Автореферат (Расчетно-экспериментальные исследования гидравлических характеристик трубопроводов систем теплоснабжения с учетом степени гидрофобности функциональных поверхностей)

На правах рукописиМОРОЗОВ МИХАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧРАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С УЧЕТОМ СТЕПЕНИ ГИДРОФОБНОСТИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙСпециальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетикаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20162Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждениивысшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. МоскваНаучные руководители:Официальные оппоненты:Ведущая организация:Заведующий кафедрой ПТС, доктор техническихнаук,профессорфедеральногогосударственногообразовательного учреждения высшего образования«Национальный исследовательский университет «МЭИ»,г.

МоскваРыженков Вячеслав АлексеевичДоктор технических наук, профессор кафедры ПТСфедеральногогосударственногообразовательногоучреждения высшего образования«Национальныйисследовательский университет «МЭИ», г. МоскваВолков Александр ВикторовичДоктор технических наук, профессор кафедры«Промышленнаятеплоэнергетика»ФГБОУВО«Московский политехнический университет», г. МоскваКорнеев Сергей ДмитриевичКандидат технических наук, доцент кафедры«Информационные системы, технологии и автоматизация встроительстве»ФГБОУВО«Национальныйисследовательский университет «МГСУ», г.

МоскваКитайцева Елена ХалиловнаОткрытое акционерное общество «Всероссийскийдважды орденаТрудовогоКрасногоЗнаменитеплотехнический научно-исследовательский институт»,115280, г. Москва, ул. Автозаводская, д. 14Защита диссертации состоится 22 декабря 2016 года в 11 часов 30 мин. назаседании диссертационного совета Д 212.157.21 при ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» поадресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.

17, Г-406.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» и насайте www.mpei.ru.Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенные печатьюорганизации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14,Ученый совет ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».Автореферат разослан «____» _________________ 2016 г.Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.21,кандидат технических наук, доцентТ.А. Степанова3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.

Одной из задач энергетической стратегииРоссийской Федерации на период до 2030 года является реализацияпотенциала энергосбережения в различных отраслях народного хозяйства.Среди областей, обладающих значительным потенциалом для широкоговнедрениятехнологийэнергосбереженияиповышениянадежности,являются системы теплоснабжения, в которых особое место занимаютмагистральные и разводящие трубопроводные сети, совершенствованиефункционирования которых позволяет значительно снижать потери иповышать их надежность.

Мероприятия, направленные на повышениеэффективности эксплуатации систем теплоснабжения, регулируются ФЗ-190«О теплоснабжении».Современный гидравлический расчет системы теплоснабжения, какправило, производится с учетом постепенного увеличения, в процессеэксплуатации, гидравлического сопротивления в 2 раза.

Следует отметить,чтофактическоеувеличениегидравлическогосопротивлениятрубопроводных сетей систем теплоснабжения, находящихся в эксплуатации30 лет, с соблюдением всех норм функционирования, составляет 3 и болеераз, а затраты на транспортировку теплоносителя в распределенных сетяхиногда значительно превышают его себестоимость.Существующие на сегодняшний день технологии изменения степенисмачиваемости, в частности гидрофобизация, функциональных поверхностейтрубопроводов позволяют изменять их гидравлические характеристики.Гидрофобизация внутритрубных поверхностей обеспечивает снижениегидравлического сопротивления потока теплоносителя и приводит куменьшению затрат электроэнергии на привод насосов.

В связи в этимэкспериментальное и расчетное изучение влияния степени гидрофобностифункциональныхповерхностейнагидравлическиехарактеристикитрубопроводов с целью снижения затрат на транспортировку теплоносителя,4и как следствие повышение эффективности систем теплоснабжения, являетсяактуальной задачей.Цель работыповышениезаключается в разработке метода, направленного наэффективностиэксплуатацииисовершенствованиягидравлического расчета трубопроводных сетей систем теплоснабжения смодифицированными,наосновегидрофобизации,функциональнымиповерхностями.Объектами исследования являются трубопроводные сети системтеплоснабжения.Основными задачами работы являются:1)Анализ состояния, проблем и особенностей эксплуатации системтеплоснабжения.2)Экспериментальноеопределениевлияниягидрофобизацииплоских поверхностей на их гидравлическое сопротивление.3)Проведение экспериментальных и расчетных исследований поопределениювлияниястепенигидрофобностифункциональныхповерхностей трубопроводов систем теплоснабжения на их гидравлическиехарактеристики.4)Разработкатеплоснабжениясметодаучетомгидравлическогостепенигидрофобностирасчетасистемфункциональныхповерхностей трубопроводов.Научная новизна работы состоит в следующем:1.Разработан метод целенаправленного повышения эффективностиэксплуатацииисовершенствованиягидравлическогорасчетатрубопроводных сетей систем теплоснабжения с гидрофобизированнымифункциональными поверхностями.52.Наосновеэкспериментальныхисследованийзависимости снижения гидравлического сопротивленияполученыP от измененияуглов скатывания  поверхности для трубопроводов различного диаметра.3.На основе программного пакета FlowVision разработан методгидравлическогорасчетаиопределеноизменениеэквивалентной Э мод /  Эисх в зависимости от характеристики состоянияшероховатостифункциональных поверхностей трубопроводов ( ,  ).4.Впервыеполученагидрофобизирующего покрытиядиаметра трубопроводазависимостьоптимальнойтолщиныb от исходного состояния поверхности иd для максимального снижения гидравлическогосопротивления.Практическая ценностьРазработанный метод может быть использован в ПАО «МОЭК», ПАО«Мосэнерго»,АО«Мосводоканал»идругихтеплоэнергетических,водоснабжающих и проектных организациях при проектировании новых, атакжепримодернизациисуществующихтрубопроводныхсистем.Экспериментальные и расчетные исследования являются основой дляразработки способов повышения эффективности систем теплоснабжения.Достоверность и обоснованность полученных в работе результатовопределяется:1.Использованием апробированных методик планирования ипроведения исследований, методик анализа экспериментальных результатов,применением средств измерений необходимой точности.2.

Удовлетворительной сходимостью результатов при многократныхповторениях.3. Использованием апробированных пакетов расчетных исследованийгидродинамических процессов.6Личный вклад соискателя. Все исследования, изложенные вдиссертационной работе, проведены лично соискателем под руководствомд.т.н. Волкова А.В., результаты исследований представлены в статьях вжурналах, рекомендуемых ВАК и индексируемых Scopus.Апробацияработы.Основныеположенияработы,результатытеоретических и расчетных исследований докладывались и обсуждались на:1.

18-19, 21 Международных научно-технических конференцияхстудентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»(Москва 2012 – 2015 гг.).2. 1-ой Международной конференции по производству энергии в 21-мвеке «EnergyQuest 2014» (Екатеринбург 2014 г.)Международной школе-семинаре молодых ученых3. 7-ойиспециалистов (Москва 2014 г.)4. заседаниях кафедры Промышленных теплоэнергетических системНИУ «МЭИ».На защиту выносятся:1.Результатыопределениювлияниярасчетно-экспериментальныхстепенигидрофобностиисследованийпофункциональныхповерхностей трубопроводов систем теплоснабжения на их гидравлическиехарактеристики в широком диапазоне диаметров.2.Метод гидравлического расчета систем теплоснабжения с учетомстепени гидрофобности функциональных поверхностей трубопроводов.ПубликацииМатериалы,отражающиесодержание диссертационной работы иполученные в ходе ее выполнения, представлены в 7 публикациях, в томчисле в 2 статьях в рекомендованных ВАК журналах и 1 статья в журнале,индексируемых в Scopus.7Структура и объем работы.Диссертационная работа изложена на 136 страницах и состоит извведения, 4 глав, заключения и списка литературы.

Работа содержит52рисунка и 4 таблицы. Список литературы содержит 123 наименования.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведениипоказанаактуальностьтемыдиссертации,сформулированы цели и задачи исследований.Впервойглаверассматриваетсяобщеесостояниесистемтеплоснабжения РФ. Отмечается, что Россия, в силу своего географическогоположения, занимает первое место в мире по масштабам теплоснабжения, втом числе: по объему производства, развитию теплофикации, протяженноститепловых сетей, расходу топлива на производство теплоты.Отмечена высокая степень централизации систем теплоснабжения,достигающая 70%. Показано, что одним из элементов централизованныхсистемтеплоснабжения,энергосбережения,обладающихявляютсязначительныммагистральныеипотенциаломраспределительныетрубопроводные сети, уменьшение гидравлического сопротивления которыхприводит к снижению затрат электроэнергии на привод насосов.Гидравлическоесопротивлениетрубопровода,какправило,определяется по зависимости Дарси-Вейсбаха:l  V 2 ,P    d2(1)где P – перепад давления на участке трубопровода, Па; λ-безразмерныйкоэффициент гидравлического трения, зависящий в общем случае от числаРейнольдса и относительной величины шероховатости  Э / dвнутреннейповерхности трубопровода; l - длина трубопровода, м; d – диаметртрубопровода, м; ρ- плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; V – скоростьдвижения перекачиваемой жидкости, м/с.