Введение к работе
Актуальность работы, В настоящее время развитие промышленных теплоэнергетических систем в России происходит в условиях нарастающего дефицита топливно-энергетических ресурсов. Условия конкуренции и стремление к эффективности развития ПТЭС (Промышленная Теплоэнергетическая Система) требуют разработки и внедрения таких методов анализа, с помощью которых можно было бы наиболее полно охарактеризовать ее работу. К таким методам относятся методы, разработанные на основе неравновесной термодинамики и энергоэнтропики, поскольку они напрямую указывают на условия прогрессивного развития или деградации изучаемой системы.
ПТЭС в большей части своего модельного представления могут быть
описаны с помощью гидравлической и термической форм существования
материи, функционально выраженных через понятие энтропии. Такой способ
выражения позволяет говорить о наличии балансовых энтропийных
термогидравлических элементов ПТЭС. Комбинация этих элементов,
созданная на основе желаемого оптимального топологического
представления теплотехнической системы, отражает суть необходимости энергоэнтропийного представления на физическом и математическом уровнях.
В связи с этим, разработка методики построения энтропийной модели ПТЭС приобретает существенную актуальность.
Цель работы. В настоящей работе поставлены задачи по созданию методики определения полей энтропии в термогидравлических блоках открытой промышленной теплотехнической системы, сформированных на базе законов, описывающих термическую и гидравлическую формы движения материи.
Для этого элемент теплогидравлической системы представляется в виде условного теплообменника, в котором рассматриваются вопросы теплообмена через плоскую стенку. Эти вопросы исследуются сначала на микроуровне (поля скоростей и температур в теплоносителе и стенке теплообменника), а затем на макроуровне (среднеинтегральные характеристики этих же полей). Исследование термических и гидравлических полей, полученных из решения сопряженной задачи теплообмена через стенку теплообменника, производится с целью определения их энтропийных характеристики свойств (критериев), которые позволяют выйти на реальные пр оектные решения.
ІЬНАЯІ
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ] вНКЛПОТЕКА СПет*
os яяЧшяЗю\
Научная новизна:
-
Предложено иерархическое представление организованной открытой ПТЭС в виде энергоэнтропийных микро-, макро- и метауровней. Уровни характеризуют детальность представления системы и учитывают её топологические особенности. Модель системы описывает её работу в поле обобщенных потоков и сил, функционально связанных с воспроизводством энтропии.
-
Разработана методика определения полей энтропии в движущемся теплоносителе элемента теплообменного аппарата. Показано, что гидротермические свойства элемента определяются через кинетические коэффициенты, потоки и силы (турбулентные и эффективные касательные напряжения, тепло- и температуропроводность).
-
Созданные энергоэнтропийные модели дают возможность получить новые критериальные зависимости, которые позволяют наметить перспективы обобщения разнообразных методик расчета теплотехнических аппаратов и систем.
Достоверность. Приведенные в диссертационной работе научные результаты и выводы получены путем численных экспериментов. Достоверность методики обоснована сопоставлением результатов данного исследования с экспериментальными данными других авторов.
Практическая ценность работы заключается в том, что она является необходимым этапом к внедрению энтропийных моделей тепломассопереноса при анализе и разработке термогидравлических процессов в элементах промышленных теплоэнергетических установок и систем.
Методы исследования основываются на применении принципов системного анализа, иерархического и энтропийнотопологического подходов, декомпозиции и синтеза сложных промышленных термогидравлических систем, на использовании законов неравновесной термодинамики, теории тепло- и массопереноса, на реализации математических моделей, использующих аппарат теории поля, численных методов математической физики, реализованных в компьютерных технологиях Excel и MathCAD.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Энтропийный подход и его применение для анализа открытых ПТЭС.
-
Результаты численного экспериментального и теоретического исследований процессов тепломассопереноса в термогидравлических элементах ПТЭС.
3. Обоснование методологии разработки термогидравлического элемента
методами, неравновесной термодинамики.
-
Методика физического и математического моделирования энтропийных процессов тепломассопереноса в ПТЭС.
-
Методы обобщения зависимостей теплофизических свойств теплоносителей на основе термодинамических энтропийных критериев.
-
Методы проектирования теплообменных аппаратов, основанные на их двухуровневом иерархическом представлении с последовательным рассмотрением энергоэнтропийной методики, применительно к каждому из уровней и переходу между ними.
-
Алгоритмическое и программное обеспечение рассматриваемых задач.
Апробация работы. Основные положения работы, результаты теоретических и расчетных исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Моделирование, оптимизация и интенсификация производственных процессов и систем»-г.Вологда, 2001г.; II региональной межвузовской научно-технической конференции «Вузовская наука-региону»-г.Вологда, 2001г.; представлены на Всероссийской научно-практической конференции «Инновационное развитие регионов: Механизмы формирования технологической политики»-гЛенза, 2001г.; III международной научно-технической конференции «Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах» (ИНФОТЕХ-2001) - г.Череповец, 2002г.; Ш региональной межвузовской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» - г. Вологда, 2002г.; международной научно-технической конференции «Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений» - г. Вологда, 2003г.
Публикации По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 180 страниц состоит из введения, 4 глав, содержит 40 рисунков, приложения.
