Диссертация (1090499), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В.,Розановым И. Ю., Сажным Б. С., Кесояном Г. А., Тюриным М. П.].Методы исследованияПривыполнениидиссертационнойработыбылииспользованыфундаментальные закономерности протекания тепломассобменных процессов.Теоретическое описание этих процессов базируется на совместном рассмотренииуравнений сохранения массы, энергии и импульса. Численное решение системыуравненийкомплексов.выполнялосьсиспользованиемсовременныхпрограммных8Достоверность научных положений и выводов обусловлена применениемкорректных теоретических предпосылок и математических методов решениязадач и обработки экспериментальных данных, использованием современногооборудования и приборов, а также хорошим соответствием теоретических иэкспериментальных данных.Практическая значимость работыРазработанаоригинальнаяконструкциязакрытогодвухфазноготермосифона с регулируемым теплопереносом, предназначенного для утилизациятеплоты высокотемпературных выбросов.Наоснованиитеоретическихиэкспериментальныхисследованийразработаны инженерные методы расчёта и алгоритм их реализации длязакрытогодвухфазноготермосифонасрегулируемымтеплопереносом,предназначенного для утилизации теплоты высокотемпературных выбросов.Проведена реконструкция технологической схемы установки производствапищевых фосфатов с целью повышения её энергетической и экологическойэффективностей с применением двухфазного закрытого термосифона.Даны рекомендации по использованию аппарата в системах утилизациитеплоты высокотемпературных газовых выбросов.Результатытеоретическихиэкспериментальныхисследованийиспользуются в учебном процессе при чтении лекций, также при проведениипрактических и семинарских занятий.Положения, выносимые на защитуматематическое описание процессов тепломассообмена применительно кзакрытому двухфазному термосифону с регулируемым теплопереносом, с учетомвзаимодействия с внешней средой в условиях близких к реальным, позволяющееопределить эффективность протекающих в нём процессов;результатыматематическоечисленногоописаниерешенияпроцессовпроцессовтепломассообменатепломассобменаприменительнокзакрытому двухфазному термосифону с регулируемым теплопереносом, с учетомвзаимодействия с внешней средой в условиях близких к реальным, позволяющее9определить эффективность протекающих в нём процессов;результатыэкспериментальныхисследований,подтверждающиеадекватность математической модели и результаты аналитических исследований;принципиальнаятехнологическаясхемапромышленнойустановкииспользования теплоты продуктов сгорания для подогрева рабочих растворов дляраспылительной сушки.Апробация работы.Результаты работы докладывались на международной конференции похимическойтехнологииХТ’12(Москва-2012),международныхнаучно-технических конференциях «Дизайн, технологии и инновации в текстильной илегкой промышленности» (Москва - 2013, 2014, 2015 гг.), всероссийской научнойконференции «Математика, информатика, естествознание в экономике и обществе(МИЕСЭКО2014)»(Москва-2014),международнойнаучно-практическойконференции «Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы ирезультаты»(Новосибирск-2014),международнойнаучно-практическойконференции «Инновации, качество и сервис в технике и технологиях» (Курск2014), всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущеемашиностроения России» (Москва-2014), Первых Международных Лыковскихнаучных чтениях, посвящённых 105-летию академика А.В.
Лыкова, «Актуальныепроблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различныхотраслях промышленности и агропромышленном комплексе» (Москва – 2015),международной научно-технической конференции, посвящённой 105-летию содня рождения А. Н. Плановского «Повышение эффективности процессов иаппаратов в химической и смежных отраслях промышленности» (Москва – 2016).Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ вотечественных научных журналах и сборниках.
В их число входят 2 статьи визданиях, рецензируемых ВАК, 1 статья в журнале, включенном в глобальныйиндекс цитирования Scopus, 2 патента на изобретение.Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов,списка литературы из 140 наименований. Работа изложена на 147 страницах.10ГЛАВА1.ОБЗОРПОСВЯЩЕННЫХИАНАЛИЗЛИТЕРАТУРНЫХИССЛЕДОВАНИЮИСТОЧНИКОВ,ТЕПЛОВЫХТРУБИТЕРМОСИФОНОВ1.1.Классификацияиособенностиработытепловыхтрубитермосифонов[7, 8, 9] [10, 11, 12, 8, 13, 14, 15, 16, 17] [18, 19, 20, 21, 22].Благодаря высокой эффективности и компактности тепловые трубы находятширокое применение в процессах утилизации тепла и сохранения энергии.Все тепловые трубы можно разделить на две основные группы —фитильные и бесфитильные тепловые трубы, или термосифоны (рис.
1.1).Физические основы, технология изготовления и области применения фитильныхтепловых труб рассмотрены в работах [7 – 22] . Фитильные тепловые трубы могутуспешно работать как в условиях гравитации, так и в условиях невесомости, чтообуславливает специфику их применения. С другой стороны, фитильнаяструктура создает дополнительное сопротивление для движения конденсата, врезультате чего предельные тепловые потоки в фитильных тепловых трубахсущественно меньше, чем в термосифонах [10].Тепловые трубы характеризуются следующими основными свойствами:1.Высокая эффективность теплопередачи.
Тепловые трубы обладаютэффективной теплопроводностью в сотни раз выше, чем материалы, имеющиесамую высокую теплопроводность, например, медь.2.Изотермичность теплообменных поверхностей тепловых труб. Этосвойство в значительной степени определяет уникальность тепловой трубы кактеплообменного устройства. Оно связано с тем, что теплообмен в тепловыхтрубах осуществляется при испарении и конденсации рабочего тела.3.Способность передавать теплоту при плотности теплового потока восевом направлении на несколько порядков выше, чем в устройствах, где теплотапередается за счет изменения энтальпии теплоносителя.!10!11Тепловые трубыФитильныеБесфитильныеЦентробежныеЭлектрогидродинамическиеГравитационныеМагнитогидродинамическиеОднофазныеПротивоточныеОсмотическиеДвухфазныеС организованнойциркуляциейтеплоносителяРисунок 1.1.
Классификация тепловых труб.Рисунок 1.1 – Классификация тепловых труб.Области использования тепловых труб можно условно разделить на шестьОбласти использования тепловых труб можно условно разделить на шестьклассов:классов:1.Теплопередача (нагрев или охлаждение).1.Теплопередача (нагрев или охлаждение).2.Пространственное разделение источника и стока теплоты при2.Пространственное разделение источника и стока теплоты притеплопередаче.теплопередаче.3.Термостатирование.3.Термостатирование.4.Трансформация теплового потока.4.Трансформация теплового потока.5.Регулирование температуры.5.Регулирование температуры.6.Тепловые диоды и выключатели.6.Тепловые диоды и выключатели.Термосифон является простейшим случаем тепловой трубы. ДвухфазныйТермосифон является простейшим случаем тепловой трубы.
Двухфазныйзакрытый термосифон представляет собой, по сути, гравитационнуюзакрытый термосифон представляет собой, по сути, гравитационнуюбесфитильную тепловую трубу.бесфитильную тепловую трубу.На рис. 1.2 представлена принципиальная схема двухфазного закрытогоНа рис. 1.2 представлена принципиальная схема двухфазного закрытоготермосифона с тремя характерными участками: 1 – испарительный участок, гдетермосифона с тремя характерными участками: 1 – испарительный участок, гдетеплота подводится к системе; 2 – конденсаторный участок, где теплотатеплота подводится к системе; 2 – конденсаторный участок, где теплотаотводится от системы; 3 – транспортный (адиабатный) участок, соединяющийотводится от системы; 3 – транспортный (адиабатный) участок, соединяющийиспаритель и конденсатор.испаритель и конденсатор.12Рисунок 1.2 – Принципиальная схема термосифонаЗакрытый двухфазный термосифон работает следующим образом: приподводе теплоты к испарителю теплоноситель испаряется, образующийся пардвижется в конденсатор, где конденсируется на стенках, отдавая теплотуфазового перехода охлаждающей среде.
В свою очередь конденсат под действиемгравитационных сил движется в испаритель. Процессы в термосифоне протекаютнепрерывно, что обеспечивает передачу теплоты от одной зоны к другой. Втранспортной зоне обычно создаются адиабатные условия, т. е. теплота неподводится и не отводится через стенки термосифона.Стандартная тепловая труба по конструкции аналогична термосифону, но втепловой трубе на внутренней стенке укреплен фитиль, сделанный, например, изнескольких слоев тонкой сетки, и конденсат возвращается в испаритель поддействием капиллярных сил.
В тепловой трубе на расположение испарителя ненакладывается никаких ограничений, и она может работать при любойориентации. Термин «тепловая труба» применяется также к высокоэффективнымтеплопередающим устройствам, в которых возврат конденсата осуществляетсядругими способами, например, под действием центробежных сил.Ниже приведены основные виды возврата конденсата.ГравитацияТермосифонКапиллярные силыСтандартная тепловая трубаЦентробежные силыВращающаяся тепловая труба13Электростатические объемные силыЭлектрогидродинамическаятепловая трубаМагнитные объемные силыМагнитогидродинамическаятепловая трубаОсмотические силыОсмотическая тепловая трубаДля оптимальной работы тепловая труба должна обладать невысокимтермическимсопротивлениемили,чтотожесамое,высокойтепловойпроводимостью, определяемыми выражениями:==гор − холгор − хол(1.1)(1.2)1.2.
Анализ факторов, лимитирующих работу тепловых трубФакторы, лимитирующие работу тепловых труб, представлены на рис. 1.3.Позиции и формы кривых, изображенных на рис. 1.3 зависят от материалафитиля, типа рабочей жидкости и геометрии тепловой трубы. Помимоприведённых факторов необходимо также учитывать и ограничение, связанное суровнем рабочей жидкости.Рисунок 1.3 – Ограничения теплопереноса в тепловой трубе [7].14Капиллярное ограничение.Длямаксимальное капиллярное давлениеработыфитильнойтепловой трубыPкmax должно быть выше, чем общийперепад давления в трубе. Этот перепад давления складывается из трехкомпонентов.1.Перепад давленияPж, необходимый для возвращения жидкостииз конденсатора в испаритель.2.Перепад давленияPп, необходимый для течения пара изиспарителя к конденсатору.3.Давление, обусловленное гравитационным напоромможетбытьравным0,приниматьP g, котороеположительныеилиотрицательные значения в зависимости от угла наклона тепловойтрубы.Для надлежащей работы тепловой трубы, необходимо выполнение условия:Pкmax ≥ Pж + Pп + Pg(1.3)Если это условие не выполняется в испарительной части тепловой трубы, тофитиль будет высыхать.
Максимальный возможный тепловой поток, при которомвыполняется условие 1.2, носит название капиллярного ограничения. Какправило, капиллярное ограничение определяет максимальный тепловой поток набольшей части рабочего диапазона.Звуковой предел. В процессе пуска или при использовании в качестверабочих жидкостей высокотемпературных жидких металлов, скорость пара можетдостигать значений скорости звука. Скорость звука накладывает ограничения напроизводительность тепловой трубы.
Достигается состояние, которое носитназвание "запирание" канала тепловой трубы. При этом, если уменьшатьтемпературу в зоне конденсации, то тепловая труба потеряет свойствоизотермичности - по ее длине будет наблюдаться значительный градиенттемператур. При скоростях, приближающихся к скорости звука, необходимоучитывать сжимаемость пара при расчетах перепада давления пара.15Ограничение по вязкости или по давлению пара.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
