией промышленные предприятия и жилую сферу в районных (аймачных) центрах, рабочих поселках, сомонах и пр. Теплоснабжение в них производится на базе паровых котлов КЕ-25, ДКВР-6.5-13, ДКВР-10-13 и низкоэффективных водогрейных котлов HP-18-27 и 54, БЗУИ единичной мощностью 0.14+0.7 Гкал/ч, работающих на угле или жидком топливе, электроснабжение - с помощью дизель-электростанций, работающих в некогенерационных режимах, что заставляет предприятия активно искать возможности для создания собственных генерирующих мощностей на местном топливе.

Цель работы состоит в оптимизации режимов работы и разработке технологичных и надежных конструкций газоводяных теплообменников для котлов-утилизаторов и водогрейных котлов малой и средней мощности с улучшенным теплообменом благодаря использованию различного типа турбулизаторов в дымогарных трубах.

Задачи исследования

- Изучить аэродинамику и теплообмен в трубе с различными вставками в зависимости от их конструктивных параметров и режимных характеристик потока в области переходных режимов.

- Выявить характер влияния. основных геометрических параметров завихрителей на теплообмен и гидравлическое сопротивление методом планированного эксперимента.

- Получить в обобщенном виде зависимости для расчета гидравлического сопротивления и теплообмена в гладкой трубе с завихрителями.

- Определить эффективность рассматриваемых способов интенсификации теплообмена.

Сформулировать рекомендации по разработке газоводяного теплогенератора с интенсификацией теплообмена.

Достоверность н обоснованность результатов подтверждается применением современных методов обработки эксперимента и соответствующей точностью систем измерений контролируемых параметров, удовлетворительным совпадением расчетных и экспериментальных данных, полученных на испытательных стендах и промышленном оборудовании.

Научная новнзпа:

1 Выполнен детальный анализ способов интенсификации теплообмена газоводяного теплогенератора при большом диаметре дымогарных труб (50 мм), малых скоростях и сравнительно высокой температуре протекающих в них газов (до 300°С).

2 Исследованы аэродинамика и теплообмен при закрутке газового потока разными завихрителями при малых числах Рейнольдса в зависимости от их геометрических и конструктивных параметров в области переходных режимов течения.

3 Подобраны корреляции для расчета гидравлического сопротивления и теплообмена в интенсифицированных трубах в области переходных режимов течения.

Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований выявлены основные факторы, влияющие на аэродинамику и теплообмен в трубе с различными вставками. Получены расчетные зависимости для определения гидравлического сопротивления и теплообмена. Показана перспективность применения интенсификаторов теплообмена при малых числах Рейнольдса. Для ориентировочного выбора оптимальных геометрических параметров теплообменников составлены расчетные программы, разработанные на базе прикладного пакета программ "STATGRAPHICS plus for Windows".

Реализация. Полученные данные использованы в АОЕС Монголии а также в Свердловском филиале ОАО ТГК-9, Управлении «Энергогазремонт» ООО "Уралтрансгаз" при разработке газотрубных котлов-утилизаторов для когенерационных энергетических установок, газоводяных теплогенераторов и отопительных водогрейных котлов малой и средней мощности, модернизации трубчатых воздухоподогревателей паровых котлов ТЭС.

На защиту выносятся:

1 Результаты исследования по интенсификации теплообмена и оптимальной конструкции газоводяного теплогенератора.

2 Научно-обоснованное -решение по усовершенствованию конструкции газоводяного теплогенератора.

Личный вклад автора состоит в формировании основных предпосылок исследования и разработке методик анализа, в непосредственном проведении комплекса исследований и обобщении их результатов, в проведении стендовых испытаний разрабатываемых газоводяных теплогенераторов.

Апробации работы. Основные материалы диссертационной работы обсуждены и доложены на: Всероссийской научно-технической конференции (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2002); XIV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках" (г.Рыбинск, Россия, 2003); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 40-летию ТЭФ УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2004); XXVII Сибирском теплофизическом семинаре, (Москва - Новосибирск, 2004); Второй всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика" (Москва, МГУЭИ, 2004); The Proceedings of the International Scientific Conference on POWER INDUSTRY AND MARKET ECONOMY (Ulaanbaatar, Mongolia, 2005); XV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (Калуга, 2005).

Практические результаты представлялись на первой всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (Москва, 2002 - диплом); на конкурсе молодых ученых УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2003 г. - диплом победителя).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 печатных работ, в том числе 10 статей в реферируемых изданиях.

Структура п объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 139 наименований и приложений. Общий объем диссертации 153 страницы, в том числе 84 рисунка, 24 таблиц.

Выводы:

Результаты опытов были сопоставлены с данными других авторов. На их основе было обобщено действие известных корреляций на область чисел Рейнольдса Re(/ = 1.45*103 f- 6.0-103. В приведенных ниже формулах

3.3.1)^(3.3.5) разных исследователей жирным шрифтом обозначены коэффициенты, подобранные для изучаемого режима взамен авторских, предназначенных для больших Re.

1 Трубы с пропеллерными вставками. Теплообмен в трубах с пропеллерными вставками хорошо описывается формулой [130] (3.3.1) для коротких труб и Re = 8-102 +8-104 с коэффициентом 0.045 вместо 0.257:

A^;,=0.045Re0/3. (3.3.1)

Аналогичным образом работает уточненная формула (3.3.2) для длинных труб с коэффициентом 0.04 вместо 0.0286 и коэффициентом s,:

A4,= 0.O4Re°83Pr0'43 n 0.25 Pr Л

Pr

V1 1сш У

61

3.3.2) где е, =1.32- поправочный коэффициент, который зависит от относительной длины трубы. Поправочный коэффициенту предложен на основе анализа результатов работы [24] по таблице П.4.4 (приложение 4), для переходного режима течения ReclO4. Наибольшее отклонение опытных точек от зависимостей, соответствующих формуле (3.3.2), при Re^ >3000 не превышает 20%.

Результат расчетов по формулам 3.3.1 и 3.3.2 показан на рисунке 3.3.18. 1 пропеллерная вставка (опыт)

Ф= 15 2 пропеллерные вставки (опыт)

-по формуле (3.3.1)

Л по формуле( 3.3.2), п=0

2500 3000 3500 4000 4500 5000 Red

Рисунок 3.3.16 - Сопоставление обобщенной зависимостей Nud = /(Re^) в трубах с пропеллерными вставками

Данные по £ при <р = 75° неплохо аппроксимируются формулой Щукина для длинных труб с коэффициентом 0.34 вместо 0.3164 и поправочным коэффициентом ц/, на длину трубы: (0.34/ Re°25) (l - О Л 65 )Re° 043^ • \j/| (3.3.3) где 7p - относительный угол закрутки потока; значения ц/г поправочный коэффициент, который зависит от длинб трубы (приложение 4). Расхождение опытных и расчетных данных по предлагаемому уравнению не превышает ± 10% (рисунок 3.3.17).

0,2 а .♦. \ . 1

2

----г—--г-—--

1 пропеллерная вставка (опыт)

2 пропеллерные вставки (опыт)

1 - по формуле (3.3.4),

2 - гладкая труба

2500

3500

4500

3500 Re,

Рисунок 3.3.17 - Сопоставление обобщенной зависимостей £ = /(Re,,) в трубах с пропеллерными вставками

2 Трубы со скрученными лентами. Опытные данные по гидравлическому сопротивлению в трубе со скрученной лентой обобщены зависимостями (П. 1.3) [24] или (П. 1.5) [93], а по теплообмену - зависимостью (П. 1.8) [98], которая описывает эти данные с точностью до 10% для длинных труб при числах Re = 1.7-103 -20-103.

3 Трубы с проволочными вставками. Опытные данные по аэродинамике в необогреваемой трубе с проволочной вставкой хорошо согласуются с данными [47,48], но обобщены формулой не были.

Для трубы с проволочной вставкой данные по а с точностью до ±5% обобщаются модифицированной формулой (П. 1.17) для длинных труб при Re = (6 + 70) -103, (3.3.4), где вместо относительной глубины канавки введена замена dn/d\

Nuj = 0.021 • [1 + 8.59(J/s)0041 (dn/d)0'83] Re08 Pr043 (3.3.4)

Опытные данные по £ были описаны модифицированной формулой (П. 1.11) для длинных труб при Re = 40-^2000 с коэффициентом 3.7 вместо 5.5: f = ^ expKJ / -5 ] x exp[ 3.7 / J)04 ]. Re,

3.3.5)

Рисунок 3.3.18 - Сопоставление обобщенных зависимостей = /(Re^) в трубах с проволочной вставкой Расхождение опытных и расчетных данных по предлагаемому уравнению не превышает ±8% (рисунок 3.3.18).

4 Трубы со шнеком. Для трубы со шнеком данные по теплообмену с точностью до ±20% обобщаются зависимостью (П. 1.22) для длинных труб

Re = 104 -г- 6 • 104. Следует отметить, что эта формула приемлема при местной закрутке потока и не удобно для шнека, расположенного во всю длину трубы.

Подходящего обобщенного уравнения, описывающего наши результаты и данные других авторов для коэффициента гидравлического сопротивления трубы со шнеком не оказалось.

4 РАЗРАБОТКА ГАЗОВОДЯНОГО ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА С ИНТЕНСИФИКАЦИЕЙ ТЕПЛООБМЕНА 4.1 Теплотехническое обследование исходной установки

С целыо анализа особенностей режимов работы установки УГТУ-УПИ при участии автора был проведен ряд экспериментов по определению неполного состава дымовых газов, выходящих из установки. Рабочим топливом являлся торфяной полубрикет с влажностью около 40%. Содержание Нг и углеводородов CmHn не определялось.

В опытах использовалась газогенераторная водогрейная установка УГВМ -70, разработанная на основе конструкции Пинча в УГТУ-УПИ совместно с Невьянским механическим заводом и предназначенная для теплоснабжения зданий коммунально-бытового назначения, оборудованных системами водяного отопления с естественной (гравитационного типа) или принудительной циркуляцией. Для сжигания используется местное твердое топливо (кусковой торф с содержанием мелочи до 70%, торфобрикеты, щепа, лигнин, опилки, стружка, и др.) с размером кусков до 60 мм и влажностью до 45%. Установка состоит из бункера, камеры газогенерации, муфеля и водяного котла (рисунок 1.2.2а). В камере газогенерации при температуре в активной зоне taJ и 850°С проходят процессы горения и газификации. Дожигание полученного газа происходит в муфеле, конструктивные особенности которого и особый способ перемешивания вторичного воздуха и газа позволяют значительно интенсифицировать горение. Компактный энергонапряженный факел позволяет получить весьма высокую температуру горения (близкую к адиабатической) и наиболее полно использовать теплоту, содержащуюся в относительно бедном генераторном газе. Коэффициент расхода первичного воздуха а = 0.71-^-0.73. Состав горючих газов в стационарном режиме представлен в таблице 4.1.1.

На установке были опробованы два способа рассредоточенного подвода вторичного дутья: Зва счет самотяги трубы и с помощью вентилятора (рисунки

4.1.1 и 4.1.2). В первом случае воздух подводился через две вертикально вставленные трубки с двумя рядами отверстий в каждой. При испытаниях проверялись режимы с различным открытием шторки для регулирования подачи вторичного воздуха. Состав газов на выходе из котла в пврЕНчкьт I юздух

Рисунок 4.1.1 - Подвод воздуха за счет самотяги шторки зависимости от степени открытия представлен в таблице 4.1.1. Там же приведен расчетный коэффициент расхода воздуха в целом на установку - а. По результатам экспериментов можно сказать, что при разряжении в жаровой трубе 3(Н40 Па обеспечивается практически полное догорание горючих газов при избытке воздуха в установке аг«1.3. Это соответствует показателям работы котлов при пылевом сжигании торфа (1.25 - 1.4). Слоевое сжигание требует коэффициента расхода воздуха 1.4 - 1.5. Температура дымовых газов в жаровой трубе составила порядка 900°С. Визуально (через смотровое окошко) можно отметить, что перемешивание воздуха с газом недостаточное — в жаровой трубе наблюдаются несколько длинных факелов по числу отверстий в трубке.

Состав уходящих газов при этом: СО = 2-5%, С02=10-15, 02= 3-5%. Плохая работа узла дожигания при естественной подаче вторичного воздуха ведет к 50% -ой потере мощности котла. Теоретическая (адиабатная) температура горения торфа с влажностью 40% ТЛ = 1700°С. Дожигание практически полное, потери теплоты в окружающую среду невелики. Поэтому низкий температурный уровень, обнаруженный в ходе экспериментов, можно объяснить только большим коэффициентом расхода вторичного воздуха. Для tffi первггчкът воздух

Рисунок 4.1.2 - Подвод воздуха вентилятором организации принудительного подвода и улучшения процесса перемешивания газа и воздуха, узел подвода вторичного воздуха был переоборудован.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. При анализе местных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) Монголии, выявлена возможность их эффективного применения в газогенераторных мини ТЭЦ и котельных взамен импортного жидкого топлива и каменного угля.

2. Анализ работы газоводяного теплогенератора на естественной тяге при малых числах Рейнольдса (Re = 2000-f 5000), а также известных способов и средств интенсификации теплообмена в трубах позволил сделать вывод о том, что наиболее приемлемым способом интенсификации теплообмена в таких аппаратах является закрутка потока различными вставками.

3. В соответствии с постановленными задачами разработаны методики проведения экспериментов, обработки и обобщения результатов исследований аэродинамических и тепловых характеристик трубы с завихрителями при малых числах Рейнольдса.

Из сравнительной эффективности интенсификации теплообмена следует, что в переходной области наиболее эффективны завихрители со скрученной лентой и с проволочной вставкой.

4. Основными факторами, влияющими на интенсивность теплообмена в трубе с завихрителями, являются шаг и толщина ленты, диаметр проволоки и скорость воздуха.

5. Применение турбулизаторов позволяет увеличивать тепловую мощность аппарата со всеми типами завихрителей в 1.5+2 раза, либо уменьшить гидравлическое сопротивление теплообменника и соответственно мощности на прокачку теплоносителя в несколько раз. Применение интенсификации также позволяет во всех случаях (кроме шнека) уменьшить объем теплообменного аппарата примерно в 1.3 раза. Наилучшие результаты показывают некоторые завихрители из скрученных лент, для которых при малых Re критерий £о «1.5-2.0. Область применения интенсификаторов теплообмена по числу Рейнольдса: Re = 1500^-5000.

6. Обобщение всего комплекса результатов лабораторных исследований, промышленных испытаний газоводяных теплообменников с ленточными и проволочными вставками позволяет сделать вывод о целесообразности применения рассматриваемых труб. Полученные данные позволяют рекомендовать следующую оптимальную геометрию для труб с внутренним диаметром 50 мм: скрученные ленты, с шагом 5 = 0.26±0.01м, толщиной 8 = 0.63±0.03 мм и шириной ленты а = 18±1мм; проволочные вставки с шагом 5 = 0.06±0.01 м, диаметром проволоки d„ = 3±0.5мм.

Ориентировочная экономия топлива 0.2 т у.т./кВт установленной мощности за отопительный сезон.

1. Рыжков А.Ф., Орлов С.И. Об оптимальном пути развития энергетики //"Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности" материалы III российской Н.Т.Конференции. Ульяновск, 24-25 апреля 2001.

2. Low revolutions in Greece // Modern Power Systems. 2003. - 10. - P. 45.

3. Беляев Л.С., Лагерев А.В., Посекалин В.В. и др.; Отв. ред. Воропай Н.И. Энергетика XXI века: Условия развития, технологии, прогнозы. Новосибирск: Наука. 2004. 386с.

4. Наумейко А.В., Гофман М.С., Дейнеженко В.И., Рыжков А.Ф. Оптимальные конструкции жаротрубного водогрейного котла //Промышленная энергетика 2002. №10. С.37-40.

5. Батмунх СэрээтэриГш Рациональное исследование теплоты и топлива в народном хозяйстве в МНР //Специальность 05.14.01. дисс. на соискание степени доктора т.н. Свердловск, 1990. 481с.

6. Сборники статистики Монголии 1997, 1998, 2000, 2001, 2002.

7. Д.Содномдорж, Б.Нуурэй Проблемы производства и потребления энергии в Монголии //Сборник трудов НТК. «Энергосистема: управление, качество, безопасность». 2001. С. 85-87.

8. Литвак В.В., Силич В.А., Яворский М.И. Региональный вектор Энергосбережения. Томск, 2000.

9. Гинзбург Д.Б. Газогенераторные установки 114. II. под. ред. проф. Б.С.Швецова, Москва Ленинград. 1937. 600с. с ил.

10. Гинзбург Д.Б. Газогенераторы и газовые хозяйство в стекольной и керамической промышленности //Промстройиздат. 1949. 204с.

11. Зысин Л.В., Моршин В.Н., Кошкин Н.Л. Опыт проектирования и испытания газогенераторных установок работающих на местных видах топлива //Теплоэнергетика. №1. 2000. С.23-27.

12. Альтшулер B.C. Экологические характеристики установок по газификации твердого топлива на тепловых электростанции //Теплоэнергетика. №6. 2002. С. 74-77.

13. Казанцев Е.И. Промышленные печи -М: ГЭИ. 1994. 275с. с ил.

14. Костюнин В.В., Перепелкин С.В., Рыжков А.Ф., Щёлоков Я.М. Практика создания бытовых и коммунальных газогенераторных установок //Сборник научных трудов «Эффективная энергетика 2000». Екатеринбург, 2000. С.105-106.

15. Газогенераторы. Теплонагреватели. Водонагреватели //Рекламные материалы ЗАО «Импет». 2000.

16. Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС //Учебное пособие для ВУЗов. М. Энергоатомиздат. 1988. 288с., 1 Пил.

17. Мигай В.К. Повышение эффективности современных теплообменников //JI. Энергия. Ленингр. отделение. 1980. 144с. ил. 55 к.

18. Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил //Издат. Машиностроение. Москва, 1970 330с.

19. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах // 3-е изд. переработанное и допол. Москва. Машиностр. 1990. 206с.

20. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах //Машиностроение. 1972. 220с.

21. Бродов Ю.М., Рябчиков А.Ю., Аронсон К.Э. Перспективные разработки по интенсификации теплообмена в теплообменных аппаратах //Вторая РНК по теплообмену. Т. 5. Москва, 1998. С. 54-57.

22. Назмеев Ю.Г. Теплообмен при ламинарном течении жидкости в дискретно- шероховатых каналах М.: Энергоатомиздат. 1998. - 376с.

23. Коваленко JI.M., Глушков А.Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи //Москва. Энергоатомиздат. 1986. 286 с.

24. Михайлишин Е.В. Интенсификация теплообмена в трубчатых воздухоподогревателях //Спец. 05.14.04. Пром. Теплоэнергетика, дисс. на соискание степени к.т.н. Свердловск, 1983. 198с.

25. Гортышев Ю.Ф., Олимпиев В.В., Байгалиев Б.Е. Теплогидравлический расчет и проектирование оборудования с интенсифицированным теплообменом //Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та. 2004. 432с.

26. Леонтьев А.И., Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Попов И.А. Эффективные интенсификаторы теплоотдачи для ламинарных (турбулентных) потоков в каналах энергоустановок //ИАН. Энергетика. 2005. №1. С.75-91.

27. Назмеев Ю.Г., Николаев Н.А. Оценка эффективности завихрителей потока, интенсифицирующих процесс теплообмена //ИФЖ. Т. 36. №4. 1979. С.653-657.

28. Дрейцер Г.А. Методика оценки эффективности интенсификации теплообмена в теплообменных аппаратах //Известия вузов. Машиностроение. №5-6. 1999. С.67-72.

29. Дубровский Е.В., Васильев В.Я. Метод относительного сравнения теплогидравлической эффективности интенсификации процесса теплообмена в каналах теплообменных поверхностей //Теплоэнергетика. №6. 2002. С. 60-63.

30. Дубровский Е.В., Васильев В.Я. Метод относительного сравнения теплогидравлической эффективности теплообменных поверхностей и теплообменников //Теплоэнергетика. №5. 2002. С. 47-53.

31. Калафати Д.Д., Попалов В.В. Оптимизация теплообменников АО эффективности теплообмена //Москва. Энергоатомиздат. 1986. 150с.

32. Калафати Д.Д., Попалов В.В. Сравнение эффективности теплоотдачи при течении газов в гладких и шероховатых каналах //ТЭ. №5. 1977. С.70-73.

33. Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева//Издательство «энергия». Москва. 966. Ленинград, 182с.

34. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена //Издание 4-е дополненное. Издательство "Наука". Сибирское отд. Новосибирск, 1970. 660с.

35. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя М.: Наука. 1969. 742с.

36. Мигай В.К. О предельной интенсификации теплообмена в трубах за счет турбулизации потока//ИАН. Энергетика и транспорт. 1990. №1. С.169-172.

37. Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Попов И.А. Эффективность промышленно перспективных интенсификаторов теплоотдачи.(обзор. Анализ. Рекомендации.) // Известия Академии Наук. Энергетика. №3. 2002. С. 102-118.

38. Дрейцер Г.А., Лобанов И.Е. Исследование предельной интенсификации теплообмена в трубах за счет искусственной турбулизации потока //Теплофизика высоких температур. 2002. Т.40. №6. С.958-963.

39. Мигай В.К. Моделирование теплообменного оборудования //Л: Энергоатомиздат. Ленинград отделение. 1987-264 е.: ил.

40. Новожилов И.Ф., Мигай В.К. Интенсификация конвективного теплообмена внутри труб путем применения искусственной шероховатости //Теплоэнергетика. №9. 1964. С.60-63.

41. Мигай В.К. Интенсификация конвективного теплообмена в трубах спиральными закручивателями //Теплоэнергетика. №11. 1968. С.31-33.

42. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи //Изд. 2-е, стереотип. М . «Энергия». 1977. 344с.

43. Петухов Б.С. Гении Л.Г. Ковалев С.А. Теплообмен в ядерных энергетических установках под.ред. Б.С.Петухова //Учебное пособие для вузов М. Атом издат. 1974. 408 с.

44. Исаченко В.П., Осипова В.А. Сукомел А.С. Теплопередача //Учебник для вузов. М.: Энергоиздат. 1981. 416с.

45. Назмеев Ю.Г., Николаев Н.А. Обобщение опытных данных по теплопередаче в трубах с ленточными завихрителями //Теплоэнергетика. №3. 1980. С.51-53.

46. Жукаускас А. А. Интенсификация конвективного теплообмена искусственной шероховатостью //Теплоэнергетика. №3. 1984. С. 10-14.

47. Бродов Ю.М. Эффективность применения профильных витых труб в теплообменных аппаратах турбоустановок //ТЭ. №12. 1982. С.36-40.

48. Бродов Ю.М. Экспериментальное исследование гидравлики и теплообмена при конденсации водяного пара на наклонных трубах //Дисс. на соис. уч. ст. к.т.н. 1962. 160с.

49. Чижевская Е.М., Бродов Ю.М., Савельев Р.З., Мень П.Г. Теплоотдачи при течении однофазного теплоносителя в профильных витых трубах //Известия вузов. Энергетика. №5. 1984. С. 109-112.

50. Назмеев Ю.Г. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков реологически сложных жидкостей-М.: Энергоатом издат. 1996-304с.

51. Щукин В.К., Халатов А.А. Теплообмен, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в осесимметричных каналах//М. Машиностр. 1982. 200с.

52. Материалы докладов Российского национального симпозиума по энергетике РНСЭ. Казань. 10-14 сентября 2001.,Т. 1. С.57-67., С.409-412.

53. Закиров С.Г., Каримов К.Ф., Сатаров Т.Х. применение двухмерной шероховатости для увеличения теплоотдачи вязкой среды //тр. II Росс.конф. по теплообмену. Т.6. Интенсификация теплообмена. М.: МЭИ.С.114-116.

54. Олимпиев В.В. Ламинарно-турбулентный переход в каналах теплообменников с выступами интенсификаторами теплообмена //Казанский энергетический институт. Теплоэнергетика. №7. 2001. С. 52-56.

55. Щукин В.К., Ковальногов А.Ф., Галзобеев В.И. Экспериментальное исследование влияния местной закрутки потока на тепловую эффективность поверхности трубы //ИФЖ. Т. XXIII. №1. 1972. С. 10-14.

56. Олимпиев В.В. Интенсификация конвективного теплообмена путем применения дискретной шероховатости //Казан, филиал МЭИ. Сборник научных трудов №201. М.: Москва. 1989. С.5-11.

57. Дрейцер Г.А. Эффективность использования закрутки потока для интенсификации теплообмена в трубчатых теплообменных аппаратах //Теплоэнергетика. №11. 1997г. С. 61-65.

58. Чоу. Экспериментальное Исследование интенсификации теплоотдачи при вынужденных конвекции в цилиндрической трубе с помощью спиральных пружинных вставок//Теплопередача. 1988. №1. С. 13.

59. Рзаев А.И., Филатов Л.Л., Циклаури Г.В., Кабанова Е.Б. Влияние геометрии интенсификатора спиральных канавок на конвективную теплоотдачу в трубах//Теплоэнергетика. №2. 1992. С. 53-55.

60. Рзаев А.И., Филатов Л.Л. Теплоотдача и гидравлическое сопротивление при течении воды в трубах со спиральными канавками //ТЭ. №1. 1986. С. 44-46.

61. Назмеев Ю.Г., Конахин A.M., Кумиров Б.А., Шинкевич О.П. Экспериментальное исследование теплообмена при ламинарном течении в трубах с использованием проволочных спиральных вставок //ТЭ. №11. 1994. С. 53-56.

62. Ройзен Л.И., Дулькин И.Н. Тепловой расчет оребренных поверхностей, под.ред. В.Г.Фастовского М. Энергия. 1977. 256с.

63. Сабуров Э.Н., Леухин Ю.Л., Осташев С.И. Интенсификация теплоотдачи кольцевых каналах с закрученным течением теплоносителя //РНКТ-2. Т. 6. Москва, 1998. С. 196-198.

64. Ермолин В.К. Интенсификация конвективного теплообмена в трубе в условиях закрученного потока с постоянным по длине шагом //ИФЖ. Т.З. 1960. №11. С. 53-57.

65. Вилемас Ю., Чесна Б., Сурвила В. Теплоотдача в газо-охлаждаемых кольцевых каналах, под.ред. А.Жукаускаса //Изд. Мокслас, Вильнюс. 1977. 253с.

66. Воронин Г.И., Дубровский Е.В. Эффективные теплообменники //Машиностроение. Москва, 1973. 96с.

67. Бон Ж.Б., Хоффман М.А., Такахаси Р.К., Ли Д. Теплоотдача за резким расширением при переходных числах Рейнольдса //Теплопередача. 1987. №1. С. 37-43.

68. Конахин A.M., Кумиров Б.А. Экспериментальное исследование теплообмена и гидродинамики при неизотермическом течении воды в каналах с кольцевыми выступами //Казан, филиал МЭИ. Сб. науч. трудов №201. М.: Москва, 1989. С.40-45.

69. Калафати Д.Д., Попалов В.В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена // М.Энергоатомиздат. 1986. 152с.

70. Светлов Ю.В. Интенсификация гидродинамических и тепловых процессов в аппаратах с турбулизаторами потока //Теория, эксперимент, методы расчета. М.: Энергоатомиздат. 2003. — 304с.

71. Лельчук В.Л., Никитон Ю.М., Пупков Е.И., Смирнов В.П., Шуйская К.Ф., Брагина О.Н., Огин Е.Д., Покровский Ю.Ю.и др. Интенсификация конвективного теплообмена //Теплоэнергетика. №2. 1980. С.57-60.

72. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели //Главная редакция физико-химической литературы издательства «Наука». М. 1973. 416с., с илл.

73. Марушкин В.М., Васильев В.Н., Марушкина Г.Е., Розенбаум И.А. Обобщение результатов исследований теплогидравлических характеристик профильных накатанных труб //Теплоэнергетика. №7. 1990. С.50-54.

74. Селиверстов В.М., Бажан П.И., Коневец Г.Е. Справочник по теплообменным аппаратам //Москва, машиностроение. 1989.

75. Олимпиев В.В., Якимов Н.Д. Расчет теплообмена и трения в канавках, поперечных к турбулентному потоку //Теплоэнергетика. №3. 2002. С.28-32.

76. Пучков П.И., Виноградов О.С. Исследование теплоотдачи и гидравлических сопротивлений кольцевых каналов с теплоотдающей внутренней поверхностью//Теплоэнергетика. №10. 1964. С.62-65.

77. Боголюбов Ю.Н., Лифшиц М.А., Григорьев Г.В., Назаров В.В. Результаты исследования и промышленного внедрения винтообразного профилированных труб //Теплоэнергетика. №7. 1981. С. 48-50.

78. Кирпиков В.И., Цирельман Н.М. Теплообмен и гидравлическое сопротивление при турбулентном течении газа в поле пространственного градиента давления // ИзвВУЗов. Энергетика. 1970. №9. С.100-104.

79. Мигай В.К., Быстров П.Г. Интенсификация теплообмена в волнистых трубах //Теплоэнергетика. №11. С.74-76.

80. Смитберг Е., Лэндис Ф. Трение и характеристики теплообмена при вынужденной конвекции в трубах с завихрителями из скрученной ленты //Теплопередача. №1. 1964. С.52-65.

81. Koch R. Druckverlust und Warmeubergang bei verwirbelter Stromung. VDI Forschungsheft 469. Band 24. 1958.

82. Ковалыюгов А.Ф., Щукин B.K. Экспериментальное исследование теплоотдачи в трубах при местной закрутке потока шнековыми завихрителями //Теплоэнергетика. №6. 1968. С.81-84.

83. Будов В.М., Замятин С.А., Хряпченков А.С. Экспериментальное исследование локальных интенсификаторов теплоотдачи //Известия вузов. Энергетика. №1. 1981. С. 120-122.

84. Лэндис Ф. Торсен Р. Трение и характеристики теплообмена в турбулентном закрученном потоке при наличии больших поперечных градиентов температуры //Теплопередача. 1968. №1. С. 91-103.

85. Клачак А. Теплопередача в трубах с проволочными и ленточными турбулизаторами//Теплопередача. 1973. №4. С. 134-136.

86. Гембилл В.Р. Теплоотдача при кипении и кризис кипения в завихренном потоке нагретой жидкости в трубах с электрическиобогреваемыми завихрителями из скрученных лент при нулевом потоке на стенке трубах //Теплопередача. 1965. №3. С.25-30.

87. Кириллов А.И., Рис В.В., Смирнов Е.М. Численное моделирование турбулентного течения теплообмена в трубе с ленточным завихрителем //РНКТ-2 по теплообмену. Т.6. Москва, 1998. С. 132-136.

88. Ибрагимов М.Х., Номофилов Е.В., Субботин В.И. Теплоотдача и гидравлическое сопротивление при винтовом движении жидкости в трубе //Теплоэнергетика. №7. 1961. С. 57-60.

89. Ковальногов А.Ф., Щукин В.К. Теплообмен и гидравлическое сопротивление в трубах с лопаточными завихрителями //ИФЖ. Т. XIV. №2. 1968. С. 239-247.

90. Антипин М.К., Тарасевич С.Э., Филин В. А., Щукин В.К. Гидравлическое сопротивление коротких каналов с непрерывной закруткой потока //Вторая российская национальная конференция по теплообмену. Т.5. Москва, 1998. С.47-50.

91. Мастинский И.Л., Гешеле В.Д., Горяпов Д.А., Раскатов И.П. Критические тепловые потоки и теплоотдаче в закритической области от поверхности, покрытой лунками //Теплоэнергетика. №10. 2003. С. 49-53.

92. Дрейцер Г.А. Критический анализ современных достижений в области интенсификации теплообмена в каналах//РНКТ-2. Т. 6. Москва, 1998. С.91-98.

93. Соколов А.В., Васанова JI.K. Эффективная поверхность теплообмена для трубчатых воздухоподогревателей паровых котлов //РН Симпозиум по энергетике КГЭУ. Казань. Россия. 10-14 сентября 2001. С. 165-168.

94. Наумейко А.В. Оптимизация конструкции и режимов работы газовоздушных теплогенераторов и жаротрубно-дымогарных водогрейных котлов //Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. Екатеринбург, 2002. 160с.

95. Левин Е.С., Митенков В.Б., Воробьев Ю.П., Зозуля Н.В. Интенсификация теплопередачи в горизонтальных профильных трубах с диаф-рагменной накаткой//Труды ЦКТИ. Выпуск 180. Ленинград, 1980. С. 96-102.

96. Теплообмен и гидродинамика в закрученных потоках //Тезисы докл. второй росс. конф. Москва. Изд-во МЭИ. 15-17 марта 2005. 220с.

97. Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин, -Л.: Наука. 1985.- 122с.

98. Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов //Изд.во «Мир». Москва, 1977. -552с.

99. Вячеслав Дюк. Обработка данных на ПК в примерах -СПб: Питер, 1997.-240с.: ил.115. под.ред. Емесеевой И.И. Практикум по эконометрике //Москва. «Финансы и статистики». 2002. -192с.: ил.

100. Михайленко A.M., Бондин А.Р. Обработка опытных данных. Статические гипотезы и выводы //Учебное пособие. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2003. 90с.

101. Макарова Н.В., Трофимец В.Я. Статистика в Excel. Москва, «Финансы и статистика» 2002.-386с.: ил.

102. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента //Издательство «Металлургия». Москва. 1969. 155с.

103. Каримов Р.Н. Обработка экспериментальной информации //4.2 Регрессионный анализ: Учебное пособие из-во второе, перераб. и доп. Саратов: Сарат. гос.техн. ун-т. 2002. - 116с.

104. Ашмарин И.П., Васильев Н.Н., Амбросов В.А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов. Л., Изд-во Ленинград, ун-та, 1974. С.1-76.

105. Останин А.Н., Тюленев В.П., Романов А.В., Петровский А.А. Применение математических методов и ЭВМ. Планирование и обработка результатов эксперимента. Мн.: Выш. шк. 1989.-218с.:ил.

106. Г.Ж. Кидд мл. Теплоотдача к газовому потоку и падение давления в спирально- волнистых трубах //Теплопередача. 1970. №3. С. 205-211.

107. Мухин В.А, Сукомел А.С., Величко В.И. Экспериментальное исследование теплообмена при течении газа в круглой трубе со сверхзвуковой скоростью при больших температурных напорах //ИФЖ. Т. V. №11. 1962. С.3-7.

108. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов "Металлургия". 1974. 264с.

109. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Изд-во «Наука». 1976. 280с.

110. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента, под ред. Налимова В.В. Издательство «Мир». Москва. 1967. 406с.

111. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Метод планирования эксперимента под.ред. Э.К.Лецкого, Е.В.Марковой пер. с англ. -М: Мир. 1981. -520с. ил.

112. Дэниел К. перевод с английского под ред. Лецкого Э.К. Применение статистики в промышленном эксперименте. Изд.во «Мир. Москва, 1979. 299с.

113. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. Изд.во «Наука». Москва. 1965. 340с. с илл.

114. Делягин Г.Н., Канторович Б.В. О горении и теплообмене распыленного жидкого топлива в завихренном потоке воздуха//ИФЖ. Т. 1. №3. 1958.

115. Трембовля В. И. и др. Теплотехнические испытания котельных установок. М. Изд. «Энергия». 1977.

116. Гортышов Ю.А., Олимпиев В.В., Попов И.А., Алексеева О.В. Сравнительный анализ эффективности интенсификаторов теплоотдачи //РНКТ-3. Т.6. Москва, 2002. С. 75-78.

117. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами. РД50-213-80.

118. Идельчик И.Е. Повышение эффективности коротких диффузоров с помощью разделительных стенок //Теплоэнергетика. №8. 1958. С.21-24.

119. Баскаков А.П., Гуревич М.И., Решетин Н.И., Шалаев Н.Б. Общая теплотехника //Гос. энергоиздательство. Москва. 1963. Ленинград. 392с. с черт.

120. Шорин С.Н. Теплопередача //Издательство высшая школа. Москва, 1964. 390с.

121. Дрейцер Г.А., Дзюбенко Б.В., Якименко Р.И. Интенсификация теплообмена и анализ методов сравнения теплогидравлической эффекты теплопередающих поверхностей //РНКТ-2. Т.6. Москва. 1998. С.91-102.

122. Основные положения диссертации опубликованы в работах:

123. Газогенераторные технологии путь к эффективной энергетике /А.Ф.Рыжков, В.В.Костюнин, Р.В.Валуев, В.Е.Силин, В.Ю.Балдин, Ж.Лувсандорж //Инженер. 2001. № 9. С. 9-10.

124. О применении газогенераторных установок для сжигания местных топлив/ А.Ф.Рыжков, Я.М.Щелоков, В.В.Костюнин, В.Е.Силин, Ж.Лувсандорж //Российский национальный симпозиум по энергетике: материалы докладов РНСЭ, T.I. Казань: КГЭУ, 2001. С. 43-46.

125. Жаргалхуу Л. Газогенераторный отопительный котел ГГОК-70 / Л.Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков //Науч. тр. I отчет, конф. мол. уч. ГОУ УГТУ-УПИ: сб. тез. Ч. I. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. С. 186-188.

126. Современные способы использования местных топливных ресурсов /А.Ф.Рыжков, В.Е.Силин, В.В.Костюнин, Ж.Лувсандорж //Первая всероссийская школа-семинар молодых ученых и специалистов. «Энергосбережение-теория и практика». М., 2002. С. 185-190.

127. Жаргалхуу Л. Потенциал местных ТЭР Монголии и современные технологии их использования / Л.Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков //Научные тр. II отчет, конф. молодых ученых ГОУ УГТУ-УПИ: сб. тез. Ч. II. Екатеринбург, 2002. С.168-169.

128. Жаргалхуу Л. Возможность использования биомассы в газогенераторной установке в условиях Монголии /Л.Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков

129. Безопасность биосферы 2001/02»: материалы пятого всероссийского молодежного научного симпозиума, 4-6 мая 2002 года. Екатеринбург, С. 17.

130. Газогенераторные технологии перспективное направление энергетического использования биотоплива /Н.И.Данилов, А.Ф.Рыжков,

131. A.В.Наумейко, В.Ю.Балдин, В.В.Костюнин, В.Е.Силин, Ж.Лувсандорж, Я.М.Щелоков // Первая в Украине международная конференция « Энергия из биомассы». 23-26 сентября 2002. г.Киев, С. 124-125.

132. Жаргалхуу Л. Возможность интенсификации теплообмена в газогенераторных отопительных котлах /Л.Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков //Научные тр. III отчет, конф. молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: сб. тез. Ч. I. Екатеринбург, 2002. С. 195-196.

133. Разработка газогенераторных установок для энергетического использования биотоплив /А.В.Попов, В.Е.Силин, Ж.Лувсандорж,

134. B.В.Костюнин, А.Ф.Рыжков //Студент и научно-технический прогресс: сборник тезисов докладов студенческой научной конференции. Екатеринбург, 2003.1. C.157-159.

135. Жаргалхуу Л. Организация перемешивания газов в канале при малых числах Рейнольдса / Л.Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков //Вестник УГТУ-УПИ №3(33). Екатеринбург, 2004. С.236-239.

136. Жаргалхуу Л. Возможность решения экологических проблем использования местных топлив в условиях Монголии /Л.Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков //Материалы всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов». 2004. С.226-227.

137. Жаргалхуу Л. Потенциал местных ТЭР Монголии и их энергетическое использование /Л.Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков //Вестник УГТУ-УПИ №15(45) «На передовых рубежах науки и инженерного творчества». Екатеринбург, 2004. Ч. 2. С.76-79.

138. Силин В.Е. Газогенераторные отопительные котлы, состояние и перспективы /В.Е.Силин, Л.Жаргалхуу, А.Ф.Рыжков //Материалы V всероссийского совещания- выставки по энергосбережению, 5-9 апреля 2004. Екатеринбург, 2004. С.122-124.

139. Опыт создания малых газогенераторных отопительных котлов /А.В.Попов, И.В.Рыжков, Ж.Лувсандорж, В.В. Костюнин, А.Ф.Рыжков //Материалы V всероссийского совещания-выставки по энергосбережению, 5-9 апреля 2004. Екатеринбург, С. 124-125.

140. Жаргалхуу JI. Газоводяной теплогенератор с интенсификацией теплообмена /Л.Жаргалхуу, Л.Бор, Л.Ф.Рыжков //Сборник материалов VI всероссийского совещания-выставки по энергосбережению, 21-25 марта 2005. Екатеринбург, С. 124-125.

141. Jargalkhuu L. Efficient heat generating plants for Mongolia /L.Jargalkhuu, A.F.Ryjkov, A.B.Kharchev //The Proceedings of the International Scientific Conference on POWER INDUSTRY AND MARKET ECONOMY. May 04-07. 2005. Ulaanbaatar, Mongolia. P.330-332.