Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
Подход к описаний неоднородных сред как сред гомогенных с эффективными параметрами, широко используется в современной науке. Проблема переноса на границах таких гомогенных сред активно изучается в последние годы, однако до сих пор до конца не решены. В настоящей работе предложен и развит новый подход к решение проблемы и на его основе получены критериальные зависимости для расчета теплоотдачи на границе пористых сред и расчетно-эксперимвнтальная методика определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей нагрева котлоагрегатов. Последняя рекомендована к применении для работы котлов, с естественной циркуляцией и внедрена на ряде ТЭС Республики Беларусь.
Связь работы с крупными научными программами, темами.
Работа выполнена в рамках- программ: Энергетика-49, М96-002 Белорусского Республиканского Фонда фундаментальных исследований, межвузовской программы фундаментальных исследований "Приоритет".
Цель и задачи исследования:
вывод уравнений переноса импульса и энергии на границах пористых сред с учетом турбулентности и псевдотурбулентности, обоснование метода расчета теплоотдачи от поверхности в инфильтуемый зернистый слой с учетом масштабной поправки, разработка расчетно-экспериментальной методики определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов с естественной циркуляцией.
Научная новизна полученных результатов заключается в: получении уравнений фильтрации и энергии, учитывающих основные механизмы переноса импульса и тепла вблизи границы пористой среды; доказательстве совпадения эффективной вязкости в уравнении Бринкмана с вязкостьи жидкости для плотных пористых сред и экспериментальном подтверждении этого факта для случая шаровой засыпки; обнаружении немонотонности зависимости безразмерного ' касательного напряжения на твердой стенке, ограничивающей засыпку от числа Рейнольдса; определении двух критических чисел
2 Рейнольдса и интерпретации, на основе полученного уравнения фильтрации, существования первого критического числа Рейнольдса как результата включения в процесс обмена импульсом псевдотурбулентности, второго - псевдотурбулентности и турбулентности; предложении новой модели эффекта байпаспровання, согласно которой причиной эффекта являются действия псевдотурбулентности и турбулентности; теоретическом обосновании модели теплоотдачи от стенки в инфильтруемый зернистый слой Накорякова-Смирновой .
Научная новизна подтверждается Авторскими свиде- ' тельствами СССР Ш 1635681, 1759159, 1780825 и патентом Республики Беларусь N 1866.
Практическая значимость полученных результатов заключается в: получении замкнутого уравнения фильтрации для течений с небольшими числами Рейнольдса в пористых средах; теоретическом обосновании модели теплоотдачи в инфильтруемый пористый слой Накорякова-Смирновой и предложении поправки на нерегулярность режима теплоотдачи термического ядра в рамках этой модели; разработке расчетно- экспериментальной методики определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов.
Результаты настоящей работы могут использоваться в расчетной и конструкторской практике при разработке промышленных энергоустановок, а также других устройств с повышенными требованиями к равномерности течения жидкости через пористую насадку и точности расчета теплоотдачи насадки.
РйЛЙ!ЙЯ..Й..ПЕЗК1Ичё9КМ..ПЙ!{МйНёНйН Методика расчетно-экспериментального определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей нагрева котлов используется на ряде ТЭС РБ для контроля за работой экранов котлов.
Экономическая значимость полученных результатов.
Разработанная методика расчетно-зкспериментального определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей нагрева котлов может быть использована в качестве коммерческого продукта.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:' материалы, позволяющие создать инструмент для описания про-
цессов переноса возле границ пористых тел, который включает: - новые уравнения фильтрации и энергии; - теоретическое обоснование модели теплоотдачи к инфильтруемому пористому слою; - интерпретацию экспериментальных данных о зависимости безразмерного касательного напряжения на твердой стенке, ограничивающей засыпку от числа Рейнольдса; методику определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов, позволяющую контролировать термические напряжения в различных режимах работы.
Личный вклад соискателя.
Из работ, выполненных в соавторстве, в настоящую работу включены данные, лично полученные автором.
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИЯЭ АН БССР 1990-1991 гг.; ИРФХП, ИТМО и НТЦ НЭЭ АН Б 1993-1997 гг. ; ИРФХП НАНБ 1997-1998 гг. ;' БГПА Министерства образования РБ 1998, 1999 гг.; Всесоюзной школе молодых ученых Алушта, 1991 г.; Международном семинаре "Теплотехника-98" Киев, 1998 г.; Международной 53-й научно-технической конференции профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов БГПА, Минск, 1999 г.
Опубликованность результатов.
По теме диссертации опубликовано 8 статей в научных журналах, 3 препринта, 5 авторских свидетельств и патентов, 2 тезиса докладов на конференциях. Объем публикаций - 134 с.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Во введении мотивирована актуальность исследования и определена цель работы. В первой главе проведен обзор существующих способов описания гидродинамических и теплообменных процессов в условиях неоднородных сред в промышленных энергоустановках, указано в чем их несовершенство. Во второй главе приведена методика объемного усреднения для описания неоднородных сред в форме уравнений фильтрации и энергии для пористых слоев.- В третьей главе исследованы теплогидравлические процессы на границах пористых слоев, сформулирована альтернативная модель эффекта байпасирования и обоснована модель теплоотдачи к инфильтруемому пористому слою Накорякова-Смирновой. В чет-
4 вертой главе проведено ее уточнение для промышленных устройств с большим значением параметра D/d. В пятой главе предложена методика определения допустимых термических напряжений радиационных поверхностей котлоагрегатов. Выводы содержат краткий итог основных результатов пяти глав. В приложениях приведены часть расчетов и математических примеров, методика контроля термических напряжений экранных поверхностей нагрева котлов.
Объем работы - 134 страницы, 20 иллюстраций, 13 таблиц, список использованной литературы из 108 названий, 4 приложения объемом 39 страниц.
