Теплоэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Статья научная
The article presents an experimental investigation, performed to evaluate the hydrodynamics and heat transfer characteristics in tandem arranged heated rows packed inside cylindrical channel, which use air as well as air/water mist flows as operational medium. The average surface temperature has been recorded under various air main flow, water mist rate, surface heat flux and constant pitch ratio (y/d = constant). The heat transfer rate was found to increase with the water mist rate and decrease with the surface temperature. Heat transfer rate was enhanced over that for the single-phase air flow as a result of water mist evaporation and direct heat conduction by the water film generated on the heated surfaces. Overall, the heat transfer coefficient was enhanced by about 140%, 42%, and 10% respectively for the upper, middle and lower heated rows by suspending (111.68 kg m-2 hr-1) water mist rate. The frictional resistance for air/water mist flow is found to exceed that in the single-phase air flow. Compared to each water mist rate over the investigated range, the percentage enhancement in the overall heat transfer performance factor of around 116%, 35%, and 10% respectively for all the heated rows under the highest water mist rate. New experimental results obtained can be used in the development of heat exchanger modules design processes.
Бесплатно
Single-channel system of automatic control of the mode of burning in the boiler furnace
Статья научная
It is shown that multiple-bumer boilers of type «ПТВМ» are the most difficult installations for construction of automatic control systems of a regime of burning (ACS-BURNING). The basic arrangements providing burning of gas in a boiler furnace are observed. Distinctive features are possibility of regulating of a regime of burning quantity and a combination of simultaneously powered burners and absence of possibility of regulating of quantity of air and gas. Thus, as a rule, regulating is carried out manually by change of pressure of gas before burners according to a regime map which is made by an experimentally-settlement way. The estimation of possibilities of automatic control of quality of burning is given. Construction an ACS-BURNING on a regime map with compensation use under the oxygen contents in leaving gases is proved. The ACS-BURNING and principles of feed control of gas are observed the block diagramme developed double-circuit single-channel. It is shown that self-operated control of the contents of oxygen in smoke gases is inexpedient. The system definition of pressure control of gas with an internal loop of regulating of an angle of opening of the valve is given. The expediency of restrictions of pressure control of gas and compensation on oxygen, and also an interdiction for compensation are proved at an obvious deflection from a normal regime. Experimental dependences of a gas rate and multiple-bumer boiler efficiency are presented at pressure deflections. The estimation of potential economy of gas is given. Transition from regulating on a regime map to automatic control with use of the electric drive of blow fans is recommended.
Бесплатно
The systemically structured adaptation of a heat transfer in boilers
Статья научная
The article provides a model of heat exchanging processes and burning in the boiler aggregates generated with methods of systems analysis and adapted for the five-step scheme of processes. Conditions of division of all factors and parameters into input, output and control ones for each stage are formulated; communications and boundaries between local systems are defined. The solved task is a stage at mode and design optimization of boiler aggregates under stationary conditions, generally, at average industrial thermal power plants, but it may be applied to boiler aggregates of other types and parameters.
Бесплатно
Автоматизированный контроль и анализ теплового режима здания химического факультета ЮУрГУ
Статья научная
Описывается разработанная система контроля теплового режима здания химического факультета ЮУрГУ. Анализируются особенности процесса теплоснабжения и качество регулирования температурного режима. Предлагается способ адаптации графика погодного регулирования к реальным характеристикам здания и его системы отопления.
Бесплатно
Адаптация дифференциального уравнения энергии к условиям топочных процессов в котельных агрегатах
Статья научная
Предложена форма дифференциального уравнения энергии для потока среды в топке котельного агрегата с учетом значимых для данного случая механизмов переноса теплоты: конвекции, излучения, теплопроводности и объемных тепловыделений. Коэффициенты переноса теплоты в уравнении энергии адаптированы к реальным условиям процесса; раскрыт их физический смысл и пределы варьирования, определены числа подобия и интервалы их влияния на пространственное температурное поле топки, режимы течения и теплообмен топочной среды. Показано, что при наблюдаемых на практике значениях оптической плотности среды в топках 2,8-3,6 в математическом описании вектора плотности потока излучения возможен переход от сферической зависимости к градиентной форме. Также градиентная форма описания рекомендована для конвективно-кондуктивного механизма образования температурных молей в топке. Определены участки перехода к турбулентному режиму в пристенном пограничном слое, масштаб турбулентных полей при этом достигает 0,3 м. Уточнено влияние температуры потока среды на ее теплофизические свойства.
Бесплатно
Адаптация математической модели обобщенного теплообмена в топках
Статья научная
Рассмотрение схемы потоков продуктов сгорания в топках и проточных камерах сгорания в рамках парадигмы теплообмена позволило определить соотношение обобщенных механизмов теплопереноса - конвективного и радиационного. Реализован переход от равномерного распределения скорости потока газов к неравномерному распределению в топках с ограждением, имеющим особенности геометрии. Это дало возможность учесть применение газов рециркуляции, двухсветных экранов, изменение формы и величины поперечного сечения топки, установку в топке ширмовых поверхностей. Рассмотрены условия корректности математической модели, при этом получены собственные числа краевой задачи в условиях несимметричного температурного поля и функция изменения температуры газов по высоте топки. Сравнительный анализ характера изменения температуры газов по высоте по предложенной модели с расчетом для парового котла производительностью 950 т/ч по нормативному методу показал удовлетворительное согласование расчетных данных с погрешностью +4,87 %.
Бесплатно
Адаптация степени черноты продуктов сгорания топлив к интервалу температур 1000...2000 К
Статья научная
Точность расчетов теплообмена излучением от потока высокотемпературного газа, полученного при сжигании природных топлив, в значительной степени зависит от точности и представительности данных о теплофизических свойствах газов и величине радиационного теплового потока. На основе надежных экспериментальных данных разработаны зависимости, позволяющие производить расчеты степени черноты продуктов сгорания. Определена точность расчетного приближения экспериментальных данных в функции двух факторов - оптической плотности газа и его температуры. По уточненным экспериментальным данным проведена адаптация параметров в зависимости для расчета коэффициента ослабления и числа Бугера. Рассмотрен диапазон применения полученных результатов для зоны интенсивного горения и основного объема топки котельного агрегата, что дает возможность определить граничные условия для этих участков котельного агрегата. Для зоны интенсивного горения применима разработанная ранее математическая модель с трехкомпонентной схемой, позволяющая разделить влияние факельного континуума и топочных газов. Теплообмен в основном объеме топки описывается в рамках парадигмы теплообмена, которая позволяет учесть конфигурацию топки и эффективность теплоотдачи на экранные поверхности.
Бесплатно
Алгоритм управления многозонным индукционным нагревом от источника с ограниченной мощностью
Краткое сообщение
Приведены результаты разработки алгоритма управления статическим источником электронагрева с ограниченной выходной мощностью. Проведенный анализ позволил оптимизировать нагрев нескольких зон в установке индукционного нагрева для эпитаксиальной технологии.
Бесплатно
Величина пробного давления при проведении ежегодных гидравлических испытаний тепловых сетей
Статья научная
В данной работе в сжатом виде приведена информация, которая может помочь сформулировать современные представления о выборе величины испытательного давления, а также хронологический порядок их становления. Источники, включенные в настоящий обзор, представляют собой традиционные печатные и электронные материалы российских и зарубежных научных журналов. Все авторы рассматривают повреждения коррозионной природы, а также используют связь давления с диаметром трубопровода. Почти все авторы принимают во внимание, что на выбор величины должны влиять как марка стали, так и геометрические характеристики трубопровода и прочностные характеристики сварной конструкции. Однако связь в виде прямо- и обратно пропорциональных зависимостей не соответствует современным представлениям о механизме разрушения металлического трубопровода. Выявлено, что положение, согласно которому разрушение стенки трубы при гидравлическом испытании происходит, когда напряжение в стенке достигает временного сопротивления разрыву, является чрезвычайно упрощенным. Приведена методика определения максимального давления опрессовки с учетом толщины стенки в рассматриваемый момент, скорости коррозии, величины диаметра и марки стали трубопровода. Имеется запатентованная методика, ее недостатками является сложность и отсутствие программной реализации. Кроме того, нет даже потенциальной возможности интеграции с современными программными расчетными комплексами. Рассмотрена статья, где давление определяется с учетом условий предельного нагружения и коррозионного износа сильфонных компенсаторов, секторных колен и других элементов. Одна из работ вводит понятие адекватной величины пробного давления и подробно показывает связь процесса разрушения металлической стенки и допустимых нагрузок. Предложена визуализация соотношения между глубиной и протяженностью повреждения. При выборе давления не учитываются вопросы потребления тепла и расположения тепловой сети относительно существующих построек. Работы не являются актуальными на международном уровне, где на первый план выходит концепт систем централизованного теплоснабжения четвертого поколения.
Бесплатно
Вихревая неустойчивость в реагирующем потоке в тангенциальном горелочном устройстве
Статья научная
Приведен анализ осредненных распределений скорости, измеренных с помощью лазерно-допплеровского анемометра, на выходе из тангенциального горелочного устройства в реагирующем потоке при различных расходах пропан-воздушной смеси (коэффициент стехиометрии, φ = 0,4). Показано, что частота прецессирующего вихревого ядра в реагирующем потоке не является линейной функцией расхода смеси, как в случае изотермических условий. Предложены возможные причины влияния на частоту прецессии вихря условий реагирующего потока - увеличение размера вихревого ядра за счет заполнения продуктами реакции.
Бесплатно
Влияние балласта на эффективность теплообмена в зоне интенсивного горения котельных агрегатов
Статья научная
На основе рассмотрения системы подготовки и подачи компонентов горения с учетом особенностей процессов сжигания в топках котельных агрегатов определены требования к характеристикам топливного потока и его составу. На различных стадиях подготовки в топливный поток подаются или проникают избыточный воздух и водяной балласт, что отражается на характеристиках процесса горения и теплообмена в агрегате. Роль балласта рассмотрена в две стадии - вначале определено влияние избыточного воздуха на поток с радиационными свойствами продуктов сгорания твердого топлива трех составов. Затем определено комплексное влияние избыточного воздуха и дополнительной воды на поток собственного излучения при сжигании каменного угля, сернистого мазута, природного и промышленного газов. Для оценок использованы фундаментальные соотношения законов сохранения, а также нормативные данные по характеристикам и свойствам рассмотренных топлив. В результате анализа определен комплексный показатель снижения температуры газов, названный коэффициентом тепловой депрессии. С учетом коэффициента депрессии рассчитаны потоки собственного излучения для четырех типов модельного топлива и обсуждены варианты применения полученных результатов.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается процесс газификации угольной пыли в потоке дутья с высоким содержанием кислорода (типа Shell). Для повышения выхода горючих компонентов обычно используют добавление водяного пара. В настоящей работе с помощью математической модели в одномерном стационарном приближении исследуется изменение характеристик процесса при добавлении к кислородному дутью диоксида углерода и смеси диоксида углерода и водяного пара. Для всех рассмотренных вариантов оценивается эффективность термохимической конверсии (химический к.п.д.), содержание горючих газов и полнота конверсии углерода топлива. Расчеты показывают, что добавление диоксида углерода позволяет снизить удельные затраты кислорода на газификацию и повысить полноту конверсии топлива. Изменение соотношения водяного пар и диоксида углерода позволяет управлять составом газа (хотя и в довольно узком диапазоне) и температурой сырого генераторного газа на выходе из реакционной зоны.
Бесплатно
Влияние жидких горючих компонент на вязкость водоугольного топлива
Статья научная
Выполнены экспериментальные исследования вязкости водоугольных топлив, а также суспензий с добавлением небольшого количества различных жидких горючих компонент (изопропиловый спирт, жидкие отходы переработки резинотехнических изделий, отработанное моторное масло). Полученные результаты показывают, что введение в состав суспензии жидкой горючей компоненты приводит к росту вязкости топлива, так как вязкость рассматриваемых жидких горючих компонент выше вязкости воды. Установлено, что вязкость суспензионного топлива на основе углей марки 3Б, Д и Т увеличивается с ростом концентрации жидкой горючей компоненты ввиду того, что происходит замещение менее вязкой воды более вязким веществом. Определено, что из трех исследуемых марок углей суспензионное топливо на основе угля марки 3Б обладает наибольшей вязкостью, а суспензионное топливо на основе угля марки Т - наименьшей. Установлено, что водоугольные топлива с добавлением небольшого количества различных жидких горючих компонент могут применяться для сжигания в топках котельных агрегатов, так как их вязкость и текучесть остаются в допустимых пределах.
Бесплатно
Статья научная
Газификация обычно рассматривается как типичный представитель чистых угольных технологий из-за низких удельных выбросов при небольших затратах на очистку. Возможность сочетания энергетического и химического производств (в первую очередь синтеза жидких углеводородов и оксигенатов, водорода) на базе одного термохимического процесса открывает перспективы создания экологичных многоцелевых установок с запасанием и экспортом химической энергии. Эффективные процессы газификации требуют достижения высоких температур, которое может быть обеспечено разными способами (уменьшение доли балласта, предварительный подогрев). В работе с помощью математического моделирования в разных физических постановках (равновесной и диффузионно-кинетической) проводится анализ режимов работы высокотемпературного ступенчатого газогенератора в широком диапазоне условий. В результате расчетов определены основные характеристики процесса газификации (характерные температуры, состав генераторного газа) и их зависимость от управляющих параметров (удельный расход дутьевого пара; начальная температура воздуха; распределение топлива по ступеням; концентрация кислорода в дутье). С учетом кинетических и технологических ограничений выделяются эффективные режимы газификации, использование которых целесообразно для перспективных энергоустановок.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты экспериментального исследования влияния турбины турбокомпрессора на тепломеханические характеристики потока в процессе выпуска. Опыты проводились на натурных моделях одноцилиндрового ДВС. Описаны установки и методика проведения экспериментов. Представлен анализ зависимостей изменения мгновенной скорости и давления потока, а также локального коэффициента теплоотдачи в выпускном канале двигателя от угла поворота коленчатого вала. Данные получены для двигателя с турбокомпрессором и без него. Показано, что размещение турбины турбокомпрессора в газовоздушном тракте поршневого ДВС значительно влияет на газодинамические и теплообменные характеристики процесса выпуска. Установка турбокомпрессора вызывает перестройку структуры и режима течения в выпускном канале.
Бесплатно
Статья научная
В России и мире население концентрируется в основном в городах. Процесс урбанизации в пределе будет завершен после переселения последнего человека в город. В настоящее время происходит рост числа и численности городов. Последнее требует от города и его систем соответствующего развития, направленного на обеспечение потребностей человека и общества в том числе энергией различного вида. Поиск оптимального развития городской энергосистемы в условиях централизованного тепло- и электроснабжения является актуальной задачей для российских городов, ввиду коренных изменений в структуре энергопотребления, старения оборудования, изменения климата и др. Городская энергосистема - это совокупность генерирующих объектов, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режимов в непрерывном процессе производства, преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом. Городская энергосистема тесно связана с инфраструктурными, культурными, градостроительными, социально-экономическими и экологическими аспектами жизни города, которые имеют определенное влияние на нее. Задача прогнозирования устойчивого развития системы городского теплоснабжения состоит в определении и обобщении ключевых доминирующих факторов, определяющих устойчивое развитие городской системы теплоснабжения.
Бесплатно
Гомогенные факельные процессы в модели Бурке - Шумана с позиций теории вероятности
Статья научная
Для решения задачи определения температуры факела в рабочем пространстве теплотехнических агрегатов предложено рассчитывать изменение адиабатической энтальпии методами теории вероятностей (ТВ). Показано, что нормальная функция распределения топливных элементов позволяет получить интегральную функцию распределения энтальпии и адиабатической температуры по длине факела. Задача решена относительно гомогенного диффузионного газообразного факела при различных числах диффузионной массивности и гомохронности и ламинарном режиме движения компонентов горения. Для обобщения решения на каналы канонических форм предложены соответствующие зависимости; определены рамки изменения массообменного числа Био и сходимость суммы ряда при регуляризации решений уравнения поверхности горения по методике Бурке - Шумана. Предложено объяснение S-образной формы температурной кривой, наблюдаемой при сжигании практически всех топлив в установках различных типов и связь ее с интегральной функцией распределения топливных объемов.
Бесплатно
Статья научная
Проблема эффективного электроснабжения не решена в полном объеме до сих пор. Одним из путей решения данной проблемы является разработка микротепловой электростанции, способной функционировать практически на любом топливе. Использование собственного источника энергии позволит снизить затраты на ее производство. Существенно повышаются показатели надежности электроснабжения и обеспечивается ее бесперебойная поставка потребителю. Предложенная нами электростанция приводится в действия тепловым двигателем с внешним подводом теплоты. Целью является создание альтернативного когенерационного источника энергии для удаленных потребителей сельской местности, способного работать практически на любом виде топлива или отходах, подверженных горению. Это позволит сельскому жителю на месте без оплаты транспортных потерь электроэнергии, производить электрическую и тепловую энергию в комплексе. В статье приведены некоторые результаты компьютерного моделирования двигателя с внешним подводом тепла, который работает по принципу Стирлинга. Рассмотрены конструктивные особенности разрабатываемого двигателя.
Бесплатно
Изучение кинетики окисления сульфидного цинкового концентрата в печи кипящего слоя
Статья научная
С целью оптимизации работы печи кипящего слоя для обжига сульфидных цинковых концентратов, в частности, экономии кислорода на дутье, необходимо моделирование тепловых процессов. Для этого в лабораторных условиях изучена кинетика окисления шихты и основных ее компонентов - сфалерита и пирита. Проведенные на приборе синхронного термического анализа NETZSCH STA 449 F3 эксперименты показали, что реакции окисления сульфидов цинка и железа кислородом протекают во внутрикинетической области. При массе образца 10 мг толщина слоя реагирующего вещества меньше глубины проникновения кислорода в слой, поэтому можно использовать выражение для изменения массы одиночной частицы. Это позволило получить эмпирическую зависимость для определения константы скорости химического реагирования при обжиге цинкового концентрата для дальнейшего расчета газообразования в кипящем слое. Также получено распределение концентрации кислорода по высоте слоя шихты и рассчитано среднее значение действующей концентрации кислорода в зависимости от толщины слоя реагирующего вещества. Анализ газообразования в кипящем слое при обжиге цинкового концентрата с использованием полученных констант скоростей химического реагирования позволил получить выражение для определения удельного расхода обжигаемого цинкового концентрата в зависимости от концентрации кислорода в дутье.
Бесплатно
Исследование процесса избирательного нагрева зерна и насекомых в СВЧ-поле
Статья научная
Представлены результаты исследования избирательности нагрева СВЧ-полем за счет различной восприимчивости материала зерна и насекомых к диэлектрическому нагреву. Применение избирательности СВЧ-нагрева открывает перспективу по использованию электротехнологии в биотехнологиях, агропромышленным производстве, медицине и других отраслях народного хозяйства. На стыке наук открываются перспективные направления новых научных исследований с огромными возможностями применения в производстве. В ходе предварительных исследований была выявлена необходимость определения эффективности избирательного нагрева. Автором выявлено, что эффективность избирательного нагрева определяется диэлектрическими параметрами зерна и насекомых, что говорит о возможности такого нагрева, который будет губительным для клеток насекомых и безопасным для клеток зерна Наши работы проводятся по контракту «Разработка технологической линии получения высококлассных семян из неликвидного зернового материала», заключенного в рамках программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса», организованной Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Бесплатно
