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 теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Огурцова Эльвира Рашитовна

Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами
<
Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

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

Огурцова Эльвира Рашитовна. Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами : диссертация ... кандидата технических наук : 01.04.14, 05.14.04 / Огурцова Эльвира Рашитовна; [Место защиты: Воронеж. гос. техн. ун-т].- Воронеж, 2009.- 121 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1226

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 10

1.1 Методы интенсификации теплообмена 10

1.2. Сравнение эффективности различных способов интенсификации теплообмена в трубах 26

1.3. Гидродинамика и теплообмен в криволинейных каналах 28

1.4. Выводы и задачи исследования 40

2. Математическое моделирования теплообмена и гидродинамики в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизatopами 42

2.1. Теоретические предпосылки 42

2.2. Постановка задачи 56

2.3. Численный подход к решению задачи 57

2.4. Методика расчета конвективного теплообмена и гидравлического сопротивления в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами 60

2.5. Анализ полученных результатов 66

3. Экспериментальные исследования тепломассопереноса в криволинейных каналах с турбулизаторами 76

3.1. Описание экспериментальной установки 76

3.2. Экспериментальные модели 82

3.3. Методика проведения эксперимента и обработка опытных данных 84

3.4. Основные результаты экспериментальных исследований, определение критерия Нуссельта и коэффициента гидравлического сопротивления 88

4. Практическое использование результатов диссертационной работы 95

4.1. Мобильная система подогрева воды нагревателем индукционного типа 95

4.2. Устройство и работа нагревателя индукционного типа 97

4.3. Экспериментальные исследования работоспособности системы подогрева дизеля локомотива 100

4.4. Расчет годовой эффективности 107

4.5. Основные результаты экспериментальных исследований 111

Основные результаты работы 112

Список литературы 113

Введение к работе

Теплообменные аппараты составляют многочисленную группу теплосилового оборудования, занимая значительные производственные площади и превышая, зачастую, 50 % стоимости общей комплектации оборудования в теплоэнергетике и ряде других отраслях промышленности. Перспективной задачей является создание нового теплообменного оборудования, снижение его металлоемкости и габаритов, повышение эффективности и надежности его работы.

Наиболее эффективным путем решения этой задачи является интенсификация теплообмена. Существует множество различных способов интенсификации теплообмена, все они отличаются по сложности реализации, технологичности, областями применения, надежности и т.д. Этой проблеме посвящено значительное количество теоретических и экспериментальных работ Калинина Э.К., Дрейцера Г.А, Ярхо С.А., Исаева С.А., Леонтьева А.И., Олимпиева В.В., Кикнадзе Г.И., Рабиновича М.И. и др.

Применение кольцевых турбулизаторов позволяет в характерном для теплообменных аппаратов диапазоне чисел Рейнольдса обеспечить существенное увеличение теплоотдачи, что дает возможность получить уменьшение объема теплообменных аппаратов (ТОА) в 1,95 - 2 раза.

На сегодняшний день появилось значительное количество ТОА с криволинейными поверхностями теплообмена (змеевиковые, индукционные нагреватели и т.п.). Несмотря на то, что явления, сопровождающие течение теплоносителя в гладких криволинейных каналах подробно изучены, вопросы совместного воздействия на теплоотдачу кривизны поверхности и поперечных выступов остаются малоисследованными. Поэтому задача разработки и совершенствования методов расчета гидродинамики и теплообмена при применении кольцевых турбулизаторов в криволинейных каналах энергетических установок является актуальной.

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете в соответствии с Приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники и перечнем критических технологий Российской Федерации и научного направления деятельности ВГТУ "Физико-технические проблемы энергетики и экологии" в рамках НИР Г.р. № 01.2.00_409970, 01.2.007_07577, 0120.0 _505528, 0120.0_801886, а также НТП "Развитие

научного потенциала высшей школы", ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»

Цель работы - оценка эффективности теплоотдачи в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка математической модели и методики расчета
конвективного теплообмена и гидравлического сопротивления в
криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами;

2. Экспериментальные исследования гидродинамики и теплоотдачи в
криволинейных каналах;

3. Получение эмпирических зависимостей для определения
безразмерных коэффициентов теплоотдачи и гидравлического
сопротивления.

Научная новизна:

1. Результаты численного моделирования гидродинамики и
теплообмена в каналах на основе к-є модели турбулентности,
отличающегося совместным учетом кривизны канала и кольцевых
турбулизаторов, которые согласуются с экспериментальными данными с
погрешностью, не превышающей 5 %;

  1. В результате обработки экспериментальных данных получены эмпирические зависимости коэффициентов теплоотдачи и гидравлического сопротивления в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами в режиме развитой турбулентности;

  2. В результате экспериментальных и теоретических исследований показано, что увеличение коэффициента теплоотдачи в криволинейном канале с кольцевыми турбулизаторами по сравнению с гладким криволинейным каналом составляет 22-24 %;

  3. Разработаны конструкция теплообменного аппарата с кольцевыми турбулизаторами в криволинейных каналах для электрического нагревателя жидкости трансформаторного типа и система автономного подогрева дизеля локомотива, новизна которых подтверждена патентами на полезную модель.

Практическая ценность и реализация:

  1. Результаты численного моделирования процессов гидродинамики и теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами могут быть использованы проектными организациями при создании энергоэффективного теплотехнологического оборудования.

  2. Методика расчета гидродинамики и теплообмена при использовании кольцевых турбулизаторов в криволинейных каналах энергетических установок используется в ОАО «Воронежэнергоремонт» и ООО «Вэкс-Энерго» (г. Воронеж) при модернизации кожухотрубных теплообменных аппаратов.

3. Экспериментальные данные по гидродинамике и теплообмену в
криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами и запатентованные
технические решения используются при разработке автономной системы
индукционного подогрева водяной системы дизеля локомотива 2ТЭ116
(ЮВЖД - филиал ОАО «РЖД», г. Елец).

4. Результаты используются в учебном процессе на кафедре
"Теоретическая и промышленная теплоэнергетика" Воронежского
государственного технического университета.

Достоверность результатов исследований обеспечивается: использованием апробированных базовых математических моделей, подходов и допущений, основанных на фундаментальных законах тепломассопереноса, а также современных методов теоретических исследований; использованием аттестованных измерительных средств, автоматизированных систем регистрации и обработки экспериментальных данных в реальном масштабе времени; согласованностью теоретических результатов с собственными экспериментальными данными и данными других авторов.

Апробация работы.

Основные положения работы, результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались и обсуждались на Российских и Международных конференциях: Пятая Международная научно-техническая конференция «Авиакосмические технологии», Воронеж, 2004 г.; XV Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, Калуга, 2005 г.; Вторая-Международная научно-практическая конференция «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы)»,

Москва 2005 г.; Четвертая Российская национальная конференция по теплообмену, Москва, 2006 г.; IV Международная научно-технической конференция «СИНТ'07». Разработка, производство и эксплуатация турбо-, электронасосных агрегатов и систем на их основе, Воронеж 2007 г.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 5 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 2 патента на полезную модель. В патентах [6, 7] согласно закону РФ «Об интеллектуальной собственности» каждый автор имеет равные права на изобретение. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежит: [1, 3, 8] - конфигурирование и обработка опытных данных в системе Scada; [2, 9] - сравнение эффективности применения и геометрические параметры теплообменной поверхности; [4, 10] -экспериментальные исследования процесса интенсификации теплообмена в криволинейных каналах; [5] - методика проведения эксперимента, анализ опытных данных.

Структура и объем работы: работа состоит из введения, четырех глав и списка использованных источников. Работа изложена на 121 страницах машинописного текса, содержит 69 рисунка, 5 таблиц. Список использованных источников включает 90 наименований.

Сравнение эффективности различных способов интенсификации теплообмена в трубах

Как видно из обзора, существует множество различных способов интенсификации теплообмена, все они отличаются по сложности реализации, технологичности, областями применения, надежности и т.д. Не существует универсального способа интенсификации, который бы одинаково хорошо работал во всех случаях.

Как показывают многочисленные данные, из всех известных методов интенсификации теплообмена в трубах, наибольшее внимание, как эффективным и технологически реализуемым, уделяется искусственной турбулизации потока кольцевыми диафрагмами и непрерывной закрутке потока. С помощью данных [23] в [24] были получены формулы для практических расчетов (cx/azl)Re и ( f/,7)Re,которые позволяют определить увеличение коэффициентов теплообмена и гидравлического сопротивления по сравнению с трубой без интенсификаторов при заданной геометрии интенсификаторов и постоянном расходе теплоносителя и, следовательно, найти эффективность интенсификации теплообмена.

При Re = 104 закрученная лента дает a /0 =2,34...1,8 и / =4,05...2,5, что позволяет получать уменьшение объема аппарата V/) =0,53...0,64. С ростом Re эффективность ленточных вставок существенно падает: для Re =105 получено or/0 = 1,8 8... 1,49 и / =5,55...1,65, что дает VIV =0,822...0,7. Следует отметить, что ни при каких значениях чисел Re и шагах закрутки ленты не удалось получить а/аг7 /гл, т.е. опережающего увеличения коэффициента теплоотдачи по сравнению с ростом гидравлического сопротивления. Как видно из рис. 1.10, эффективность шнековых вставок значительно ниже ленточных. Для шагов закрутки S/D =4...12 получается а/ам=1,75...1,16 и /7 = 4.74...2.64 при Re= 104 и а/аг1 = 0,88...0,58 и /т= 3,4...1,38 при Re = 105. При этом для Re= 104 F/Ka3= 0,84...1,19, а дляRe=105 F/F-=1,9...2,67.

Таким образом, незначительное повышение эффективности (Т/К,7 1)можно получить при S/D =4 и Re= 104 . С ростом Re и S/D величина VIV \, т.е. применение шнековых вставок дает отрицательный результат, поскольку ухудшает параметры теплообменных аппаратов. Применение кольцевых турбулизаторов позволяет в характерном для теплообменных аппаратов диапазоне изменения чисел Re = 104 - 105 обеспечить стабильное увеличение теплоотдачи в 2,3 - 2,43 раза при росте гидравлического сопротивления в 3,8 — 4,15 раза, что дает возможность получить VIV = 0,52 - 0,5 или уменьшение объема в 1,95 - 2 раза. Опережающий рост теплоотдачи в таких трубах достигается при больших значениях d/D= 0,97 - 0,98, при этом V/V = 0,5 - 0,6.

Другие методы закрутки (спиральные каналы, закрутка потока на входе в канал, спиральные проволочные вставки, спиральные или продольные ребра внутри труб) менее эффективны, чем рассмотренные выше [24]. Также менее эффективны такие методы, как организация пульсаций потока с помощью установленных на входе специальных пульсаторов, использование шероховатых поверхностей.

Течения в криволинейных каналах достаточно широко распространены во многих отраслях техники. Они могут сопровождать рабочие процессы, как например в каналах лопаточных венцов турбомашин, а могут быть специально организованы, например в целях интенсификации конвективного теплообмена у поверхности.

Особенности течения около криволинейных поверхностей обусловлены влиянием на поток центробежных массовых сил. Центробежные массовые силы приводят к существенным изменениям как в ядре потока, так и в пограничном слое. Изменения претерпевают как локальные, так и интегральные параметры течения: профили скорости, температуры, поля турбулентности, граничные условия теплообмена и т.д. [25]. Различают два типа воздействия массовых сил на поток: активное и консервативное. При активном воздействии всякое случайное возмущение в потоке усиливается, что приводит к более ранней, по сравнению с плоским течением, потере устойчивости потока и переходу его в турбулентный режим течения. Консервативное воздействие - наоборот, подавляет всякое случайное возмущение в потоке, и приводит к стабилизации течения.

Далее рассмотрим процессы, происходящие в ламинарном и турбулентном пограничных слоях около криволинейных поверхностей. В ламинарном пограничном слое, имеющем место на начальных участках криволинейных поверхностей, наблюдается некоторое усиление процессов переноса импульса и теплоты. Деформация профилей скорости и температуры происходит в сторону большей их заполненности, а толщина динамического и теплового пограничных слоев при этом уменьшается. Однако абсолютный уровень изменения параметров теплового пограничного слоя меньше, чем у динамического, поскольку температура является «пассивной субстанцией», и влияние кривизны на профиль температуры проявляется лишь через деформацию профиля скорости.

Численный подход к решению задачи

Аналитические решения задач о движении жидкости удается получать только для ламинарных течений, поэтому основной способ решения таких задач заключается в использовании численных методов. Наиболее широкое применение получилиздвделй на основе метода сеток.

Сущность метода сеток заключается в том, что искомая непрерывная функция аппроксимируется набором приближенных значений в некотором множестве точек, называемых узлами. Совокупность узлов, определенным образом межу собой связанных, называется сеткой, которая, в свою очередь, становится дискретной моделью области определения искомой функции. - рабочий агент считается вязкой несжимаемой средой; - теплофизические свойства потока и твердого тела принимаются постоянными и равными средним значениям в исследуемом интервале температур; - на входе в расчетную область имеется полностью развитое течение с изотропной турбулентностью; - течение газа в трубе трехмерное стационарное; - теплообмен с окружающей средой отсутствует (на внешней стороне трубки выполняется условие адиабатности); - принимаем, что температура стенки по толщине не меняется, так как ее толщина мала.

В качестве условий однозначности для системы уравнений задаются условия, соответствующие условиям натурного эксперимента: - на входе в расчетную область задается расход и температура теплоносителя; - на выходе из расчетной области задаются «мягкие» граничные условия (условие продолжения решения); - на всех боковых поверхностях условия прилипания для уравнения движения и неразрывности и адиабатные условия для уравнения энергии. Для проведения исследования течения с теплообменом к этим условиям добавляются граничные условия для твердого тела: - задается постоянный тепловой поток.

Аналитические решения задач о движении жидкости удается получать только для ламинарных течений, поэтому основной способ решения таких задач заключается в использовании численных методов. Наиболее широкое применение получили подходы на основе метода сеток.

Сущность метода сеток заключается в том, что искомая непрерывная функция аппроксимируется набором приближенных значений в некотором множестве точек, называемых узлами. Совокупность узлов, определенным образом межу собой связанных, называется сеткой, которая, в свою очередь, становится дискретной моделью области определения искомой функции. Ниже буду рассмотрены основные особенности наиболее популярных из сеточных методов [75, 76, 77], а именно метода конечных разностей (МКР), метода конечных элементов (МКЭ) и метода конечного объема (МКО). МКР является самым естественным и старейшим методом решения краевых задач.

Несмотря на внешнюю простоту метода, его численная реализация может быть весьма сложной. В частности, при построении сетки для произвольной области сета в общем случае будет нерегулярной, причем особенности ее геометрии будут учитываться только в приграничных узлах.

Разностные схемы, применяемые в МКР, следует использовать весьма осмотрительно, так как даже для простых линейных задач казалось бы логичная разностная схема может давать решение, не сходящееся к точному при измельчении сетки. Поэтому при применении МКР для построения универсальных расчетных систем используются схемы, хорошо зарекомендовавшие себя именно для тех задач, для решения которых и создается система.

Первые применения метода конечных элементов относились к области строительной механики, после чего он быстро завоевал популярность, и теперь очень трудно найти виды научной деятельности, в которых он не использовался бы.

Основными преимуществами МКЭ являются простота понимания и доступность, кроме того, применимость для областей со сложными границами. Следует также отметить высокую степень универсальности метода, что позволяет использовать одни и тот же алгоритм при решении различных исследовательских задач, а это способствует созданию универсальных программных комплексов применимых для решения большого комплекса проблем, связанных с исследуемым (проектируемым) объектом.

В МКЭ искомая непрерывная функция аппроксимируется кусочно-непрерывной, определенной на множестве конечных элементов. Как правило, в качестве аппроксимирующей функции выбираются полиномы, подобранные таким образом, чтобы обеспечить непрерывность искомой функции в узлах на границах элементов. Метод контрольного объема получил широкое распространение после появления знаменитой книги С. Патанкара [78].

Большим достоинством МКО по сравнению с методом конечных разностей является консервативность, т.е. выполнение законов сохранения для каждого отдельного контрольного объема. Это, а также простота программной реализации привели к тому, что МКО на сегодняшний день является ведущим методом дискретизации при решении задач вычислительной гидродинамики. В частности, расчетный комплекс FLUENT основан именно на нем. Общий алгоритм МКО можно представить следующим образом: 1. Разбивка расчетной области на конечное число непересекающихся объемов, при этом каждая узловая точка содержится в одном контрольном объеме; 2. Интегрирование исходного дифференциального уравнения по каждому контрольному объему, причем для вычисления интегралов используются кусочно-непрерывные аппроксимации, описывающие изменение искомой функции между узловыми точками или в пределах контрольного объема.

Методика проведения эксперимента и обработка опытных данных

Принята следующая последовательность проведения опытов: 1. Эксперимент по исследованию газодинамики. - запуск компрессора; - настройка требуемого расхода теплоносителя; - выход на стационарный режим работы экспериментальной установки по расходу рабочего потока; - замер перепада давления на экспериментальном участке; - переход на следующий режим. 2. Эксперимент по исследованию теплообмена. - запуск компрессора; - настройка требуемого расхода теплоносителя; - выход на стационарный ражи работы экспериментальной установки по расходу рабочего потока; - включение электронагревателя; - выход на стационарный тепловой режим; - проверка стационарности теплового режима, которая контролируется неизменными во времени значениями поверхностных температур опытного образца; - замер температуры на входе и выходе из исследуемого образца; - замер распределения температур на поверхности опытного образца; - переход на следующий режим.

Опыты проводились по программу классического многофакторного эксперимента, когда в каждой серии опытов изменяется только один параметр, а остальные фиксируются. При течении в трубе газообразного теплоносителя можно принять Методика обработки заключалась в следующем. Проводилась серия опытов числом, равным N. Каждый опыт повторялся п раз, т.е. имели место параллельные опыты.

Результаты расчетов показали, что дисперсии однородны, следовательно, случайные ошибки распределяются по нормальному закону, а наиболее вероятным значением измеряемой величины является среднеарифметическое, которое и используется при обработке опытных данных. На рис. 3.13, 3.14 представлены полученные в ходе экспериментов данные зависимостей перепада давления и температуры воздуха на выходе из исследуемого образца от расхода теплоносителя, а окончательные результаты обработки в виде зависимостей iVw = /(Re), = /(Re), Nu/NuM=f(Re), / ,=/(Re) показаны нарис. 3.15-3.18.

Одним из примеров применения криволинейного теплообменника с кольцевыми турбулизаторами является разработанная в ВГТУ в рамках основного научного направления «Физико-технические проблемы энергетики и экологии» совместно с ЮВЖД - филиалом ОАО «РЖД» автономная система индукционного подогрева водяной системы дизеля локомотива. Изготовленная опытно-промышленная установка на базе локомотива 2ТЭ 116 с новой системой подогрева, в настоящее время используется в практике ЮВЖД - филиала ОАО «РЖД» (ТЧ Елец). Исправные локомотивы, находящиеся в ожидании эксплуатационной работы оставляются в резерв управления дороги на незначительный срок (до 3-х суток).

Согласно инструкции ЦЧУ-250, пункта 2.2.3.11, оставленные тепловозы в РУД не подлежат консервации, а содержатся в действующем прогретом состоянии и готовые в любую минуты времени вступить в эксплуатационную работу.

На содержание тепловозов в горячем состоянии, в течение года нерационально расходуется значительное количество дизельного топлива и масел, от частых запусков дизелей происходит интенсивный износ дорогостоящих аккумуляторных батарей.

Устройство и работа нагревателя индукционного типа

Индукционный нагреватель общий вид и принципиальная схема, которого представлены на рис. 4.3, 4.4, работает следующим образом [86, 87]. При подаче напряжения на первичную обмотку 2 от источника энергии 3 во вторичной обмотке 4 наводится электродвижущая сила, и в трех группах полу обмоток 7 и 8 протекают токи, и выделяется теплота. Нагреваемая жидкость подается через входные патрубки 5, прокачивается по полуобмоткам 7 и 8, где кольцевые канавки турбулизируют поток в пристенном слое и обеспечивают интенсификацию теплообмена внутри труб. Нагретая жидкость уходит через отводные патрубки 6. Электробезопасность обеспечена благодаря заземлению перемычек 11, соединяющих патрубки подвода 5 и отвода 6 жидкости.

Принципиальная схема индукционного нагревателя: 1 - магнитопровод, 2 - первичная обмотка, 3 - источник энергии, 4 - вторичная обмотка (теплообменник с кольцевыми турбулизаторами), 5,6- патрубки для подвода холодной и отвода горячей, 7, 8 - полу обмотки с правой намоткой и с левой намоткой, 9 - электропроводящие трубки, 10, 11 - токопроводящие перемычки, 12 - заземляющие провода Преимущества перед аналогами [88]: Тепловая энергия выделяется непосредственно в толще металла и равномерно распределяется по всей площади нагреваемой поверхности. Распределение тепла по нагреваемой поверхности происходит без перегревов. Равномерное протекание химических реакций (без «спеканий»). Возможность точного регулирования температуры в диапазоне от 50 до 500С. Малая тепловая инерционность системы. Быстрый нагрев и остывание реакционной массы. Высокие удельные поверхностные мощности и увеличенная скорость нагрева. Очень малое тепловое сопротивление стенок химических аппаратов позволяет снижать требуемую температуру нагрева и повышать полный КПД. Небольшой перепад температур между нагреваемой средой и теплообменными поверхностями. Срок службы составляет 10 лет. Конструктивно, нагреватели являются работоспособными в течение 100 000 часов. В конструкциях нагревателей нет выходящих из строя (подверженных износу) элементов и при правильной эксплуатации нагреватели очень надежны. На теплообменном устройстве нагревателей отсутствует электрический потенциал, поэтому нагреватели сертифицируются по 2 классу электробезопасности. Нагреватели полностью безопасны для человека и окружающей среды.

Факторы образующие экономический эффект: индукционный нагрев позволяет производить более качественную продукцию, потребительская стоимость которой позволяет получать предприятию сверхприбыль; повышение производительности - в некоторых процессах — многократно; использование промышленной частоты тока и высокие энергетические параметры (для серийно выпускаемого оборудования КПД равен 98%, коэффициент мощности 0,99) позволяют использовать стандартное электрооборудование. Исключается необходимость в преобразователях и различном дополнительном оборудовании; длительный срок службы (10 лет) означает, что первоначальные затраты в виде амортизации распределяются по времени и становятся еще менее существенными, в то же время сроки замены оборудования отодвигаются на много лет, к тому же электронагреватель требует на порядок меньших капиталовложений по сравнению с другими типами нагревательных установок; надежность и неприхотливость оборудования позволяет полностью исключить потери времени, а главное средств на приобретение сменных деталей, их замену, текущее обслуживание, не говоря уже об ущербе, который может быть нанесен в случае выхода оборудования из строя во время технологических процессов; пожаро- и электробезопасность (2 класс) индукционных установок являются гарантией того, что при профессиональном монтаже они никогда не станут причиной возникновения пожара или несчастных случаев; использование электронагрева полностью снимает проблемы, связанные с покупкой, доставкой и хранением топлива; экономия дефицитных первичных энергоресурсов; наряду с технологическим и энергетическим эффектом обеспечивает и решение важных социальных вопросов: улучшение санитарно-гигиенических условий, улучшение условий труда, повышение культуры производства.

Основной экономический эффект от внедрения схемы подогрева водяной системы дизелей нагревателем индукционного типа заключается в исключении расхода дизельного топлива на прогрев двигателя тепловоза и замене его на электроэнергию (экономия от 200 до 300 % в рублях).

Предварительная оценка технических характеристик показала, что для поддержания необходимой температуры двигателя тепловоза требуется установка индукционного электронагревателя мощностью от 10 до 50 кВт в зависимости от условий эксплуатации мобильной системы подогрева. Такой разброс объясняется тем, что невозможно точно теоретически учесть тепловые потери в системе.

Система подключалась таким образом, чтобы не нарушать схему циркуляции охладителя, которая создается при работе штатных помп, а именно к входам маслоохладителя и водяного насоса через подающую магистраль, и выходам через обратную магистраль к сливочно-заправочному вентилю. Также были установлены обратные клапаны (17, 18, 19).

На первом этапе подготовки эксперимента и измерения нужных величин ТРМ138-Р конфигурируется программой «PLC Configuration». Конфигурирование системы измерения происходит следующим образом: 1) задается тип датчика для каждого канала измерения; Для данной системы в нашем случае 1-8 каналу устанавливается тип TXK(L) термопар. В нашем случае данным типом является «перемычка». 2) устанавливается тип вычислителя для каждого использованного канала; В нашем случае данным типом является «перемычка». 3) задается тип выходной характеристики логического устройства (ЛУ) прибора. Каждое ЛУ работает в режиме регистратора, что позволяет выводить данные измерения на компьютер; 4) устанавливается тип выхода. Тип выходного устройства определяется вариантом модификации прибора. У данного прибора выходные устройства являются электромагнитными реле, поэтому тип выхода устанавливается «реле». Схема конфигурирования прибора для нашего случая показана на рис. 4.6. После создания конфигурации системы измерения задается конфигурация системы отображения и регистрации измеренных параметров на компьютере с помощью программы "Owen system", которая предназначена для работы с приборами автоматизации технологических процессов и включает в себя 2 независимые подсистемы.

Похожие диссертации на Моделирование теплообмена в криволинейных каналах с кольцевыми турбулизаторами