ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Моделирование широко применяется в научных исследованиях и при решении прикладных проблем в различных областях техники. Эта методология основана на изучении свойств и характеристик объектов различной природы посредством исследования их естественных или искусственных аналогов (моделей). Моделирование в таком общем плане представляет собой двуединый процесс создания моделей и исследования моделей после того, как они построены. Использование моделей всегда и неизбежно связано с упрощением, идеализацией моделируемого объекта. Сама модель, естественно, не охватывает объекта во всей полноте его свойств, а отражает лишь некоторые его исследуемые характеристики — она сходна с познаваемым объектом только по определенной совокуп¬ности признаков. Модель строится для отражения лишь части свойств исследуемого объекта и поэтому, как правило, проще оригинала. И самое важное, модель более удобна, более доступна для исследования, чем моделируемый объект. Для более полного исследования объекта привлекается ряд моделей, каждая из которых моделирует те или иные характеристики объекта. В прикладном исследовании даже для отражения одних и тех же свойств объекта всегда имеется возможность привлечения различных моделей. Модели различаются по степени качественной и количественной адекватности исследуемому объекту относительно выбранных характеристик, по возможностям их исследования. Успех моделирования определяется именно удачным выбором моделей, их набора. Естественно, что этот выбор в большой степени субъективен и базируется на всех имеющихся экспериментальных и теоретических представлениях об объекте, на всем приобретенном ранее опыте моделирования. Среди различных моделей можно выделить в качестве основных физические и математические модели. [2]

Математические модели являются наиболее характерными в естественнонаучных исследованиях идеальными (умозрительными) моделями. Физические модели относятся к материальным (предметным) моделям, которые, имитируя часть свойств исследуемого объекта, имеют ту же природу, что и моделируемый объект. При физическом моделировании вместо изучения объекта проводится экспериментальное исследование физической модели. Физические модели имеют важное достоинство, которое заключается в том, что среди свойств модели есть и такие, которые по той или иной причине невозможно исследовать на математических моделях. В основе физического моделирования лежит теория подобия. Помимо геометрического подобия (подобия формы, геометрическая модель) необходимо и физическое подобие модели и моделируемого объекта. В соответствующих точках пространства на соответствующие моменты времени значения физических величин для объекта должны быть пропорциональны значениям тех же величин для модели. Это позволяет пересчитать экспериментальные результаты, которые получены для модели, на исследуемый объект. Сутью такого моделирования является то, что для модели и объекта должны быть одинаковы определяющие безразмерные критерии подобия. При математическом моделировании исследование свойств и характеристик исходного объекта заменяется исследованием его математичес ких моделей. [3]

Математические модели изучаются средствами математики (прикладной математики). Современный этап математического моделирования характеризуется широким привлечением компьютеров, методов вычислительной математики.[5] Математизация научного знания, под которой понимается применение математических понятий в естественных и гуманитарных науках, технике, является приметой нашего времени. Часто и уровень развития той или иной науки характеризуется по степени использования математических методов. При математизации научных знаний выделяется этап абстрагирования от конкретной природы явления, идеализации и выделения его математической формы (строится математическая модель). Вторым этапом математизации является исследование математических моделей как чисто математических (абстрактных) объектов. С этой целью используются средства самой математики, как уже созданные, так и специально построенные. В настоящее время большие возможности для исследования математических моделей предоставляют вычислительные средства: компьютеры и численные методы. Третий этап применения математики в прикладных исследованиях характеризуется интерпретацией — приданием конкретного прикладного содержания математическим абстракциям. Специалист по прикладному математическому моделированию, работая бок о бок со специалистами в прикладной области, всегда за математическими абстракциями видит конкретное прикладное содержание.

Эвристическая роль математического моделирования проявляется в том, что вместо натурного эксперимента проводится математический эксперимент. Вместо исследования проявления того или иного воздей¬ствия на исследуемый объект используется параметрическое изучение математической модели, зависимости решения от того или иного параметра. Такой эксперимент, дополняя натурный, позволяет значительно глубже исследовать явление или процесс.[1]

1. Актуальность темы

В последнее время в энергетической промышленности наибольшее применение получили жаротрубные водогрейные котлы. Они находят широкое применение в районных, заводских и коммунально – бытовых отопительных котельных, приходя на смену чугунным водогрейным котлам. Актуальность проблемы повышения эффективности работы источников теплоты является бесспорным аргументом при разработке новых теплогенерирующих устройств и модернизации существующих. Техническое повышение мощности горелочного устройства, применение топлив с повышенным тепловыделением при сгорании, увеличение поверхности теплопередачи – методы, не всегда выполнимые и зачастую высокозатратные. Поэтому необходимо развитие теплотехники по новым и более эффективным путям технического развития и экологической безопасности . В этом направлении весьма перспективным представляется реализация в теплоэнергетических установках процессов пульсирующего горения. [11] - [14]

2. Цель и задачи магистерской работы

Цель: анализ результатов работ по совершенствованию методики расчетов коэффициентов теплоотдачи от дымовых газов к стенкам жаровых труб и от труб к нагреваемой среде.

Основные задачи исследования:

Сделана попытка представить работу жаротрубных котлов в виде математической модели, в которой все этапы связаны тепломассообменными процессами, основным при этом является анализ теплоотдачи.[36] - [40]

3. Анализ нормативно-правовой базы Украины

Реализации стратегической цели - создание конкурентоспособной экономики Украины и обеспечения высокого уровня жизни граждан требует активного использования научного потенциала государства в создании новейших энергосберегающих техники и технологий, внедрения реально работающих экономических моделей развития энергоэффективной экономики и на их основе, высвобождение творческого потенциала работников предприятий к высвобождению потенциала энергосбережения во всех отраслях экономики Украины. По состоянию на сегодняшний день законодательство в сфере эффективного использования энергетических ресурсов достаточно несовершенным. Для реализации создания правовых оснований для обеспечения соответствующего уровня энергоэффективности во всех отраслях общественного производства начиная с января 2007 Управлением нормативно-правового обеспечения энергоэффективности осуществлялась работа по подготовке и сопровождению 125 проектов нормативно-правовых актов, а также был согласован и предоставлены замечания до 100 проектов нормативно- правовых актов. Таким образом, обеспечение правового регулирования отношений в сфере энергоэффективности и внедрения механизмов государственного регулирования в этой сфере на протяжении последних лет осуществлялось в основном через принятие подзаконных нормативно-правовых актов: указы Президента Украины, постановлений и распоряжений Правительства и приказов Госкомэнергосбережения.

На сегодня в сфере эффективного использования энергетических ресурсов действуют около 200 нормативно-правовых актов, система стандартов и значительное количество нормативно-методических документов.[15]

Эти акты и документы путем прямого или косвенного правового воздействия на отношения в сфере эффективного использования энергетических ресурсов позволили создать структуру государственного управления и контроля в сфере эффективного использования энергетических ресурсов, внедрить систему нормирования топливно-энергетических ресурсов, понятие энергетического аудита, систему государственной экспертизы по энергосбережению и национальных стандартов по энергосбережению, установить санкции за нарушение законодательства в сфере энергосбережения. Однако, следует заметить, что несмотря на проводимую в течение последнего десятилетия работу по созданию правовой базы энергосбережения, на сегодня основным законом, регулирующим отношения в сфере энергоэффективности в Украине остается Закон Украины "Об энергосбережении". Определяющим недостатком действующего этого закона является отсутствие четко определенных методов правового регулирования в сфере энергоэффективности и средств его внедрения.[17]

4. Обзор исследований и разработок по теме магистерской работы

Методика теплового расчета жаротрубного котла

На рисунке 1 приведена модель жаротрубного котла малой мощности для систем ЖКХ.

В качестве исходных материалов используются данные, полученные при обработке отчетов екологотеплотехничесних испытаний и режимных карт котельной № 4 ПО «Харцизьктепломережа» г. Харцызска. При тепловом расчете следует пользоваться исходными материалами на основе данных, режимно-наладочных и екологотеплотехничних испытаний режимных карт котельной № 4. Исходными данными являются размеры дымогарных труб первого и второго конвективных пучков с фиксированным количеством, внутренним и наружным диаметром и длиной. Параметры топочного объема выбираются исходя из размеров жаровой трубы является топкой (диаметр, длина). Выбор рабочего давления газа осуществляется в зависимости от давления, необходимого потребителям и устанавливается инспектором котлонадзора в зависимости от марки жаротрубного котла и его технического состояния. Определение температуры питательной воды tжв осуществляется исходя из температуры обратной воды и очистки путем Na-катиониування.[18] - [21] Классическая последовательность теплового расчета сохраняется.

Предварительно определялся объем воздуха и продуктов сгорания в расчете на 1 м3 газообразного топлива. Так как присосы воздуха не содержат трехатомных газов, то объем этих газов VСО2 от коэффициента избытка воздуха не зависит, во всех газохода остается постоянным и составляет теоретическом.Тепловой баланс котельного агрегата состоит по величине теплотворной способности топлива принимается 100%. Уравнение теплового баланса устанавливает распределение тепла топлива по различным статьям расходов. Температура продуктов сгорания за котлом для составления теплового баланса определялась предварительно по приближенной формуле для котлов с жаровыми трубами. За котлом температуру газов при составлении теплового баланса брали от 150 до 1800С.[4] Предварительно принято при составлении теплового баланса температура уходящих газов за котлом уточняется затем в тепловом расчете котла. В случае существенных расхождений между предыдущей и полученной в конце расчета температурами необходимо задаться другим температурой и составить повторный тепловой баланс.[22] - [23]

Жаротрубный котел

Рисунок 1 – Жаротрубный котел для систем ЖКХ

5. Совершенствование процессов интенсификации с помощью математического моделирования

Совершенство процессов перемешивания не только в горелке, но и в факеле определяет допустимую величину теплового напряжения, вид и характер факела горения. Однако в жаротрубных котлах малой мощности с центральной подачей газа двухрядное расположение сопел не способствует улучшению смесеобразования, поэтому не обходимо улучшить смесеобразование газа и воздуха, располагая газовые сопла в один ряд для лучшего распределения газа и уменьшая их диаметр. Для определения оптимального варианта диаметры газовыпускных отверстий изменились в сторону их увеличения или уменьшения в диапазоне 30 – 70%, после чего проводили расчеты конструктивных параметров горелочного устройства.[9] -[10]

Для анализа теплоотдачи мы выбираем наиболее приемлемые формулы. При этом в качестве определяющей температуры принята средняя температура газов в трубе , а определяющий размер – внутренний диаметр трубы .В связи с отсутствием данных, которые влияют на изменения температуры дымовых газов на коэффициент теплоотдачи от стенки жаровой трубы к рабочему телу, необходимо для каждого котла строить номограммы определяющих зависимостей.

Расчеты показали, что для обеспечения температуры уходящих газов не выше 160 0С, коэффициент теплоотдачи должен быть в пределах a=82,5-84,7 кДж/м2ч0С. Данное предложение может быть использовано как энергосберегающее, при условии контроля сжигания топлива по составу отходящих газов.[6] - [8]

Таким образом, математическая модель ЖК позволяет, выбрав оптимальный коэффициент теплоотдачи, рассчитать конечные параметры показателей работы котла и прогнозировать процессы, протекающие при сжигании топлива.

Снижение температуры уходящих газов с 2500С до 1600С позволяет снизить потери тепла с химическим недожогом, повысить КПД котла до 90,5%, а также снизить удельный расход топлива, что в свою очередь приводит к уменьшению выбросов NOх в атмосферу.[24] - [42]

ПРИМЕЧАНИЕ: На момент написания данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение – декабрь 2012 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Болгарский А.В. и др.Термодинамика и теплопередача. Учеб. для ВУЗов. Изд. 2-е перераб. и доп. М.,Высшая школа, 1975, 495с. с ил.
  2. Самарский А.А., Выбищевич П.Н., Вычислительная теплопередача, -М.: Едитоиал УРСС 2003, 784с.
  3. Мигай В.К., Моделирование теплообменного энергетического оборудования. - Энергоатомиздат. Ленеград.отдел., 1987. -264с. с ил.
  4. Иванов Ю.В., Основы расчета и проектирования газовых горелок, Гос. науч. издат.нефтяной и горно-топливной литературы, М.: 1963, 364с.
  5. В.П. Исаченко, В.А. Осипова, Теплопередача, изд. 3-е перераб и доп., Мин. высш. и сред. образования, 1975, 384с.
  6. Щеголев М.М., Топливо, топки и котельные установки, Изд. 4-е перераб., Гос. издат. литературы по строительству и архитектуре, Москва, -1953, 546с.
  7. Под ред. А.А. Жукаускаса и проф. Калинина Э.К., Интенсификация теплообмена,Тем. сборник, Вильнюсь, 1988, 189с.
  8. В.Р. Кулинченко, Справочник по теплообменным расчетам, Киев. - Техника, 1990, 167с.
  9. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов., М:.- НПО ОБТ, 1993 - 192 с.
  10. Ионин А.А. Газоснабжение:Учеб.для вузов.-4-еизд., перераб. и доп. - М.:Стройиздат,1989. - 439 с.
  11. Соколов Б.А. Котельные установки и их эксплуатация: Учебник для ПТУ: Электронная библиотека.-2-е изд., испр..-М: Академия,2007.-432 c.
  12. Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы: Электронная библиотека.-Москва-Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика",2003.-592 c.
  13. Тарасюк В.М. Эксплуатация котлов: Настольная книга для операторов котельных.-К: Основа,2000.-285 c.
  14. Чеботарев В.П. Справочник работника газифицированных котельных: Настольная книга обсл. персонала котельных.-К: Основа,2000.-298 c.
  15. Сборник правил и нормативно-технических документов по котлонадзору / Сост. А.А. Тихомиров.-М: Машиностроение,1993.-542 c.
  16. Зеркалов Д.В. Експлуатація котельних установок: Довідник.-К: Техніка,1992.-144 c.
  17. Указатель руководящих документов Минэнерго СССР, действие которых распространяется на водогрейные котлы ТЭЦ и районные водогрейные котельные предприятий тепловых сетей (По состоянию на 01,07.90): РД 34.01.201-90: Электронная библиотека.-М,1990
  18. Котлер В.Р. Специальные топки энергетических котлов.-М: Энергоатомиздат,1990.-104 c.
  19. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности .-М: Энергоатомиздат,1989.-487 c.
  20. Борщов Д.Я. Устройство и эксплуатация отопительных котельных малой мощности: Уч. пособие.-М: Стройиздат,1982.-360 c.
  21. Днепров Ю. В. и др. Монтаж котельных установок малой и средней мощности: Уч. для СПТУ / Д. Н. Смирнов, М. С. Файнштейн.-3-е изд., перераб. и доп.-М: Высшая школа,1980.-335 c.
  22. Либерман Н. Б., Нянковская М. Т. Справочник по проектированию котельных установок систем централизованного теплоснабжения (Общие вопросы проектирования и основное оборудование).-М: Энергия,1979.-224 c.
  23. Гидравлический расчёт котельных агрегатов: Нормативный метод / Под ред. В. А. Локшина.-М: Энергия,1978.-255 c.
  24. Павлов И.И., Федоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети.-2-е изд., перераб. и доп.-М: Стройиздат,1977.-304 c.
  25. Панин В.И. Котельные установки малой и средней мощности: Учебник для ПТУ.-4-е изд., перераб. и доп.-М: Стройиздат,1975.-382 c.
  26. Юдаев Б.Н. , Теплопередача, Высшая школа, 1973 г. 254 с.
  27. Введение в ANSYS: прочностной и тепловой анализ А.С. Шалумов, А.С. Ваченко, О.А. Фадеев, Д.В. Багаев 2002
  28. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости С. Патанкар 1984
  29. Основы технической теплофизики В.М. Фокин, Г.П. Бойков, Ю.В. Видин 2004
  30. Математическая теория процессов переноса в газах Дж. Ферцигер, Г. Капер 1976
  31. Тепломассообмен. Учебное пособие для вузов. Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев, 2005
  32. Основы энергосбережения в вопросах теплообмена. В.М. Фокин, Г.П. Бойков, Ю.В. Видин, 2005
  33. Васильев А.В. "Особенности водного режима при эксплуатации современных жаротрубных водогрейных котлов" [Электронный ресурс] / - file://E:\Рос.ТеплоRU
  34. Повышение надёжности жаротрубных водогрейных котлов / Васильев А.В., Антропов Г.В., Баженов А.И. и др. / Промышленная энергетика,1998, № 7, с.28 - 32
  35. Зависимости для тепловых расчетов жаротрубных пусков котлов малой мощности / Д.В. Степанов, С.И. Ткаченко, Л.А.Боднар и др. / Энергетика и энергомеханика, 2006, № 2, с. 31-40
  36. Критерии оценки эффективности жаротрубного пучка с интенсификацией теплообмена для котлов малой мощности / Д.В. Степанов,Л.А.Боднар / Энергетика и электротехника, 2008, № 4, с.1-7
  37. Математическое моделирование и компьютерные технологии в задачах проектирования энергетических паровых котлов / В.С. Беднаржевский / Вычислительные технологии, 2002, Том 7, №6, с.13-23
  38. Математическое моделирование теплообменных процессов в жаротрубном элементе водогрейного котла малой мощности / Д.В. Степанов, С.И. Ткаченко, Л.А.Боднар ид р./ Энергетика и электротехника, 2007, № 2, с.76-79
  39. Эксперементальное исследование интенсификационного телообмена в жаротрубном водогрейном котле малой мощности / Д.В. Степанов, С.И. Ткаченко, Л.А.Боднар и др./ Энергетика и электротехника, 2008, № 2,с. 44-47
  40. Эксперементальное исследование тпелообмена в жаротрубном водогрейном котле/ Д.В. Степанов, С.И. Ткаченко, Л.А.Боднар и др./ Энергетика и электротехника, 2008, № 1,с. 43-45
  41. Жаротрубные (дымогарные) котлы.Электронный ресурс: http://goodfire.at.ua/publ/zharotrubnye_dymogarnye_kotly/1-1-0-3
  42. ЖАРОТРУБНЫЕ КОТЛЫ. Электронный ресурс: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-116-topki-kotly/45.htm