ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Моделювання широко застосовується в наукових дослідженнях і при вирішенні прикладних проблем в різних областях техніки. Ця методологія заснована на вивченні властивостей і характеристик об'єктів різної природи за допомогою дослідження їх природних або штучних аналогів (моделей). Моделювання в такому загальному плані являє собою двоєдиний процес створення моделей і дослідження моделей після того, як вони побудовані. Використання моделей завжди і неминуче пов'язане зі спрощенням, ідеалізацією модельованого об'єкта. Сама модель, природно, не охоплює об'єкта у всій повноті його властивостей, а відображає лише деякі його досліджувані характеристики - вона схожа з пізнаваним об'єктом тільки за певною сукупністю ознак. Модель будується для відображення лише частини властивостей досліджуваного об'єкта і тому, як правило, простіше оригіналу. І найважливіше, модель більш зручна, більш доступна для дослідження, ніж модельований об'єкт. Для більш повного дослідження об'єкту залучається ряд моделей, кожна з яких моделює ті чи інші характеристики об'єкта. У прикладному дослідженні навіть для відбиття одних і тих же властивостей об'єкта завжди є можливість залучення різних моделей. Моделі розрізняються за ступенем якісної та кількісної адекватності досліджуваного об'єкта щодо обраних характеристик, за можливостями їх дослідження. Успіх моделювання визначається саме вдалим вибором моделей, їх набору. Природно, що цей вибір у великій мірі суб'єктивний і базується на всіх наявних експериментальних і теоретичних уявленнях про об'єкт, на всьому придбаному раніше досвіді моделювання. Серед різних моделей можна виділити в якості основних фізичні та математичні моделі.[2]

Математичні моделі є найбільш характерними в природничонаукових дослідженнях ідеальними (умоглядними) моделями. Фізичні моделі відносяться до матеріальних (предметним) моделям, які, імітуючи частину властивостей досліджуваного об'єкта, мають ту ж природу, що і модельований об'єкт. При фізичному моделюванні замість вивчення об'єкта проводиться експериментальне дослідження фізичної моделі. Фізичні моделі мають важливе гідність, яка полягає в тому, що серед властивостей моделі є й такі, які з тієї чи іншої причини неможливо досліджувати на математичних моделях. В основі фізичного моделювання лежить теорія подібності. Крім геометричного подібності (подібності форми, геометрична модель) необхідно і фізична подібність моделі і модельованого об'єкта. У відповідних точках простору на відповідні моменти часу значення фізичних величин для об'єкта повинні бути пропорційні значенням тих же величин для моделі. Це дозволяє перерахувати експериментальні результати, які отримані для моделі, на досліджуваний об'єкт. Суттю такого моделювання є те, що для моделі і об'єкта повинні бути однакові визначають безрозмірні критерії подібності. При математичному моделюванні дослідження властивостей і характеристик вихідного об'єкта замінюється дослідженням його математічес ких моделей.[3]

Математичні моделі вивчаються засобами математики (прикладної математики). Сучасний етап математичного моделювання характеризується широким залученням комп'ютерів, методів обчислювальної математики.[5] Математизація наукового знання, під якою розуміється застосування математичних понять в природничих і гуманітарних науках, техніці, є прикметою нашого часу. Часто і рівень розвитку тієї чи іншої науки характеризується за ступенем використання математичних методів. При математизації наукових знань виділяється етап абстрагування від конкретної природи явища, ідеалізації та виділення його математичної форми (будується математична модель). Другим етапом математизації є дослідження математичних моделей як чисто математичних (абстрактних) об'єктів. З цією метою використовуються кошти самої математики, як уже створені, так і спеціально побудовані. В даний час великі можливості для дослідження математичних моделей надають обчислювальні засоби: комп'ютери та чисельні методи. Третій етап застосування математики у прикладних дослідженнях характеризується інтерпретацією - доданням конкретного прикладного змісту математичним абстракцій. Спеціаліст з прикладного математичного моделювання, працюючи пліч-о-пліч з фахівцями в прикладній області, завжди за математичними абстракціями бачить конкретне прикладне зміст.

Евристична роль математичного моделювання проявляється в тому, що замість натурного експерименту проводиться математичний експеримент. Замість дослідження прояви того чи іншого впливу на досліджуваний об'єкт використовується параметричне вивчення математичної моделі, залежно рішення від того чи іншого параметра. Такий експеримент, доповнюючи натурний, дозволяє значно глибше дослідити явище чи процес.[1]

1. Актуальність теми

Останнім часом в енергетичній промисловості найбільше застосування отримали жаротрубні водогрійні котли. Вони знаходять широке застосування в районних, заводських та комунально - побутових опалювальних котелень, приходячи на зміну чавунним водогрійним котлам. Актуальність проблеми підвищення ефективності роботи джерел теплоти є безперечним аргументом при розробці нових теплогенеруючих пристроїв та модернізації існуючих. Технічне підвищення потужності пальникового пристрою, застосування палив з підвищеним тепловиділенням при згорянні, збільшення поверхні теплопередачі - методи, не завжди здійснимі і часто високовитратні. Тому необхідний розвиток теплотехніки по новим і більш ефективним шляхам технічного розвитку та екологічної безпеки. В цьому напрямку дуже перспективним представляється реалізація в теплоенергетичних установках процесів пульсуючого горіння. [11] - [14]

2. Мета і завдання магістерської роботи

Мета: аналіз результатів робіт з удосконалення методики розрахунків коефіцієнтів тепловіддачі від димових газів до стінок жарових труб і від труб до нагрівається середовищі.

Основні завдання дослідження:

    Зроблено спробу представити роботу жаротрубних котлів у вигляді математичної моделі, в якій всі етапи пов'язані тепломасообмінних процесів, основним при цьому є аналіз тепловіддачі.

    3. Аналіз нормативно-правової бази Україна

    Реалізації стратегічної мети - створення конкурентоспроможної економіки України та забезпечення високого рівня життя громадян потребує активного використання наукового потенціалу держави в створенні новітніх енергозберігаючих техніки і технологій, впровадження реально працюючих економічних моделей розвитку енергоефективної економіки та на їх основі, вивільнення творчого потенціалу працівників підприємств до вивільнення потенціалу енергозбереження у всіх галузях економіки України. Станом на сьогоднішній день законодавство в сфері ефективного використання енергетичних ресурсів досить недосконалим. Для реалізації створення правових підстав для забезпечення відповідного рівня енергоефективності в усіх галузях суспільного виробництва починаючи з січня 2007 Управлінням нормативно-правового забезпечення енергоефективності здійснювалась робота з підготовки і супроводу 125 проектів нормативно-правових актів, а також був погоджений і надані зауваження до 100 проектів нормативно- правових актів. Таким чином, забезпечення правового регулювання відносин у сфері енергоефективності та впровадження механізмів державного регулювання у цій сфері протягом останніх років здійснювалося в основному через прийняття підзаконних нормативно-правових актів: укази Президента України, постанов та розпоряджень Уряду та наказів Держкоменергозбереження.

    На сьогодні у сфері ефективного використання енергетичних ресурсів діють близько 200 нормативно-правових актів, система стандартів та значна кількість нормативно-методичних документів.[15]

    Ці акти та документи шляхом прямого або непрямого правового впливу на відносини у сфері ефективного використання енергетичних ресурсів дозволили створити структуру державного управління і контролю в сфері ефективного використання енергетичних ресурсів, впровадити систему нормування паливно-енергетичних ресурсів, поняття енергетичного аудиту, систему державної експертизи з енергозбереження та національних стандартів з енергозбереження, встановити санкції за порушення законодавства у сфері енергозбереження. Однак, слід зауважити, що незважаючи на проведену протягом останнього десятиліття роботу зі створення правової бази енергозбереження, на сьогодні основним законом, що регулює відносини у сфері енергоефективності в Україні залишається Закон України "Про енергозбереження". Визначальним недоліком чинного цього закону є відсутність чітко визначених методів правового регулювання у сфері енергоефективності та засобів його впровадження.[17]

    4. Огляд досліджень і розробок по темі магістерської роботи

    Методика теплового розрахунку жаротрубного котла

    На малюнку 1 приведена модель жаротрубного котла малої потужності для систем ЖКГ.

    В якості вихідних матеріалів використовуються дані, отримані при обробці звітів екологотеплотехнічесніх випробувань і режимних карт котельні № 4 ПО «Харцізьктепломережа» м. Харцизька. При тепловому розрахунку слід користуватися вихідними матеріалами на основі даних, режимно-налагоджувальних та екологотеплотехнічніх випробувань режимних карт котельні № 4. Вихідними даними є розміри димогарних труб першого і другого конвективних пучків з фіксованою кількістю, внутрішнім і зовнішнім діаметром і довжиною. Параметри топкового обсягу вибираються виходячи з розмірів жарової труби є топкою (діаметр, довжина). Вибір робочого тиску газу здійснюється в залежності від тиску, необхідного споживачам і встановлюється інспектором котлонагляду в залежності від марки жаротрубного котла і його технічного стану. Визначення температури живильної води tжв. здійснюється виходячи з температури зворотної води та очищення шляхом Na-катіоніування.[18] - [21] Класична послідовність теплового розрахунку зберігається. Попередньо визначався об'єм повітря і продуктів згоряння у розрахунку на 1 м3 газоподібного палива. Так як присоси повітря не містять трьохатомних газів, то обсяг цих газів VСО2 від коефіцієнта надлишку повітря не залежить, у всіх газоходу залишається постійним і складає теоретіческом.Тепловой баланс котельного агрегату складається за величиною теплотворної здатності палива приймається 100%. Рівняння теплового балансу встановлює розподіл тепла палива по різних статтях витрат. Температура продуктів згоряння за котлом для складання теплового балансу визначалася попередньо за наближеною формулою для котлів з жаровими трубами

    За котлом температуру газів при складанні теплового балансу брали від 150 до 1800С.[4] Попередньо прийнято при складанні теплового балансу температура відхідних газів за котлом уточнюється потім в тепловому розрахунку котла. У разі суттєвих розбіжностей між попередньою і отриманої в кінці розрахунку температурами необхідно задатися іншим температурою і скласти повторний тепловий баланс.[22] - [23]

    Жаротрубний котел

    Малюнок 1 – Жаротрубний котел для систем ЖКГ

    h2> 5. Удосконалення процесів інтенсифікації за допомогою математичного моделювання

    Досконалість процесів перемішування не тільки в пальнику, а й у факелі визначає допустиму величину теплового напруги, вид і характер факела горіння. Проте в жаротрубних котлах малої потужності з центральною подачею газу дворядне розташування сопел не сприяє поліпшенню сумішоутворення, тому не обходимо поліпшити сумішоутворення газу і повітря, розташовуючи газові сопла в один ряд для кращого розподілу газу і зменшуючи їх діаметр. Для визначення оптимального варіанту діаметри газовипускних отворів змінилися в бік їх збільшення або зменшення в діапазоні 30 - 70%, після чого проводили розрахунки конструктивних параметрів пальникового пристрою.[9] -[10]

    Для аналізу тепловіддачі ми вибираємо найбільш прийнятні формули. При цьому як визначальної температури прийнята середня температура газів в трубі, а визначає розмір - внутрішній діаметр труби. У зв'язку з відсутністю даних, які впливають на зміни температури димових газів на коефіцієнт тепловіддачі від стінки жарової труби до робочого тіла, необхідно для кожного котла будувати номограми визначають залежностей.

    Розрахунки показали, що для забезпечення температури відхідних газів не вище 160 0С, коефіцієнт тепловіддачі повинен бути в межах а= 82,5-84,7 кДж/м2ч0С. Дана пропозиція може бути використано як енергозберігаюче, за умови контролю спалювання палива за складом газів, що відходять.[6] - [8]

    Таким чином, математична модель ЖК дозволяє, вибравши оптимальний коефіцієнт тепловіддачі, розрахувати кінцеві параметри показників роботи котла і прогнозувати процеси, що протікають при спалюванні палива.

    Зниження температури відхідних газів з 2500С до 1600С дозволяє знизити втрати тепла з хімічним недожогом, підвищити ККД котла до 90,5%, а також знизити питому витрату палива, що в свою чергу призводить до зменшення викидів NOх в атмосферу.[24] - [42]

    ПРИМІТКА: На момент написання даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення - грудень 2012 р. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

    Перелік посилань

    1. Болгарська А.В. і др.Термодінаміка і теплопередача. Учеб. для ВУЗів. Вид. 2-е перераб. і доп. М., Вища школа, 1975, 495с. з іл.
    2. Самарський А.А., Вибіщевіч П.М., Обчислювальна теплопередача,-М. Едітоіал УРСС 2003, 784с.
    3. Мігай В.К., Моделювання теплообмінного енергетичного обладнання. - Вища. Ленеград.отдел., 1987. -264с. з іл.
    4. Іванов Ю.В., Основи розрахунку і проектування газових пальників, Держ. науч. іздат.нефтяной і гірничо-паливної літератури, М. 1963, 364с.
    5. В.П. Ісаченко, В.А. Осипова, Теплопередача, вид. Третій перераб і доп., Мін. вищ. і середовищ. освіти, 1975, 384с.
    6. Щеголев М.М., Паливо, топки та котельні установки, Вид. 4-е перераб., Держ. издат. літератури з будівництва та архітектури, Москва, -1953, 546с.
    7. Під ред. А.А. Жукаускаса і проф. Калініна Е.К., Інтенсифікація теплообміну, Тим. збірник, Вільно, 1988, 189с.
    8. В.Р. Кулінченко, Довідник по теплообмінним розрахунками, Київ. - Техніка, 1990, 167с.
    9. Правила будови і безпечної експлуатації парових та водогрійних котлів, М: - .. НВО ОБТ, 1993 - 192 с.
    10. Іонін А.А. Газопостачання: Учеб.для вузов.-4-еізд, перераб .. і доп. - М: Стройиздат, 1989 .. - 439 с.
    11. Соколов Б.А. Котельні установки та їх експлуатація: Підручник для ПТУ. Електронна бібліотека.-2-е изд, испр ..-М: Академія, 2007.-432 с.
    12. Липів Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельні установки та парогенератори: Електронна бібліотека.-Москва-Іжевськ: НДЦ «Регулярна і хаотична динаміка", 2003.-592 с.
    13. Тарасюк В.М. Експлуатація котлів: Настільна книга для операторів котельних.-К: Основа, 2000.-285 с.
    14. Чеботарьов В.П. Довідник працівника газифікованих котелень: Настільна книга обсл. персоналу котельних.-К: Основа, 2000.-298 с.
    15. Збірник правил та нормативно-технічних документів з котлонагляду / Сост. А.А. Тіхоміров.-М: Машинобудування, 1993.-542 с.
    16. Зеркалов Д.В. Експлуатація котельних установок: Довіднік.-К: Техніка, 1992.-144 с.
    17. Покажчик керівних документів Міненерго СРСР, дія яких поширюється на водогрійні котли ТЕЦ і районні водогрійні котельні підприємств теплових мереж (Станом на 01,07.90): РД 34.01.201-90 : Електронна бібліотека.-М, 1990
    18. Котлер В.Р. Спеціальні топки енергетичних котлов.-М: Вища школа, 1990.-104 с.
    19. Роддатіс К.Ф., Полтарецкій А.Н. Довідник по котельним установкам малої продуктивності-М. Вища школа, 1989.-487 с.
    20. Борщов Д.Я. Пристрій і експлуатація опалювальних котелень малої потужності: Уч. посібник.-М: Стройиздат, 1982.-360 с.
    21. Днепров Ю. В. та ін Монтаж котельних установок малої та середньої потужності: Уч. для СПТУ / Д. Н. Смирнов, М. С. Файнштейн.-3-е изд., Перероб. і доп.-М: Вища школа, 1980.-335 с.
    22. Ліберман Н. Б., Нянковская М. Т. Довідник з проектування котельних установок систем централізованого теплопостачання (Загальні питання проектування та основне обладнання)-М. Енергія, 1979.-224 с.
    23. Гідравлічний розрахунок котельних агрегатів: Нормативний метод / Под ред. В. А. Локшіна.-М: Енергія, 1978.-255 с.
    24. Павлов І.І., Федоров М.М. Котельні установки і теплові сеті.-2-е вид., Перероб. і доп.-М: Стройиздат, 1977.-304 с.
    25. Панін В.І. Котельні установки малої та середньої потужності: Підручник для ПТУ.-4-е изд, перераб .. і доп.-М: Стройиздат, 1975.-382 с.
    26. Васильєв А.В. "Особливості водного режиму при експлуатації сучасних жаротрубних водогрійних котлів" [Електронний ресурс] / - файл :/ / E: \ Рос.ТеплоRU
    27. Підвищення надійності жаротрубних водогрійних котлів / Васильєв А.В., Антропов Г.В., Баженов А.І. та ін / Промислова енергетика, 1998, № 7, с.28 - 32
    28. Залежності для теплових розрахунків жаротрубних пусків котлів малої потужності / Д.В. Степанов, С.І. Ткаченко, Л.А.Боднар та ін / Енергетика енергомеханіки, 2006, № 2, с. 31-40
    29. Критерії оцінки ефективності жаротрубного пучка з інтенсифікацією теплообміну для котлів малої потужності / Д.В. Степанов, Л.А.Боднар / Енергетика та електротехніка, 2008, № 4, с.1-7
    30. Математичне моделювання та комп'ютерні технології в завданнях проектування енергетичних парових котлів / В.С. Беднаржевскій / Обчислювальні технології, 2002, Том 7, № 6, с.13-23
    31. Математичне моделювання теплообмінних процесів в жаротрубно елементі водогрійного котла малої потужності / Д.В. Степанов, С.І. Ткаченко, Л.А.Боднар ід р. / Енергетика та електротехніка, 2007, № 2, с.76-79
    32. Експериментальне дослідження інтесифікаційна телообмена в жаротрубно водогрійному котлі малої потужності / Д.В. Степанов, С.І. Ткаченко, Л.А.Боднар та ін / Енергетика та електротехніка, 2008, № 2, с. 44-47
    33. Експериментальне дослідження тпелообмена в жаротрубно водогрійному котлі / Д.В. Степанов, С.І. Ткаченко, Л.А.Боднар та ін / Енергетика та електротехніка, 2008, № 1, с. 43-45
    34. Підвищення надійності жаротрубних водогрійних котлів / Васильєв А.В., Антропов Г.В., Баженов А.І. та ін / Промислова енергетика, 1998, № 7, с.28 - 32
    35. Залежності для теплових розрахунків жаротрубних пусків котлів малої потужності / Д.В. Степанов, С.І. Ткаченко, Л.А.Боднар та ін / Енергетика енергомеханіки, 2006, № 2, с. 31-40
    36. Критерії оцінки ефективності жаротрубного пучка з інтенсифікацією теплообміну для котлів малої потужності / Д.В. Степанов, Л.А.Боднар / Енергетика та електротехніка, 2008, № 4, с.1-7
    37. Математичне моделювання та комп'ютерні технології в завданнях проектування енергетичних парових котлів / В.С. Беднаржевскій / Обчислювальні технології, 2002, Том 7, № 6, с.13-23
    38. Математичне моделювання теплообмінних процесів в жаротрубно елементі водогрійного котла малої потужності / Д.В. Степанов, С.І. Ткаченко, Л.А.Боднар ід р. / Енергетика та електротехніка, 2007, № 2, с.76-79
    39. Експериментальне дослідження інтесифікаційна телообмена в жаротрубно водогрійному котлі малої потужності / Д.В. Степанов, С.І. Ткаченко, Л.А.Боднар та ін / Енергетика та електротехніка, 2008, № 2, с. 44-47
    40. Експериментальне дослідження тпелообмена в жаротрубно водогрійному котлі / Д.В. Степанов, С.І. Ткаченко, Л.А.Боднар та ін / Енергетика та електротехніка, 2008, № 1, с. 43-45
    41. Жаротрубні (димогарні) котли.Електронний ресурс: http://goodfire.at.ua/publ/zharotrubnye_dymogarnye_kotly/1-1-0-3
    42. жаротрубних котлів. Електронний ресурс: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-116-topki-kotly/45.htm