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

1Отзыв официального оппонентана диссертационную работу Бранфилевой А.Н. «Разработка математическихи компьютерных моделей переноса тепла, массы, импульса для систем тепло− и водоснабжения», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 − Теплофизика и теоретическая теплотехникаАктуальность темы и связь диссертацииКомплексная программа повышения надежности и энергоэффективно-сти тепловых сетей предусматривает создание электронных компьютерныхмоделей схем теплоснабжения с учетом анализа их фактического состояния.Их использование необходимо для повышения уровня надежности и обеспечение безаварийности работы теплоснабжающих систем. В этом направленииважнейшей проблемой, которую необходимо решать, является защита тепло-вых сетей от тепловых и гидравлических ударов. Учитывая сложность решения дифференциальных уравнений Навье − Стокса, описывающих гидроди-намику потоков жидкостей, необходимо рассматривать и другие направленияисследования давлений, скоростей и расходов движущихся жидкостей.

Кчислу этих направлений относится метод электрогидравлической аналогии, воснове которого лежит аналогия между распределением электрического токав проводниках с распределением потенциалов давлений и скоростей в дви-жущихся жидкостях. Поэтому тему диссертации, посвящённой разработкематематических и компьютерных моделей, описывающих распределениескоростей и давлений движущихся жидкостей, а также моделей, позволяющих находить назначения эти параметров для малых и сверхмалых значенийвремени, следует признать актуальной.Общая оценка содержания диссертации и ее завершенностиВ обзоре работ, представленном в первой главе диссертации, приводятсясведения о современном состоянии в разработки аналитических методоврешения краевых задач.

И, в частности, выполнен критический анализ со-2временных методов решения краевых задач переноса тепла, массы, импульса.Даются сведения об авторах, которые внесли наибольший вклад в решениеуказанных проблем. По результатам обзора работ сформулированы имеющиеся проблемы в указанных областях исследований.Во второй главе приведены основы разработки теоретических и компь-ютерных моделей многокольцевых трубопроводных систем различного на-значения. Данный метод был использован для разработки компьютерных моделей циркуляционных систем ТЭЦ Волжского автомобильного завода иТольяттинской ТЭЦ. Результаты исследований цирксистемы ТЭЦ ВАЗа, вы-полненных на модели, позволили сделать важное практическое заключение онедопустимости объединения правой и левой подсистем, работающих в на-стоящее время раздельно. Отметим, что первоначально цирксистема проектировалась для совместной работы.Исследования режимов работы цирксистемы ТоТЭЦ позволили сделатьвывод о том, что наиболее существенной проблемой здесь является рассогласование уровней жидкости в чашах градирен правой (Гр-1,2) и левой (Гр-3,4,5,6) ее частей.

Разность уровней при открытых задвижках составляет 5 м.Основной причиной является более высокое гидравлическое сопротивлениеградирен 1,2 в сравнении с градирнями 3,4,5,6. Для уменьшения несоответствия уровней в чашах градирен рекомендуется увеличение количества сопелна градирнях 1,2.Во второй главе также приводятся результаты исследования совместнойработы циркуляционных насосов с регулируемым и нерегулируемым приво-дом, выполненного на компьютерной модели внутреннего контура теплосетиСамарской ТЭЦ. Дано сравнение двух методов регулирования давления: за-движкой на выходе насоса и насосом с регулируемым приводом. Исследова-ния показали, что один регулируемый насос, установленный в группе параллельно работающих насосов, регулирует расход в сети в пределах расходаданного насоса.

При этом экономия затрачиваемой мощности по сравнению с3регулированием с помощью задвижки определяется величиной расхода черезнасос с регулируемым приводом. В диссертации построена кривая экономиимощности для системы, включающей шесть параллельно соединённых насосов СЭ – 2500 – 130, один из которых с регулируемым приводом.

Показано,что экономия затрачиваемой мощности может достигать 600 кВт.В третьей главе приводятся результаты исследований объединенной те-плосети централизованного теплоснабжения г. Самары на компьютерной модели. Для того чтобы максимально приблизить модель к реальной теплосети,выполнена ее идентификация. Для этого использованы экспериментальнополученные расходы и давления в различных точках сети. В результате идентификации, сопротивления участков модели изменены так, чтобы определяемые из расчета результаты наименее отличались от экспериментальных данных.

Процесс идентификации модели автоматизирован, её точность состав-ляет 3 – 5 % в зависимости от числа экспериментальных точек. С помощьюобъединённой компьютерной модели выполнен анализ текущего состояниятеплосети, указаны причины имеющихся проблем, намечены пути их решения, а также выполнена оценка возможностей принятия перспективной дополнительной нагрузки.В четвертой главе рассмотрены задачи по математическому моделиро-ванию тепловых и гидравлических процессов в движущихся жидкостях. И, вчастности, приведены результаты получения точного аналитического решения волнового уравнения, описывающего распределение давления в жидко-сти в случае гидравлического удара в трубопроводе. В этой же главе на основе полуэмпирической теории турбулентности Прандтля приводятся ре-зультаты разработки математической модели теплового турбулентного по-граничного слоя и найдено её аналитическое решение.

При этом использованы известные эмпирические формулы для распределения скорости и толщины динамического турбулентного пограничного слоя.Степень обоснованности научных положений, выводов4и рекомендаций, сформулированных в диссертацииДостоверность результатов подтверждается соответствием разработан-ных автором диссертации теоретических моделей физическим процессам,протекающих в конкретных технических устройствах, сравнением с извест-ными точными решениями, а также с результатами численных расчетов и натурных экспериментов. Достоверность полученных результатов обусловленанадежностью использованных экспериментальных методов исследования,взаимной согласованностью теоретических и экспериментальных данных,корректной статистической обработкой результатов.Апробация работы, публикацииРезультаты работы были доложены и обсуждены на трех Международ-ных и Всероссийских научных конференциях, а также на объединенном научном семинаре Теплоэнергетического факультета Самарского государственного технического университета.

Имеются соответствующие статьи,опубликованные в сборниках трудов этих конференций. Всего по теме диссертации опубликовано 15 статей, из них 8 в журналах, рекомендованныхВАК. Опубликованные статьи соответствуют тематике диссертации. Содержание автореферата отражает основные положения диссертации.Научная новизна полученных результатов1. На основе электрогидравлической аналогии разработаны теоретические положения, связанные с разработкой математических и компьютерных моделей сложных многокольцевых трубопроводных систем.2.

Разработана компьютерная модель теплосети г. Самара, включающаяпять источников теплоты, и позволяющая выполнить оптимальноераспределение тепловой нагрузки между ними.53. Разработаны компьютерные модели цирксистем ТЭЦ ВАЗа и Тольят-тинской ТЭЦ, позволяющие находить распределение скоростей, расходов и давлений для разрывных потоков, жидкости.4. Получено точное аналитическое решение гиперболического уравнения применительно к гидравлическому удару в трубопроводе.5. Получено приближенное аналитическое решение задачи формирования теплового пограничного слоя в турбулентном потоке жидкости,путём определения фронта температурного возмущения, и дополнительных краевых условий.Практическая значимость работыРезультаты диссертации были использованы при выполнении энергоау-дита объектов Самарского государственного технического университета впериод с 01.02.2011 по 31.12.2012 гг., а также при проведении работ с Волжской территориальной генерирующей компанией, связанных с разработкой ивнедрением компьютерных моделей перечисленных выше тепловых сетей ициркуляционных систем.

Экономический эффект от внедрения составляет 1млн. 800 тыс. руб., о чем имеется соответствующий акт внедрения, приведенный в приложениях диссертации.Рекомендации по дальнейшему использованиюРезультаты работы могут быть использованы при разработке компью-терных моделей теплосетей централизованного теплоснабжения крупных городов, заводов, теплосетей и цирксистем ТЭЦ и на других объектах. Полу-ченные в диссертации результаты рекомендуется также использовать в конструкторских и проектных организациях, связанных с разработкой и проектированием теплоэнергетического оборудования.Связь темы диссертации с государственными программами и пла-6нами научных исследованийИсследования выполнялись в соответствии с Аналитической ведомст-венной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы»по тематическому плану НИР №551/02 «Разработка нового направления получения аналитических решений краевых задач математической физики наоснове определения фронта температурного возмущения и дополнительныхграничных условий», а также при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части государственного заданияФГБОУ ВО «СамГТУ» (код проекта: 1273).Замечания по диссертации1.

Следует объяснить физический смысл динамического турбулентногопограничного слоя.2. Следует более четко сформулировать ограничения по аналогии крае-вых задач динамического и теплового пограничных слоев.3. Необходимо объяснить преимущества предлагаемых методик и про-грамм расчёта гидравлических систем по сравнению с известным (возмож-ность решать новые задачи, повышение точности расчетов, увеличение скорости расчета и др.)Заключение по диссертацииВ целом представленная работа является законченным научным трудом.Публикации и текст автореферата отражают основное содержание диссерта-ции. Тема диссертационной работы и её содержание соответствует специальности: 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника и пункту 7 Положения о порядке присуждения учёных степеней, утверждённого Постановлением Правительства РФ от 30.

01. 2002 г. № 74 (в редакции ПостановленияПравительства РФ от 20. 06. 2011 г. № 475). Диссертация соответствуетпунктам 4, 5, 6, 7, 9 из паспорта специальности 01.04.14 − «Теплофизика и.