Отзыв оппонента 2 (Разработка математических и компьютерных моделей переноса тепла, массы, импульса для систем тепло- и водоснабжения)

отзыв официального оппонента на диссертационную работу Бран филевой Анастасии Николаевны «Разработка математических и компьютерных моделей переноса тепла, массы, импульса для систем тепло — и водоснабжения», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности О!.04.14 — Теплофизика и теоретическая теплотехника. Актуальность .гемы Известно, что значительная часть тепловых сетей работают в условиях тепловых и гидравлических режимов, существенно отличающихся от оптимальных. Это связанно с тем, что при разработке режимов их работы не используются компьютерные модели, позволяющие выполнять расчеты сложных многокольцевых трубопроводных сетей с использованием электрогидравлической аналогии. Математическое и компьютерное моделирование процессов переноса тепла, массы и импульса, являясь компонентом многих, как научных, так и прикладных исследований, находит широкое применение во многих отраслях промышленности.

Ввиду интенсификации производства возникает необходимость выполнения исследований для малых и сверхмалых значений времени, а также для быстропротекающих процессов. Математические модели, основанные на классических уравнениях переноса, выведенных из условия бесконечной скорости распространения потенциалов исследуемых полей, в указанных временных интервалах оказываются несостоятельными, В связи с этим, тема работы, связанная с построением компьютерных моделей гидравлических сетей, а также с разработкой новых моделей процессов переноса, является актуальной.

Общая оценка содержания диссертации В иеужой ~лаве диссертацим, посвященной обзору работ в избранном направлении исследований, приводятся сведения о современном состоянии в области разработки аналитических методов решения краевых задач, выполняется анализ современных методов решения краевых задач переноса тепла, массы, импульса, сформулированы имеющиеся проблемы и намечены возможные пути их решения. Даются сведения об авторах, которые внесли наибольший вклад в решение указанных проблем. Во второй главе приведены теоретические основы разработки компьютерных моделей многокольцевых трубопроводных систем разного назначения, в основе которых лежит теория гидравлических сетей. Она имеет некоторые общие физико — математические положения с теорией электрических сетей.

В качестве главного математического аппарата применяются теория графов, алгебра матриц и векторов. Приведены результаты исследований, выполненных на компьютерных моделях тепловых сетей централизованного теплоснабжения г. Самара, а также циркуляц ионных систем ТЭЦ Волжского автомобильного завода и Тольяттинской ТЭЦ. Приводятся также исследования совместной работы циркуляционных насосов с регулируемым и нерегулируемым приводом, выполненные на компьютерной модели внутреннего контура теплосети Самарской ТЭЦ. Дано сравнение регулирования задвижкой и насосом с регулируемым приводом.

Получена кривая экономии мощности как функции расхода через насос с регулируемым приводом. В третьей главе диссертации приводятся результаты исследований, связанные с построением объединенной компьютерной модели теплосети централизованного теплоснабжения г. Самара, включающей пять крупных источников теплоты: Самарская ТЭЦ, Безымянская ТЭЦ, Самарская ГРЭС, Центральная и Привокзальные отопительные котельные. Исследования, выполненные на математической модели, позволили оптимально перераспределить тепловую нагрузку между указанными источниками, исходя из удобства их расположения, отметки высоты на местности, а также удаленности от запитываемых объектов. В четвертой главе рассмотрены задачи по математическому моделированию тепловых и гидравлических процессов в движущихся жидкостях. В частности, получено точное решение волнового уравнения„ описывающего распределение давления в жидкости в случае гидравлического удара в трубопроводе.

В этой же главе, используя понятие фронта теплового возмущения, а также, привлекая дополнительные граничные условия, найдено аналитическое решение задачи теплообмена в жидкости (задача Гретца — Нуссельта), позволяющее проводить исследование ее температурного состояния в широком диапазоне продольной переменной, включая малые и сверхмалые значения. Кроме этого, получено аналитическое решение задачи теплообмена в турбулентном пограничном слое с использованием гипотезы пути перемешивания Прандтля и известных эмпирических законов распределения скоростей и толщин пограничных слоев на основе введенного понятия фронта температурного возмущения. Анализ результатов расчетов позволяет заключить, что тепловой пограничный слой в турбулентном динамическом пограничном слое более чем в 2 раза меньше теплового пограничного слоя, формирующегося в ламинарном динамическом пограничном слое.

Следует отметить, что в диссертационной работе использован известный принцип математического моделирования на основе теории подобия различных физических процессов, в частности, для моделирования гидравлических течений используется теория электрических цепей и ее два основных закона Кирхгофа. Однако, для течения жидкости в трубопроводных сетях эти законы выполняются приближенно с отклонением в местах разветвления сетей и в местах высокой кривизны трубопроводов изза возникновения вихревых течений.

Положительным является тот факт, что компьютерные модели, используемые в настоящей работе, позволяют производить автоматическую идентификацию с целью приближения модели к реальной гидравлической сети. При этом погрешность идентификации в зависимости от количества используемых для этих целей экспериментальных данных составляет 3 — 5;4.

Научнаи новизна полученных результатов 1, Разработаны математические и компьютерные модели, основанные на электрогидравлической аналогии, применительно к расчету скоростей и давлений в жидкостях, движущихся в сложных трубопроводных системах. 2. Разработана объединенная компьютерная модель теплосети централизованного теплоснабжения г.

Самара, позволяющая выполнить оптимальное распределение нагрузки между используемыми источниками теплоты. 3. Построены компьютерные модели цирксистем Тольяттинской ТЭЦ и ТЭЦ "ВАЗа", позволяющие определять основные причины их малой эффективности, а также разрабатывать рекомендации по увеличению расходных характеристик. 4.

Получена кривая зкономии мощности в группе параллельно работающих насосов при использовании одного насоса с регулируемым приводом, позволившая определить экономический эффект от его применения. 5. Найдено точное аналитическое решение волнового гиперболического уравнения, описывающего распределение давления жидкости при гидравлическом ударе в трубопроводе, позволяющее определять зпюру затухающих колебаний давления, их амплитуду и время полного затухания. 6. На основе . определения фронта теплового возмущения с использованием дополнительных граничных условий найдено аналитическое решение краевой задачи для теплового пограничного слоя.

Практическая значимость результатов работы Полученные результаты были использованы на ряде крупных промышленных объектов. И, в частности, на основе компьютерных моделей теплосетей Самарской и Безымянской ТЭЦ, Самарской ГРЭС, Центральной и Привокзальной отопительных котельных, была создана компьютерная модель объединенной теплосети централизованного теплоснабжения г.

Самары, а также разработаны компьютерные модели циркуляционных систем и ТЭЦ Волжского автомобильного завода и Тольяттинской ТЭЦ. В настоящее время для решения широкого круга проблем управления развитием и функционированием тепловых систем энергетики требуется разработка и внедрение новых информационных и ресурсосберегающих технологий. К ним относится используемое в диссертации направление построения математических и компьютерных моделей энергетических процессов и тепловых систем, позволяющих оперативно выполнять расчеты большого числа различных вариантов работы системы, включая варианты модернизации и реконструкции, выбирая затем наиболее оптимальные из них.

Рекомендации по дальнейшему использованию результатов работы Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при построении математических и компьютерных моделей сложных многокольцевых трубопроводных сетей ~теплосетей, циркуляц ионных систем, водопроводов и др.), а также в научно — исследовательских и проектных организациях, занимающихся проектированием и производством соответствующего оборудования. Степень обоснованности и достоверности полученных научных результатов Достоверность и обоснованность полученных в диссертации результатов подтверждается соответствием разработанных моделей реальным процессам переноса, протекающим в конкретных технических устройствах, что объясняется использованием при построении моделей известных классических законов сохранения.

Достоверность подтверждается также сравнением поученных в диссертации результатов с известными точными и приближенными аналитическими решениями, а также с результатами численных решений и натурных экспериментов. Апробация диссертации и публнкациц Наиболее значимые положения диссертации были доложены на трех Международных научно — технических конференциях и на объединенном научном семинаре Самарского государственного технического университета. Следует отметить достаточно высокий уровень публикаций автора диссертации. Так из пятнадцати печатных работ восемь опубликованы в рецензируемых журналах из перечня ВАК, среди которых: журналы "Теплоэнергетика", "Известия Вузов.

Проблемы энергетики" и одна публикация в зарубежном журнале. Имеющиеся публикации достаточно полно отражают основное содержание диссертации. Связь диссертации с государственными программами и планами научных исследований Исследования выполнялись в соответствии с Аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы» по тематическому плану НИР №55 1~02 «Разработка нового направления получения аналитических решений краевых задач математической физики на основе определения фронта температурного возмущения и дополнительных граничных условий», а также при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части государственного задания ФГБОУ ВО «СамГТУ» 1'код проекта: 1273).