Тема: Разработка и исследование модели радиационно-конвективного теплообмена нагретого тела движущегося в потоке газа

Настоящая работа посвящена исследованию модели радиационно - конвективного теплообмена нагретого тела, движущегося в потоке газа. Моделирование радиационного теплообмена в камерах сгорания энергетических агрегатов и вычисление потоков излучения, достигающего тепловоспринимающей поверхности преобразователя солнечных установок горячего водоснабжения, солнечных тепловых электростанций требует дальнейшего изучения радиационно-конвективного теплообмена нагретого тела, движущегося в потоке газа.
В настоящее время стала общепризнанной важность антропогенных воздействий на окружающую среду, радиационный теплообмен и временные тренды изменения климата на Земле, которые проявляются через механизм парникового эффекта, вызванного изменением свойств газовой и дисперсной фаз атмосферы и подстилающей поверхности.
Кроме того, особо актуальным стоит вопрос расширения использования возобновляемых источников энергии, так как природные энергетические ресурсы не безграничны. Также очень важен вопрос вторичного использования тепла на действующих промышленных предприятиях и цехах, использующих энергоемкое технологическое оборудование.
Целью работы является повышение точности моделирования переноса излучения радиационно-конвективного теплообмена нагретого тела, движущегося в потоке газа, в промышленных теплотехнических системах крупных предприятий, таких например как заводы КАМАЗа (Кузнечный и Литейный).
Основные методы научных исследований:
В работе использованы методы вычислительной математики, теории радиационного теплообмена, общей химии и физики. Для расчетов и построения графических зависимостей использовались пакеты прикладных программ.
На защиту выносятся:
* Статистические характеристики спектральных полей уходящего теплового излучения Земли и перехода «Земля-атмосфера-космос»;
*Статистическая информация Департамента главного энергетика ПАО «КАМАЗ»;
*Статистическая информация Департамента строительства и проектирования ПАО «КАМАЗ»;
*Статистическая информация Кузнечного и Литейного заводов ПАО «КАМАЗ».
Научная и практическая значимость работы:
Результаты работы могут быть использованы при построении радиационных моделей, при моделировании радиационного теплообмена в топках энергоустановок ТЭС, при разработке и проектировании солнечных установок горячего водоснабжения, солнечных тепловых электрических станций, а также при разработке и проектировании модернизированных установок по использованию вторичных энергоресурсов на заводах ПА «КАМАЗ».
Достоверность полученных результатов подтверждена использованием базы статистически обеспеченных структурных характеристик действующих предприятий ПАО «КАМАЗ».
Апробация результатов:
Работы обсуждались и докладывались на научно- технической конференции студентов и аспирантов Набережночелнинского филиала КФУ.
Отдельные решения данной работы ранее были заложены в выпускной квалификационной работе Пустовалова С.А. на тему: «Система отопления фермерского хозяйства с использованием установки метанового брожения» (Шифр ВКР: 1.140100.6215.08.00.00ПЗ, 2015г.). Указанные решения предусматривают использование возобновляемых источников энергии, а именно: получение метана из биотоплива, являющегося местным сырьем.
Кроме того, во время прохождения практики на Кузнечном заводе ПАО «КАМАЗ» были изучены и систематизированы основные производственные технологические процессы в цехах завода, особенно техпроцессы, связанные с термической обработкой деталей на оборудовании с большим выделением тепла, безвозвратно уходящего в вытяжную вентиляцию.
Актуальность, теоретическая и практическая значимость этой проблемы по использованию радиационных и конвективных теплопотери на заводах ПАО «КАМАЗ» (Кузнечном и Литейном) является первоочередной задачей для повышения экономической эффективности производства. Поэтому указанной проблеме в диссертации посвящено повышенное внимание наряду с изучением и исследованием основной темы магистерской диссертации - радиационно-конвективного теплообмена.

Купить

В главе 1: Выполнен большой обзор научной зарубежной и отечественной литературы, охватывающей проблемы разработки и исследования модели радиационно - конвективного теплообмена нагретого тела, движущегося в потоке газа. Изучен и систематизирован полный спектр направлений разработки и освоения перспективного энергетического оборудования. Рассмотрены также и вопросы, касающиеся движения тел на больших скоростях в атмосфере Земли. Приведены характеристики лучистой энергии и аппаратуры, а также рекомендации по ее непосредственному использованию в промышленности и народном хозяйстве. Дана информация по возобновляемым и альтернативным источникам энергии, а также по радиационному теплообмену и лучистой энергии.
Выполнен анализ и постановка проблемы разработки и исследования модели радиационно - конвективного теплообмена нагретого тела, движущегося в потоке газа. Изучены материалы информационных технологий по общим вопросам современной теплотехники, энергетическому оборудованию, его модернизации и использованию на промышленных предприятиях.
Выполнено обобщение передового опыта предприятий в части освоения и интенсификации радиационно- конвективного теплообмена воздухонагревателей.
Особое место по рациональному и прогрессивному внедрению энергетических установок, таких как вторичное использование тепла, мобильные котельные контейнерного типа, инфракрасные излучатели и др. занимает ПАО «КАМАЗ» (Кузнечный и Литейный заводы), а также отдельные цеха Камского индустриального парка КИП «МАСТЕР» на арендуемых площадях ПАО «КАМАЗ».
В главе 2: Подробно рассмотрены теоретические и методологические вопросы по моделированию объектов, указана сущность моделирования , приведены перечень объектов и их виды, а также причины, по которым прибегают к построению моделей, и сам процесс моделирования.
Радиационно-конвективный теплообмен, являющийся сложным видом теплообмена, приведен в диссертации с указанием видов оборудования и зон, в которых он возникает, а также названы проблемы этого теплообмена при их решении в экспериментальной работе с разделением на две основные группы. В настоящей работе описывается процесс радиационно-конвективный теплообмена в потоке продуктов сгорания в цилиндрическом канале с постоянной по длине стенки температурой.
Анализ системы, основанной на критериях, дает также возможность использовать метод физической ликвидации как более строгий и разумный в подобных исследованиях для других диапазонов критериев подобия радиационно- конвективного теплообмена в движущейся горючей среде.
Особое внимание в работе уделено движению тел в потоке газа и жидкости. Даны оценки внутреннего трения (вязкости) и схема действия сил сопротивления (силы вязкого трения). В главе 3 проанализированы количественные характеристики переноса теплоты, рассмотрено явление теплопроводности для жидких, твердых и газообразных тел, дана расшифровка основного закона теплопроводности и ряда математических понятий, в том числе теплового потока.
Выполнено исследование модели радиационно-конвектиного теплообмена нагретого тела, движущегося в потоке газа.
Рассмотрен вопрос интенсификации радиационно-конвектиного теплообмена воздухонагревателей.
Подробно рассмотрены варианты использования инфракрасного (ИК) отопления с приведением соответствующих рисунков, а также теплообмен в трубчатой печи.
Кроме того, проанализирован процесс движения объекта в среде, в частности нагревание ракет при полете в атмосфере (нагревание вследствие сжатия воздуха и вследствие трения).
В главе 3: Проанализированы количественные характеристики переноса
теплоты, рассмотрено явление теплопроводности для жидких, твердых и газообразных тел, дана расшифровка основного закона теплопроводности и ряда математических понятий, в том числе теплового потока.
Выполнено исследование модели радиационно-конвективного теплообмена нагретого тела, движущегося в потоке газа.
Рассмотрен вопрос интенсификации радиационно-конвективного теплообмена воздухонагревателей.
Подробно рассмотрены варианты использования инфракрасного (ИК) отопления с приведением соответствующих рисунков, а также теплообмен в трубчатой печи.
Кроме того, проанализирован процесс движения объекта в среде, в частности нагревание ракет при полете в атмосфере (нагревание вследствие сжатия воздуха и вследствие трения).
В главе 4: Предложен план мероприятий по исследуемой проблеме и его использовании на промышленных предприятиях и в народном хозяйстве, включающих в себя обследование цехов предприятий, уменьшение тепловых потерь в цехах и использование альтернативных источников энергии.
Кроме того, приведен перечень из восьми предлагаемых альтернативных источников энергии и шесть вариантов размещения установок инфракрасного излучения (ИК), а также даны практические рекомендации и календарный план работ по проектированию и вводу в эксплуатацию некоторых вышеуказанных альтернативных источников энергии, а также дан подробный анализ по использованию информационных технологий в энергетике.

Купить