Теплоэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Статья научная
Доменный газ является побочным продуктом выплавки чугуна. Сегодня на многих металлургических предприятиях России и Европы широко используются системы газоочистки доменного газа проекта люксембургской компании Paul Wurth. С точки зрения эффективности и затрат энергии на очистку колошникового газа в данных системах газоочисток очень важен процесс тепло- и массообмена в пре-скруббере. В данной работе представлены результаты расчета тепломассообмена в пре-скруббере при различных диаметрах капель диспергированной технической воды. В основе данного расчета лежит уравнение теплового баланса для капли распыленной технической воды, движущейся в потоке запыленного доменного газа. Для определения значения величин коэффициентов тепло- и массоотдачи используется аналогия процессов переноса тепловой энергии и массы.
Бесплатно
Исследование теплообмена в контактном аппарате с пленочными форсунками
Статья научная
Предложена модель теплообмена между потоком газа и свободной пленкой жидкости, вытекающей из кольцевой щели. Аналитически получены основные параметры процесса: локальные температуры, толщина пограничного слоя. Результаты аналитического расчета согласуются с экспериментальными данными.
Бесплатно
Статья научная
Выполнены комплексные экспериментальные исследования влияния изопропилового спирта в составе водоугольного топлива (ВУТ) на характеристики струи после распыления и время задержки зажигания капель суспензии. Распыление ВУТ с небольшими по массе добавками изопропилового спирта (от 3 до 8 %) проводились на специализированном стенде с помощью пневматической форсунки с внутренним смешением жидкости и распыляющего агента (воздух). Исследования времени задержки зажигания выполнены в терморегулируемой печи в широком диапазоне температур окислителя (от 600 до 1000 °С). Измерены реологические характеристики исследовавшихся топлив - вязкость, плотность и поверхностное натяжение. Определено, что замещение воды в составе ВУТ изопропиловым спиртом способствует повышению вязкости получаемого топлива, однако данный параметр остается в приемлемых пределах даже при максимальной исследовавшей концентрации третьего компонента. Установлено, что введение в состав водоугольного топлива на основе тощего угля изопропилового спирта приводит к увеличению угла раскрытия струи до 11 %. Это способствует равномерному распределению капель топлива по камере сгорания. В результате количество крупных капель (более 600 мкм) увеличивается незначительно - менее 2 % при концентрации спирта 8 % по массе. Время задержки зажигания при такой концентрации спирта сокращается в 2 раза по сравнению с двухкомпонентным ВУТ при температуре 1000 °С.
Бесплатно
Статья научная
Предложена технология утилизации древесных отходов, пропитанных нефтепродуктами, изучен процесс горения на древесных гранулах и на опиле различных пород деревьев как чистых, так и пропитанных нефтепродуктами, рассчитана теплотворная способность этих образцов. Разработана математическая модель процесса горения древесных отходов как чистых, так и пропитанных нефтепродуктами в программной среде Curve Expert 1.3.
Бесплатно
К анализу свойств термопар с позиций механизмов Томсона и контактной термоЭДС
Статья научная
Рассмотрены вопросы формального (математического) описания процессов генерации термоЭДС в термопарах как с позиций механизма контактной термоЭДС, так и с позиций эффекта Томсона. Показано, что конечные соотношения как для суммарной термоЭДС, так и для трех широко известных свойств (теорем) термопар с точностью до обозначений получаются одинаковыми для обоих механизмов. Вследствие этого следует считать, что свойства термоЭДС термопар абсолютно не различимы с позиций механизма контактной термоЭДС и с позиций эффекта Томсона (инвариантны по отношению к обоим механизмам возникновения термоЭДС). Ранее в литературе данные соотношения обосновывались при учете только механизма контактной термоЭДС. Полученные результаты могут служить неким расширенным теоретическим обоснованием обычно используемых на практике законов термоэлектрических цепей.
Бесплатно
Статья научная
Предложен способ автоматизации пусковых и переходных режимов энергоблоков с теплофикационными турбинами Т-250/300-240 по контролю температурных напряжений, возникающих в корпусе ЦВД, так как современными методами провести термометрирование роторов, которые являются критическими элементами турбины, невозможно. При этом на всех режимах эксплуатации предлагается реализовать систему принудительного парового охлаждения РВД и РСД-1 турбины для снижения в них температурных разностей, что позволит вывести их из разряда «критических» элементов. Проведен патентный обзор различных схем и способов подготовки охлаждающего пара для систем принудительного парового охлаждения высокотемпературных роторов мощных паровых турбин с промежуточным перегревом пара с целью поиска оптимальной схемы. Рассмотрены способы осуществления естественного парового охлаждения роторов и границы их применения. Дан анализ рассмотренных схем и решений.
Бесплатно
Статья научная
Выполнены экспериментальные исследования структуры потока водоугольного топлива (ВУТ) в процессе его пневмомеханического распыла в аэродинамическом имитаторе топки энергетического котла. Проанализирован механизм распыла ВУТ в соотношении 50 % уголь и 50 % вода, размер частиц угля 50 мкм и менее при значениях температур 313 и 353 К и давлениях: ВУТ 3 МПа и воздуха 2 МПа. Визуализация структуры факела ВУТ и оценка качества потока выполнены в плоскости перпендикулярно оси факела на трех отрезках. Определены геометрические параметры и скорости капель ВУТ в процессе распыла. Проанализировано изменение критерия We в зависимости от скорости капель ВУТ и их размера. Установлены характерные зоны факела ВУТ, формирующиеся в процессе распыла. Определены диапазоны диаметров и скоростей капель ВУТ, соответствующих сердцевине потока, средней и внешним зонам факела. Рассчитаны значения We для соответствующих размеров и скоростей капель ВУТ. Сформулированы условия, характерные для некоторых стадий дробления капель распыляемого ВУТ. Полученные результаты могут быть использованы при математическом и физическом моделированиях процесса распыла ВУТ в топках энергетических котлов с целью прогностических оценок аэродинамических характеристик проектируемых и действующих агрегатов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено техническое состояние горелочного парка ТЭС в начальный период освоения газофакельных технологий. Показаны методы и пути их совершенствования. Отражён вклад специалистов кафедры ПТЭ ЮУрГУ в развитие и освоение новых технологий.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается автоматизированный лабораторный комплекс для изучения полупроводниковых приборов, интегральных схем и устройств преобразовательной техники, основанный на сочетании физического и виртуального моделирования. Приведен перечень исследуемых полупроводниковых приборов, интегральных микросхем и преобразователей. Исследуются вольтамперные характеристики приборов, а также внешние, регулировочные и энергетические характеристики преобразователей. Имеется возможность функционирования стенда в ручном и автоматизированном режиме.
Бесплатно
Концепция факельного континуума для зоны интенсивного горения котельного агрегата
Статья научная
Сформулирована задача декомпозиции зоны интенсивного горения котельного агрегата, предложена рациональная схема решения задачи в рамках концепции факельного континуума, что позволило рассмотреть основные закономерности процессов переноса тепла и аэромеханики в нижней части топки котельного агрегата. Определены основные особенности трех элементов схемы - топочной среды, факельного континуума и ограждения зоны интенсивного горения с определением границ между ними. Характеристики топочной среды и ограждения определяются с применением принятых методик расчета, свойства факельного континуума адаптируются к гетерогенному факелу при сжигании твердого и жидкого топлива, при этом задача по определению энтальпии решается в одномерной постановке. При сжигании газообразного топлива важным фактором становятся процессы аэромеханики, поэтому гомогенный факельный континуум рассмотрен в двухпараметрической постановке. Общей характеристикой при сжигании топлив трех агрегатных состояний является распределение температуры по длине факела, что дает возможность позонного рассмотрения процессов теплообмена.
Бесплатно
Математическая модель обобщенного теплообмена в топке котельного агрегата - парадигма теплообмена
Статья научная
На основе закона сохранения энергии сформулирован баланс тепловых потоков в дивергентной форме для двух механизмов переноса теплоты дисперсионного и диссипативного видов. Дисперсионный приход теплоты в топку определяется физической теплотой потока газов из зоны интенсивного горения и химической энергией несгоревшего топлива. Диссипативный расход теплоты определяется различными механизмами переноса градиентной формы, аналогично законам Фурье и Фика. При определении коэффициентов переноса каждого из механизмов формулируется обобщенное уравнение сохранения энергии, которое представляет собой дифференциальное уравнение второго порядка в частных производных, допускающее решение методом разделения переменных. Применение граничных условий третьего рода и неизменной в пространстве начальной температуры позволило определить константы интегрирования и разделения переменных и записать обобщенное уравнение температурного поля в интегральной форме, в том числе в безразмерном виде. Совокупность физико-математических приемов, приводящих от фундаментального закона сохранения энергии к конкретной форме температурного поля, определяется как парадигма теплообмена в топках. Полученное решение для пространственного температурного поля характеризует интенсивность теплообмена в топке, зависит от обобщенного числа Нуссельта и далее адаптируется к топкам различного поперечного сечения.
Бесплатно
Математическая модель определения начального участка гетерогенного факела и ее адаптация
Статья научная
Изложена новая математическая модель процессов аэромеханики и теплообмена в начальном участке гетерогенного факельного континуума, которые в значительной степени формируют эффективность процессов использования топлива в котельном агрегате. Дано аналитическое описание процессов выделения летучих веществ в зависимости от температуры, которая связана с нагревом частиц топливной пыли, причем воспламенение смеси воздуха с летучими веществами рассматривается в двух аспектах - при известной температуре и известном нижнем концентрационном пределе воспламенения смеси. Показано, что оба подхода дают схожие результаты при определении начального участка факела. Для формирования достоверности модели привлечены известные экспериментальные данные по определению концентрационных пределов воспламенения смеси воздуха с летучими веществами топлива, по определению времени до начала воспламенения смеси и другие данные.
Бесплатно
Математическая модель теплообмена в зоне интенсивного горения котельного агрегата
Статья научная
Сформулированы условия декомпозиции зоны интенсивного горения (ЗИГ) на три компонента - топочный газ, факельный континуум и твердое ограждение - и определены их границы. Разработана схема тепловых потоков и определены их параметры и характеристики с целью определения результирующего теплового потока на факельный континуум. Определены три режима радиационного теплообмена в ЗИГ: равномерно распределенный и направленные (прямой и косвенный), сформулированы условия их существования и основные особенности.
Бесплатно
Математическое моделирование течения среды в сложных многоканальных системах
Краткое сообщение
Приводится модель расчета течения среды в сложной многоканальной системе последовательно-параллельных каналов произвольной заданной структуры с автоматизированным отображением структуры системы, которая может быть использована для моделирования процессов в энергетических установках.
Бесплатно
Математическое моделирование эксплуатационной скважины в процессе оптимизации нефтедобычи
Краткое сообщение
Рассматриваются вопросы математического моделирования системы «нефтяной пласт - скважина - насос» на различных режимах её работы, включая режим оптимизации нефтедобычи. Большое внимание уделено технологии моделирования, определено место модели в процессе лабораторно-отработочных и эксплуатационных испытаний автоматизированной системы нефтедобычи, а также в реальных условиях эксплуатации.
Бесплатно
Метод расчёта течения газа в каналах газоструйных систем
Статья научная
В энергетических установках различного типа рабочее тело движется в каналах различных формы, размеров и назначения. Во многих практически важных случаях установки включают в себя систему каналов со слиянием и разделением потоков. Обычно большую часть времени установки работают в стационарном режиме, однако в некоторых системах рабочие процессы протекают за малые промежутки времени и сопровождаются большими изменениями скорости, давления и температуры как по длине канала, так и во времени.Математическая модель таких каналов включает в себя нестационарные уравнения в частных производных, описывающие законы сохранения массы, импульса и энергии. Для решения системы уравнений широко применяется метод конечных разностей. Данная краевая задача является нелинейной, поэтому для ее решения применяются численные методы.В работе предложен численный метод расчёта процессов гидродинамики и теплообмена в каналах энергетических установок со слиянием и разделением потоков на основе метода конечных разностей и алгоритма ортогональной прогонки решения краевой задачи.Разработанный алгоритм обладает высокой вычислительной эффективностью и позволяет рассчитывать высокоинтенсивные режимы работы канала как со сжимаемым, так и с несжимаемым рабочим телом, с теплообменом со стенками канала или в адиабатических условиях работы. Численный метод позволяет рассчитывать процессы как в отдельных каналах, так и в системе каналов в рамках единого подхода.
Бесплатно
Методика расчета тепловых характеристик топочного факела при сжигании промышленных газов
Статья научная
Представлена методика теплового расчета топочных устройств котлов ТЭЦ-ПВС, сжигающих природный и промышленные газы, при встречном и тангенциальном вводе реагентов. Показано, что при проведении проектно-конструкторских работ, наладке и исследованиях промышленных котлов использование модели и методики расчета упрощает переход к современным системам сжигания топлива со снижением эмиссии оксидов азота, повышением надежности теплонапряженных элементов котельного оборудования, повышением эффективности работы тепломеханического оборудования ТЭЦ-ПВС. Отмечено, что предложенные модель и расчетная методика могут быть использованы в качестве базы для перехода к иным конструкциям топки, горелок и системам ввода топливных реагентов, а также другим видам промышленных газов.
Бесплатно
Статья научная
По результатам многокритериального моделирования газодинамических процессов даны рекомендации по конструированию эффективной камеры смешения, а также регулирования потоков воздуха и пара в элементах пароструйного аппарата. Выявлены возможности сравнительно большего снижения потерь, присосов воздуха в турбину и затрат на ремонт оборудования, чем при использовании отдельных критериев повышения эффективности паротурбинного оборудования. Проведен сравнительный анализ выбранных методов расчетов: инновационного (многокритериального) и стандартного (типового). В качестве результирующих показателей оценки методов были выбраны величины: повышения энергетической эффективности турбины вследствие предотвращения присосов воздуха в уплотнениях турбины; увеличения КПД конденсационных турбин; снижения затрат на ремонт турбины и эжектора вследствие оптимизации площади сечения камеры смешения в эжекторе. Сравнение показало лучшие результаты применения многокритериального моделирования по указанным параметрам, а также коэффициентам скорости потока, расхода рабочего пара, уменьшения размеров и повышению срока службы от 20 до 40 лет. Инновационный метод требует расширения числа критериев оптимальности и регулирования параметров процессов и геометрии конструкции на основе прямых и обратных связей многокритериальной модели. С помощью многокритериального моделирования определен необходимый состав параметров оптимизации: площадь проходного сечения конструированной камеры смешения, расход пара и термодинамические параметры потоков, а также давление всасывания.
Бесплатно
Статья научная
На основе экспериментальных данных по газификации кислорода на установке СГУ-7КМ-У выполнена идентификация дифференциальной параметрической модели теплообмена в газификаторах закрытого типа. По результатам опорных опытов идентифицированы внешние параметры - мощность нагревателя, теплоемкость испарителя и производительность насоса. Внутренние параметры модели - числовые множители при коэффициентах теплоотдачи в кислороде, теплоносителе и окружающей среде - идентифицированы методом пассивной стратегии. Разработаны методики оптимизации работы газификатора по достижению заданного диапазона выходной температуры в стационарном и нестационарном режимах работы. Методики апробированы на примере газификационной установки СГУ-7КМ-У.
Бесплатно
Модель и методика теплового расчета топок с жидким шлакоудалением
Статья научная
Представлена теплофизическая модель топочного устройства с жидким шлакоудалением и методика ее теплового расчета при встречном и тангенциальном вводе реагентов. Показано, что при проведении проектно-конструкторских работ, наладке и исследованиях промышленных котлов использование модели и методики расчета упрощает переход к современным системам сжигания топлива со снижением эмиссии оксидов азота, повышением надежности теплонапряженных элементов котельного оборудования. Отмечено, что предложенные модель и расчетная методика могут быть использованы в качестве базы для перехода к иным конструкциям топки, горелок и системам ввода топливных реагентов, а также другим видам топлива.
Бесплатно
