Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Моделирование тепломассобмена в системах охлаждения каналов энергоустановок (разработка методов расчета, эксперимент, САПР,промышленное использование) Фалеев, Сергей Владиславович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Фалеев, Сергей Владиславович. Моделирование тепломассобмена в системах охлаждения каналов энергоустановок (разработка методов расчета, эксперимент, САПР,промышленное использование) : автореферат дис. ... доктора технических наук : 05.14.05.- Воронеж, 2000.- 34 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность темы. В настоящее время решение актуальных задач создания новой техники требует дальнейшего исследования способов интенсификации процессов тепломассопереноса, поскольку существующие для этой цели методы моделироваїпія в ряде случаев оказываются недостаточными. Проблема повышения эффективности и компактности систем охлаждения является чрезвычайно актуальной задачей и связана с решением ряда вопросов, которые сводятся, в первую очередь, к уменьшению массы этих систем и увеличению сроков их функционирования. К числу таких устройств можно отнести каналы, имеющие пористые теплонапряженные стенки. По конструкции каналы выполняются плоскими, осесимметричными или в форме дисков. Межканальное пространство, ограничивающее стенки каналов, пограничный слой на проницаемой поверхности, пористое и сублимационное охлаждение являются объектами настоящего исследования. При этом рассматриваются задачи течения и теплообмена разреженных, вязких и реологических сред в щелевых каналах и пористых материалах.

Поэтому разработка современных систем охлаждения нуждается во всесторонних теоретических и экспериментальных исследованиях процессов тепломассопереноса, возникающих при их проектировании.

В известной на сегодня научно-технической литературе эта область исследования является неполностью изученной, что подтверждает актуальность данной диссертационной работы, которая выполнялась по комплексному плану научно-исследовательских работ Воронежского государственного технического университета (гос. per. № 01890014250) и в соответствии с инновационной научно-технической программой (Приказ ПС РФ по высшему образованию № 386 от 22.06.92 г.).

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является дальнейшее развитие и разработка методов расчетно-опытного моделирования процессов тешюмассопереноса, и алгоритмов автоматизированного проектирования систем интенсивного охлаждения, позволяющих повысить эффективность и надежность работы элементов конструкций энергоустановок.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

  1. Разработка новых методов расчетно-опытного моделирования переноса массы и тепла и исследование систем охлаждения энергоустановок в интересах народного хозяйства

  2. Разработка методов расчета гидродинамики и теплообмена в щелевых каналах энергетических установок при наличии различных способов интенси-

фикации процесса охлаждения при течении разреженной, вязкой и вязкоупругои сред.

  1. Разработка математической модели переноса массы и тепла, описывающей двумерное турбулентное течение жидкости (газа) в пористой матрице при степенном законе движения охладителя от локальных источников.

  2. Обобщение результатов и разработка метода расчета ламинарного пограничного слоя сжимаемого газа с применением операционного исчисления метода, определяющего поля концентраций и температур при переменном вду-ве (отсосе) и разрывных граничных условиях, на пористой поверхности.

  3. Обобщение результатов экспериментальных исследований гидродинамики и теплообмена в пористых матрицах и проведение компьютерного моделирования с целью верификации теоретических моделей.

  4. Разработка структуры моделей и алгоритмов, обеспечивающих интеграцию методов моделирования в САПР для автоматизированного обеспечения рационального выбора способов и методов охлаждения тешюнапряженных элементов энергоустановок.

Научная новизна

  1. Разработан метод расчета переноса массы и тепла, описывающий достоверную картину при наличии течения разреженной, вязкой и вязкоупругои сред в проницаемых каналах с различной геометрией.

  2. Разработан аналитический метод расчета двумерных нелинейных турбулентных течений в пористых телах с различной геометрией при подаче от локальных источников, основанный на теории аналитических функций и преобразованиях Фурье с привлечением степенного закона движения.

  3. Разработана математическая модель двумерного теплопереноса в пористой стенке при условии подачи охладителя от источников.

  4. Разработаны математическая модель и метод расчета, позволяющий определять поля концентраций и температур при обтекании однофазной жидкостью (газом) вдоль пористой поверхности с разрывными граничными условиями, переменных вдуве (отсосе) и касательном напряжении трения.

  5. Разработаны подсистемы и алгоритмы автоматизированного обеспечения моделирования процессов тепломассопереноса в элементах конструкции энергоустановок, обеспечивающих интеграцию полученных методов в САПР для выбора рационального варианта параметров и конструкции исследуемой системы охлаждения.

Достоверность результатов. Основные выводы и положения диссертации учитывают физические особенности исследуемых процессов, в работе использовали методы теории функций комплексной переменной, преобразование Фурье и метод Винера-Хопфа, современные численные методы, применимость

которых подтверждена современной расчетной практикой. Кроме того, определяется:

использованием в математических моделях фундаментальных уравнений переноса массы и тепла для сжимаемого пограничного слоя;

разработанными методами расчета, основанными на применении преобразования Лапласа, гипергеометрических и гамма-функций. Адекватность математических моделей подтверждается удовлетворительным согласованием экспериментальных и расчетных результатов и с данными других авторов в широком диапазоне изменения характерных параметров.

Практическая значимость и результаты внедрения работы. Результаты диссертационного исследования дают возможность:

  1. Анализировать эффективность охлаждения теплонапряженных элементов конструкций энергоустановок, что позволяет более точно прогнозировать работоспособность подобных конструкций в реальных условиях эксплуатации.

  2. Оценивать рациональность способов интенсификации массо- и тепло-переноса в щелевых каналах при течении разреженной, вязкой и вязкоупругой (неньютоновской) сред,

  3. Изучать применительно к пористым стенкам широкий класс двумерных задач фильтрации, построить линии тока равного потенциала, распределения давления, изобарические (изотермические) поверхности при распределенной и подаче охладителя от источника.

  4. Оценивать тепловой режим работы элементов конструкций энергоустановок с учетом гидродинамики течения охладителя.

  5. Анализировать возможность теплозащиты поверхности с помощью пристеночного слоя на и за участком вдува.

  6. Интегрировать разработанные методики в САПР с привлечением модельных исследований, что позволяет построить систему процедурных правил для автоматической проверки на непротиворечивость заданных требований к охлаждению теплонапряженных элементов конструкции энергоустановок.

Разработанные математические модели, аналитические и численные методы решения используются в проектной и расчетной практике отраслевой научно-исследовательской лаборатории Самарского государственного аэрокосмического университета, Воронежского механического завода, ОАО "Воро-нежпресс", ДП "Турбонасос" ФГУП КБ "Химавтоматика" (г. Воронеж), АО "Воронежская ТЭЦ", АО "Воронежавтотранс", РКК "Энергия" им. СП. Королева. Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры промышленной теплоэнергетики Воронежского государствешшго технического университета.

Апробация работы. Материалы и результаты, выполненных по теме диссертаций исследований, докладывались и обсуждались на Математической

школе "Понтряпшские чтения -V" (Воронеж, 1994); II Международной конференции "Идентификация динамических систем и обратные задачи" (Санкт-Петербург, 1994); IV Всероссийской научной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (Ярославль, 1994); II Российско-Китайско-Украинском симпозиуме по ракетно-космической технике (г. Ксиань, КНР, 1994); 1 Российской национальной конференции "Интенсификация теплообмена" (Москва, 1994), Международной конференции "Дифференциальные уравнения и их приложения" (Саранск, 1994); XXI молодежной научной конференции "Гагаринские чтения" (Москва, 1995); Региональном межвузовском семинаре ЦЧР "Процессы теплообмена в энергомашиностроении" (Воронеж, 1995); Математической школе "Современные методы теории функций и смежные проблемы прикладной математики и механики" (Воронеж, 1995); II международной теплофизической школе "Повышение эффективности теплофизиче-ских исследований технологических процессов промышленного производства и их метрологического обеспечения" ^Тамбов, 1995); Всероссийской студенческой научной конференции "Королевские чтения" (Самара, 1995); IV Российско-Китайском-Украинском симпозиуме по космической науке и технике (Киев, 1996); XXVI международной научно-технической конференции "Динамика и прочность двигателя" (Самара, 1996); XV Российской школе по проблемам проектирования неоднородных конструкций (Миасс, 1996); III Минском Международном форуме по тепломассообмену (Минск, 1996); Международной конференции по компактным теплообменникам в промышленности (США, Юга, Шоуберт, 1997); Международной научно-технической конференции "Авиация 21 века" (Воронеж, 1999), IV Международной конференции по теп-ломассопереносу (Индия, Нью-Дели, 2000); Ежегодной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава Воронежского политехнического института (Воронежского государственного технического университета) (Воронеж, 1990-1999 г.г.); в МГТУ им. Баумана (Москва, 1999); РКК "Энергия" им. СП. Королева (г. Королев Московской обл., 2000).

Публикации По теме диссертации опубликованы 1 монография, 2 учебных пособия, 49 статей и тезисов.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 340 страницах и состоит из введения, шести глав, выводов и приложения. Работа содержит 154 рисунка, 5 таблиц. Список использованных источников включает 203 наименования.