WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

АФАНАСЬЕВА Елена Викторовна

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В ЗОНЕ КИПЕНИЯ ИСПАРИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК С КАПИЛЛЯРНЫМИ ЩЕЛЕВЫМИ КАНАЛАМИ В ПРИСУТСТВИИ ПОВЕРХНОСТНО–АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА

Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

.

Москва – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московском государственном индустриальном университете» (ФГБОУ ВПО «МГИУ»).

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Корнеев Сергей Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук Рябцев Сергей Леонидович кандидат технических наук, доцент Курочкин Илья Александрович Ведущая организация – ОАО «Всероссийский дважды ордена трудового красного знамени теплотехнический научно-исследовательский институт» (ОАО ВТИ)

Защита состоится « 18 » декабря 2012г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д212.137.01 в Московском государственном открытом университете им. В.С. Черномырдина по адресу:

107996, г. Москва, ул. Павла Корчагина, д.22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого университета им. В.С. Черномырдина.

Автореферат разослан « 16 » ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.Б. Пермяков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Для подготовки питательной воды для промышленных котельных и различных теплотехнологических процессов промышленных предприятий часто используются испарительные установки. Задачи современной теплоэнергетики направлены, в первую очередь, на энергосбережение и повышение производительности теплотехнических установок. Решение этих задач непосредственно связано с совершенствованием теплообмена в рекуперативных теплообменниках, входящих в состав указанного оборудования.

Для решения задач энергосбережения при эксплуатации теплотехнических установок необходимо снижать температурный напор между циркулирующими в них теплоносителями, а значит, повышать интенсивность теплообмена. В результате уменьшения разности температур греющего и нагреваемого теплоносителей, повышается тепловая эффективность всей испарительной установки в целом. Эта цель может быть достигнута за счет конструктивных изменений зоны кипения и обеспечения оптимальных режимов теплообмена путем использования в зоне кипения капиллярных щелевых каналов и защиты от возникновения накипи и других отложений на рабочих поверхностях.

Особую актуальность решения этой проблемы имеет при эксплуатации испарительных установок, служащих для получения очищенной воды для различных технологических нужд, в том числе и для обеспечения котельных установок промышленных предприятий.

При сравнительно низких значениях плотности теплового потока, характерных для эффективных испарительных установок, величина коэффициента теплоотдачи при кипении на поверхностях традиционной геометрии не слишком высока и поэтому может составлять заметную долю в общем термическом сопротивлении процесса теплопередачи. Дополнительное термическое сопротивление могут создавать отложения на теплопередающих поверхностях. Это существенно снижает эффективность процесса теплообмена.

Как показали работы академика РАН А.И. Леонтьева и его сотрудников, а также труды других авторов, существенное увеличение интенсивности теплообмена в зоне кипения нагреваемого теплоносителя может быть получено за счет использования щелевых каналов с величиной зазора между стенками, не превышающей капиллярной постоянной кипящей жидкости.

Особый интерес представляет интенсификация кипения в испарительных установках с использованием каналов проточного типа, позволяющих расширить рабочий диапазон изменения плотности теплового потока и увеличить допустимую конструктивную высоту канала.

Процесс эксплуатации испарительных установок требует периодической очистки поверхности теплообменных аппаратов от накипи и отложений, особенно со стороны кипящего теплоносителя. В противном случае, существенно снижается интенсивность теплообмена.

В настоящее время для этого используются различные поверхностноактивные вещества. Как показали исследования различных авторов, остаточная концентрация поверхностно-активного вещества в кипящей воде может оказать существенное влияние на интенсивность теплоотдачи в конструктивных элементах испарительных теплообменников традиционной геометрии. Однако, в настоящее время отсутствуют исследования, отражающие влияние наличия остаточной концентрации ПАВ на процесс кипения в испарительных установках с капиллярными щелевыми каналами.

Сущность предлагаемой работы состоит в практическом приложении метода интенсификации теплоотдачи при кипении жидкости, основанном на организации процесса кипения на поверхностях теплообмена испарительной установки снабженных системой плоскопараллельных капиллярных щелевых каналов проточного типа в присутствии ПАВ.

Целью настоящей работы является исследование влияния ПАВ на теплообмен в зоне кипения испарительных установок, снабженной капиллярными щелевыми каналами и построение уравнений, пригодных для расчета характеристик теплообмена в зоне кипения энергосберегающих испарительных установок при наличии остаточной концентрации ПАВ.

Основные задачи Разработка расчетных соотношений для определения коэффициента теплоотдачи в зоне кипения испарительных установок, снабженной капиллярными щелевыми каналами проточного типа с подводом теплоты к одной из стенок.

Экспериментальное исследование теплообмена в зоне кипения воды в капиллярных щелевых каналах проточного типа в присутствии ПАВ, и сопоставление его результатов с результатами теоретического анализа.

Построение уравнений для расчета характеристик теплообмена в зоне кипения энергосберегающих испарительных установок при наличии остаточной концентрации ПАВ МАГОС МПК.

Научная новизна работы Разработаны расчетные соотношения для определения коэффициента теплоотдачи при кипении воды в капиллярных щелевых каналах проточного типа с подводом теплоты к одной из стенок. Экспериментально определены пределы их применимости по диапазону изменения чисел Лапласа, Галилея, модифицированных чисел Рейнольдса.

Получены опытные данные по интенсивности теплоотдачи в зоне кипения воды в присутствии ПАВ в аппарате, снабженном капиллярными щелевыми каналами.

Разработано уравнение, пригодное для расчета характеристик теплообмена в зоне кипения энергосберегающих испарительных установок при наличии остаточной концентрации поверхностно-активного вещества МАГОС МПК.

Показано, что использование в испарительных установках капиллярных щелевых каналов проточного типа позволяет обеспечить устойчивый режим кипения воды в присутствии ПАВ при плотности теплового потока в 3– 4 раза меньше, чем в традиционных условиях и в 2–3 раза повысить интенсивность теплоотдачи.

Практическая значимость и реализация результатов работы Результаты работы позволяют выбрать режимные параметры поверхности теплообмена в зоне кипения энергосберегающих испарительных установок с капиллярными щелевыми каналами проточного типа в условиях кипения воды в присутствии ПАВ. Полученные уравнения позволяют рассчитать интенсивность теплоотдачи при кипении воды в капиллярных щелевых каналах проточного типа, при различных значениях щелевого зазора, плотности передаваемого теплового потока и различных концентрациях ПАВ.

Результаты работы будут использованы в учебном процессе по курсу «Тепло – массообменные процессы и установки промышленных предприятий».

Экспериментальную установку предполагается использовать при проведении научно – исследовательских работ студентов.

В рамках выполнения данной работы, получены патенты на полезные модели «Теплообменный аппарат с регулировкой теплового потока» №1133и «Устройство термостатирования охлаждаемой жидкости» №113344.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций основана на использовании современных методов исследования, тщательном анализе погрешностей измерений, сопоставлении результатов экспериментов с опытными данными других авторов, согласовании полученных экспериментальных данных с результатами теоретического исследования.

Апробация работы Основные результаты и положения работы докладывались на VIII Международной научно-практической конференции «Молодые ученые – промышленности, науке и профессиональному образованию: проблемы и новые решения» в 2009г; на научных семинарах кафедры «Промышленная теплоэнергетика» Московского государственного индустриального университета в 2009, 2010, 2011г.г.; Международной научной заочной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» в 2010г; Всероссийской научно-практической конференции «Студент и наука – 2010» в 2010г; Всероссийской научно-практической конференции «Системы обеспечения тепловых режимов преобразователей энергии и системы транспортировки теплоты» в 2011г; Международной научно-практической конференции «Итоги и перспективы интегрированной системы образования в высшей школе России: образование – наука – инновационная деятельность» в 2011г; Всероссийской молодежной конференции «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования» в 2011г.

Публикации По теме диссертации опубликовано 15 работ в научных журналах и сборниках трудов конференций и семинаров, в том числе 5 публикаций в изданиях из перечня, рекомендуемого ВАК.

Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы из 120 наименований и приложения. Основное содержание работы

изложено на 126 страницах включает 46 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассмотрения процесса теплообмена при кипении воды в испарительных теплообменниках с использованием плоскопараллельных капиллярных щелевых каналов проточного типа с остаточной концентрацией ПАВ МАГОС МПК.

В первой главе представлены результаты анализа современного состояния исследований гидродинамики и теплообмена в зоне кипения испарительных теплообменников, а также работ, посвященных исследованию кипения в капиллярных щелевых каналах. Выполнен анализ методов интенсификации теплообмена в зоне генерации пара, из них выбран приемлемый для испарительных теплообменников, входящих в состав теплотехнических установок промышленных предприятий.

Проведен анализ влияния поверхностно-активных веществ на эффективность работы теплотехнического оборудования. Показано, что разработка теплообменных аппаратов с организацией кипения теплоносителя в капиллярных щелевых каналах проточного типа в присутствии ПАВ представляет практический интерес.

Во второй главе разработаны расчетные соотношения для определения характеристик теплообмена в зоне кипения испарительной установки с проточными щелевыми каналами.

В основу теоретического описания процесса кипения жидкости в испарительной установке с использованием капиллярных щелевых каналов проточного типа при подводе теплоты к одной из стенок положена модель, предложенная академиком РАН А.И. Леонтьевым и получившая дальнейшее развитие в работах его учеников. Согласно этой модели, основная доля теплоты, получаемая сплющенным в капиллярном канале пузырем, передается от греющей стенки через тонкую пленку жидкости, отделяющую пузырь от стенки путем молекулярной теплопроводности.

Принципиальная схема поверхности теплообмена испарительной установки, снабженной плоскопараллельными капиллярными каналами в зоне кипения воды, представлена на рис. 1. Тепловой поток плотностью q подводится к кипящей жидкости через теплопередающую стенку 1.

Капиллярный канал с величиной щелевого зазора b и общей высотой Но формируется с помощью дополнительной стенки 2.

В результате анализа сил, действующих на паровые пузыри, образующиеся в капиллярном щелевом канале и условий формирования пленки жидкости на его стенках, получено уравнение для расчета характеристик теплообмена при кипении в указанных условиях однокомпонентной жидкости:

qh r gb3H Ж П, (1) к r b2 h 2q 12r qb Ж П Ж П Ж где q – плотность теплового потока, Вт/м2; r – теплота парообразования, Дж/(кгК); ж – коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(мК); ж – кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с; п – плотность пара, кг/м3; ж – плотность жидкости, кг/м3; – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м; к – безразмерный коэффициент.

Как показали работы различных авторов, приведенные в первой главе, влияние остаточной концентрации ПАВ в воде на теплообмен при кипении нельзя учесть, полагая, что наличие ПАВ приводит к простому изменению теплофизических свойств однокомпонентной жидкости, то есть проявляется равномерно по всему объему кипящей жидкости. Поэтому в расчетную формулу (1), введен коэффициент, учитывающий влияние концентрации c ПАВ. Коэффициент с в дальнейшем определен на основе анализа результатов q Ho l b Рис.1. Схема процесса кипения в плоскопараллельном капиллярном канале проточного типа экспериментального исследования кипения воды при наличии остаточной концентрации ПАВ МАГОС МПК.

qh r gb3H Ж П c (2) к r b2 h 2q 12r qb Ж П Ж П Ж формула (2), может быть записана в критериальном виде:

1 GaL Nu LpRe** c (3) k 2Re**(12 Re*) gbGa где – число Галилея, Ж b Nu – число Нуссельта, Ж b Lp – число Лапласа, Ж Ж qb Re – первое модифицированное число Рейнольдса, r П Ж qh Re – второе модифицированное число Рейнольдса, r П Ж Hb L – параметр формы канала.

hВ третьей главе приведены результаты создания, отладки и тарировки узлов экспериментального стенда, позволяющего проводить исследования кипения на поверхности теплообмена с плоскопараллельными капиллярными щелевыми каналами проточного типа в присутствии ПАВ.

Создание экспериментального стенда связано с необходимостью сопоставления разработанных уравнений для расчета теплоотдачи при кипении жидкости в плоскопараллельных капиллярных каналах проточного типа с опытными данными. Принципиальная схема экспериментального стенда представлена на рис. 2.

Для повышения точности экспериментов проведены тарировочные опыты по определению глубины заделки термопар и определению плотности теплового потока. Найдены значения погрешностей измерений.

На созданном экспериментальном стенде проведена предварительная серия опытов по исследованию теплообмена при кипении дистиллированной воды в «большом объеме» и щелевых каналах. Получено удовлетворительное согласование с данными других авторов по исследованию теплообмена в тех же условиях. Это позволяет судить о достоверности полученных в этой работе последующих опытных данных.

Схема экспериментальной установки для исследования кипения теплоносителя в плоскопараллельных щелевых каналах представлена на рис. 2.

Основным элементом схемы является рабочий участок 1, заполняемый исследуемой жидкостью 10. Охранный электрический нагреватель расположен в нижней части полости рабочего участка. Нагреватель обеспечивает устойчивый режим кипения жидкости, что позволяет поддерживать ее температуру по всему объему полости рабочего участка близкой к температуре насыщения. Через стабилизированный источник осуществляется питание нагревателя 16. Автотрансформатор 6 служит для регулирования напряжения. Для измерения мощности, выделяющейся на нагревателе, служит ваттметр 7, класса точности 0,5.

В окне рабочего участка 1 установлена теплопередающая стенка 3, которая препарирована термопарами 4 и снабжена системой электронагревателей 15. Схема питания нагревателей 15 подобна схеме питания охранного нагревателя: через стабилизатор 5, автотрансформатор 6 и ваттметр 7.

Рис. 2. Экспериментальная установка Между внутренней поверхностью теплопередающей стенки 3 и плоскостью необогреваемой стенки 11 образуется плоскопараллельный щелевой канал, в котором осуществляется исследуемый процесс кипения.

Изменение величины щелевого зазора, в котором кипит жидкость, в процессе опыта изменяется при помощи устройства 12, которое поступательно перемещает стенку 11 в осевом направлении.

Конденсатор 18, установленный в верхней части рабочего участка, необходим для отвода теплоты от паров кипящей жидкости и возврата образующегося конденсата назад в полость рабочего участка. Насосом 17 из расходного бака 13 подается охлаждающая вода. Охлаждаемая вода циркулирует в полости теплообменника, которым снабжен конденсатор.

Вода проходит через коллектор 20, регулировочный вентиль 19 и ротаметр 23, затем попадает в теплообменник конденсатора 18. Это необходимо для установки требуемого режима отвода теплоты в конденсаторе.

После теплообменника охлаждающая вода возвращается в расходный бак 13.

При помощи охлаждающего устройства 14 температурный режим поддерживается постоянным.

Гипсометр 24 используется для поддержания температуры «холодных» спаев термопар при температуре насыщения кипящей воды. В его состав входят электронагреватель с собственной системой питания, контур циркуляции пара и конденсатор, охлаждаемый водой по схеме, подобной схеме охлаждения конденсатора 18 рабочего участка: через коллектор 20, вентиль 21 и ротаметр 22.

Дифференциальные манометры 2 служат для контроля давления в полости гипсометра 24 и в полости рабочего участка 1.

Для измерения электродвижущей силы и определения температуры теплопередающей стенки в соответствующих точках термопары 4 подключены к цифровому вольтметру 9 через коммутирующее устройство 8.

В четвертой главе Для проверки разработанных во второй главе соотношений для расчета теплоотдачи в зоне кипения испарительной установки, снабженной капиллярными щелевыми каналами, было выполнено экспериментальное исследование кипения воды в каналах проточного типа в присутствии ПАВ.

На рис. 3 представлено сопоставление расчетной зависимости, построенной по уравнению (3) с экспериментальными данными по кипению дистиллированной воды в плоскопараллельных капиллярных щелевых каналах проточного типа, указанной ширины. По оси ординат отложены значения числа Нуссельта, а по оси абсцисс – безразмерный комплекс величин:

1 GaL F(Lp,Re,Ga, L) Lp Re** c k 2Re**(12 Re*) где к=97, безразмерный коэффициент, с=1 (для воды без примесей).

Можно заметить, что экспериментальные данные удовлетворительно согласуются с расчетными.

1b=0,7мм Nu b=1мм b=1,5мм расчетная зависимость F (Lp, Re,Ga, L) 100 1000 100Рис. 3. Зависимости числа Nu от безразмерного комплекса F для различной величины щелевого зазора Рис. 4 демонстрирует изменение коэффициента теплоотдачи при кипении воды с различной концентрацией ПАВ при максимальном исследуемом значении плотности теплового потока q=58600 Вт/м2. Из представленных данных видно, что максимального значения коэффициент теплоотдачи достигает в капиллярном щелевом канале проточного типа с величиной зазора b=1,0 мм при различной концентрации ПАВ МАГОС МПК и уменьшается с увеличением концентрации. В плоскопараллельных капиллярных щелевых каналах проточного типа с величиной щелевого зазора b=0,7 мм и b=1,5 мм коэффициент теплоотдачи убывает с увеличением концентрации ПАВ МАГОС МПК. При кипении воды с различной концентрацией ПАВ МАГОС МПК в «большом объеме» максимального значения коэффициент теплоотдачи достигает при концентрации ПАВ МАГОС МПК с=1,1 мг/кг, что соответствует результатам, приведенным в работах других авторов.

Рис. 4. Сопоставление характеристик теплообмена при кипении воды с различной концентрацией ПАВ в плоскопараллельных капиллярных щелевых каналах при q=58600 Вт/м2: 1 – b=1,0 мм, 2 – b=1,5 мм, 3 – b=0,7 мм, 4 – «большой объем» Для нахождения эмпирического коэффициента с, учитывающего наличие ПАВ, были построены зависимости представленные на рис. 5. Здесь по оси ординат отложены значения коэффициента с, а по оси абсцисс – концентрация водного раствора ПАВ МАГОС МПК. Экспериментально определено, что коэффициент с зависит не только от концентрации ПАВ, но и от величины щелевого зазора. Представленные данные относятся к четырем значениям плотности передаваемого теплового потока.

Для расчета коэффициента концентрации предлагается использовать формулу, полученную на основании обобщения опытных данных:

1 3,2 c0,55b* 1,(4) c b b* – безразмерная толщина где с – концентрация ПАВ МАГОС МПК, l* щелевого зазора, представляющая собой отношение величины щелевого зазора к капиллярной постоянной кипящей жидкости.

Расчетные кривые на рис. 5 построены в соответствии с уравнением (4).

Рис. 5. Зависимость коэффициента концентрации с от концентрации ПАВ (с, мг/кг) при различной плотности теплового потока:

–q=58000 Вт/м2, – q=36000 Вт/м2; – q=23000 Вт/м2; – q=3500 Вт/мНа рис. 6 приведено сопоставление опытных данных и расчетных зависимостей коэффициента теплоотдачи от плотности передаваемого теплового потока при кипении воды с различной концентрацией ПАВ МАГОС МПК в капиллярном канале проточного типа с щелевым зазором b=1,0 мм.

Наблюдается удовлетворительное согласование опытных данных и расчетных зависимостей, построенных в соответствии с уравнением (2).

При кипении дистиллированной воды с=0 мг/кг в щелевом зазоре, указанной величины, коэффициент теплоотдачи в 3–5 раз выше, чем при кипении воды в тех же условиях при концентрации ПАВ с=3,3 мг/кг. Можно сделать вывод, что с увеличением концентрации поверхностно-активного вещества МАГОС МПК в плоскопараллельном щелевом канале проточного типа с величиной щелевого зазора b=1,0 мм, коэффициент теплоотдачи существенно снижается.

На рис. 7. представлены зависимости коэффициента теплоотдачи от текущей высоты h капиллярного щелевого канала проточного типа с величиной щелевого зазора b=0,7 мм при различной концентрации ПАВ МАГОС МПК при Рис. 6. Зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплового потока при b=1,0 мм, сравнение опытных и расчетных данных (экспериментальные данные: – с=0 мг/кг, – с=1,1 мг/кг, – с=2,2 мг/кг, – с=3,3 мг/кг; расчетные данные: 1 – с=0 мг/кг, 2 – с=1,1 мг/кг, 3 – с=2,2 мг/кг, 4 – с=3,3 мг/кг) максимальном исследуемом значении плотности теплового потока q=58500 Вт/м2. Приведены расчетные зависимости и экспериментальные точки.

Заметно, что с увеличением текущего значения высоты плоскопараллельного капиллярного канала локальный коэффициент теплоотдачи увеличивается.

Увеличение концентрации ПАВ МАГОС МПК, при прочих равных условиях, приводит к снижению коэффициента теплоотдачи. Так, при концентрации ПАВ МАГОС МПК с=1,1 мг/кг коэффициент теплоотдачи в плоскопараллельном капиллярном канале проточного типа с величиной щелевого зазора b=0,7 мм выше, чем коэффициент теплоотдачи при кипении воды с концентрацией ПАВ МАГОС МПК с=3,3 мг/кг в 2 раза. Так же можно заметить удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных данных.

Рис. 7. Зависимости коэффициента теплоотдачи от текущей высоты плоскопараллельного капиллярного щелевого канала с величиной щелевого зазора b=0,7 мм при различной концентрации ПАВ На рис. 8 представлено обобщение характеристик теплообмена при кипении воды с различной концентрацией ПАВ МАГОС МПК в плоскопараллельных капиллярных каналах проточного типа при различной величине щелевого зазора. По оси абсцисс отложен комплекс 1 GaL F(Lp,Re,Ga, L) LpRe** C, а по оси ординат – k 2Re**(12 Re*) число Нуссельта.

Значение коэффициента k=97. Коэффициент концентрации с рассчитан с помощью уравнения (4). Приведенные опытные точки относятся к различным значениям величины щелевого зазора и концентрации ПАВ МАГОС МПК.

Результаты проведенного анализа показывают, что экспериментальные результаты удовлетворительно согласуются с расчетным уравнением (3).

Рис. 8. Зависимости числа Nu от безразмерного комплекса F (Lp, Re, Ga, L):

расчетная зависимость соответствует уравнению (3), опытные данные:

c=0 мг/кг: - b=0,7 мм; – b=1,0 ; - b=1,5 мм;

с=1,1 мг/кг: - b=0,7 мм; – b=0,7 мм; – b=0,7 мм;

с=2,2 мг/кг: – b=1,0 мм; – b=1,0 мм; - b=1,0 мм;

с=3,3 мг/кг: – b=1,5 мм; – b=1,5 мм; – b=1,5 мм Анализ границ применимости полученных расчетных соотношений показал, что экспериментальные данные удовлетворительно согласуются с расчетным уравнением (3) в следующих диапазонах изменения чисел подобия:

Ga 3,9 104 3,8 1Модифицированное число Галилея ;

Re* 2,7 103 2,2 1Первое модифицированное число Рейнольдса ;

Re** 228 9,1 1Второе модифицированное число Рейнольдса ;

Lp 5 105 1,06 1Число Лапласа ;

L 3,5 7,Параметр формы канала.

Таким образом, на основании выполненного экспериментального исследование кипения на поверхности, снабженной капиллярными щелевыми каналами в присутствии поверхностно-активного вещества МАГОС МПК, анализа и обобщения опытных данных, получено уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи, пригодное для конструирования и расчета эффективных парогенерирующих поверхностей энергосберегающих испарительных установок.

Выводы 1. Результаты выполненного теоретического и экспериментального исследования теплообмена в зоне кипения испарительной установки с использованием плоскопараллельных капиллярных щелевых каналов проточного типа с различной величиной щелевого зазора в присутствии поверхностно-активного вещества МАГОС МПК позволяют производить расчет зоны кипения таким образом, чтобы обеспечить максимальную интенсивность теплоотдачи, соответственно заданным режимным параметрам теплообмена и заданной остаточной концентрации ПАВ.

2. Разработаны расчетные соотношения для определения коэффициента теплоотдачи в зоне кипения испарительных установок с плоскопараллельными капиллярными щелевыми каналами проточного типа с различной величиной щелевого зазора в присутствии ПАВ. Определены пределы их применимости по диапазону изменения модифицированных чисел Рейнольдса, Лапласа, Галилея.

3. Получены опытные данные по интенсивности теплоотдачи в зоне кипения воды при наличии остаточной концентрации ПАВ МАГОС МПК в аппарате, снабженном плоскопараллельными капиллярными щелевыми каналами.

4. Выполнен сравнительный анализ результатов эксперимента и разработанных расчетных уравнений, выявивший их удовлетворительное согласование и показавший применимость полученных формул при расчете и конструировании зоны кипения испарительных установок с использованием капиллярных щелевых каналов проточного типа в присутствии ПАВ МАГОС МПК.

5. Экспериментально доказано, что использование капиллярных щелевых каналов проточного типа в теплообменниках-испарителях обеспечивает их нормальное функционирование в области малых и умеренных значений плотности теплового потока. При этом устойчивый режим кипения теплоносителя сохраняется при плотности теплового потока в 3–4 раза меньшей, чем при кипении на поверхностях традиционной геометрии.

Одновременно с этим в 2–3 раза повышается интенсивность теплоотдачи.

6. Полученные уравнения для расчета теплообмена при кипении в капиллярных щелевых каналах проточного типа можно непосредственно использовать при разработке перспективных вариантов энергосберегающих теплообменных аппаратов испарительных установок способных функционировать при минимальных значениях температурного напора.

7. Результаты работы позволяют выбрать режимные параметры поверхности теплообмена в зоне кипения энергосберегающих испарительных установок с плоскопараллельными капиллярными щелевыми каналами проточного типа в условиях кипения воды в присутствии ПАВ.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Чугаев Е.А.

Перспективы создания энергосберегающих опреснительных установок//Надежность и безопасность энергетики №2(17), 2012, 40-42.

2. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Чугаев Е.А.

Совершенствование теплообмена в испарительных рекуператорах за счет использования капиллярных каналов проточного типа//Сб. докладов Международной научно-практической конференции «Итоги и перспективы интегрированной системы образования в высшей школе России: образование - наука - инновационная деятельность», Москва, 2011, с.361-363.

3. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Чугаев Е.А. Выбор оптимальной геометрии поверхности испарительного теплообменника//Теплоэнергоэффективные технологии №3, 2011, 33-34.

4. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Потапов А.А. Расчет кризиса теплообмена в зоне кипения испарительных теплообменников с капиллярными каналами проточного типа//Сб. докладов Всероссийской молодежной конференции: «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования», Казань, 2011, с.81-86.

5. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В. Оптимизация геометрии поверхности рекуператора на основе учета комбинации ее теплофизических свойств и свойств теплоносителя//Известия МГИУ, №1(21), 2011, с.49-53.

6. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Иванов П.С.

Определение оптимальной геометрии оребрения поверхностей нагрева с использованием режимных и теплофизических параметров//Энергетик №10, 2011, с.46-47.

7. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Сенникова О.Б., Чугаев Е.А. Использование специальных поверхностей теплообмена в испарительной зоне гелиотехнических установок//Труды II Всероссийской научно-практической конференции «Системы обеспечения тепловых режимов преобразователей энергии и системы транспортировки теплоты», Махачкала, 2011, с.169-173.

8. Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Кружалова О.В. Оптимизация геометрических характеристик оребренных поверхностей испарительных теплообменников//Главный энергетик №6, 2011, с.26-28.

9. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Чугаев Е.А.

Приближенный анализ влияния теплофизических свойств материала на геометрические параметры оребренной поверхности теплообмена//Известия МГИУ, №3(23), 2011, с.29-31.

10. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Шакирова Е.А. К расчету теплообмена в аппаратах с кипением теплоносителя в наклонных капиллярных каналах//Энергетик №4, 2011, с.34-35.

11. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Шакирова Е.А.

Использование клиновидных капиллярных каналов в испарительной зоне рекуперативных теплообменников// Энергосбережение и водоподготовка №5, 2010, с.44-47.

12. Шакирова Е.А., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Корнеев С.Д.

Приближенная модель кипения жидкости в капиллярных каналах проточного типа//Сб. докладов Всероссийской научно-практической конференции «Студент и наука - 2010», Магнитогорск, 2010, с.50-52.

13. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Чугаев Е.А.

Интенсификация теплообмена в испарительных установках с кипящим теплоносителем//Сб. научных трудов «Вопросы повышения эффективности энергетических систем», Москва, 201, с.63-69.

14. Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Афанасьева Е.В., Шакирова Е.А., Потапов А.А. Совершенствование теплообмена в машинах непрерывного литья заготовок//Сб. докладов международной научной заочной конференции «Актуальные вопросы техники и технологии», Липецк, 2010, с.55-56.

15. Корнеев С.Д., Афанасьева Е.В., Шакирова Е.А., Казанцев А.Ю. Методы интенсификации теплопередачи в парогенерирующих теплообменных аппаратах//Сб. научных трудов НОУ ВПО Экономико-энергетический институт, Москва, 2009, с.9-20.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.