Введение к работе
Актуальность работы. Веб возрастапций дефицит и стоимость энергетических ресурсов выдвигает на первый план задачу их экономии в отраслях прошшшениости. Эффективное использование топлива должно тесно увязываться с вопросами улучшения качества выпускаемой продукции и защиты окружающей среда. Вследствие сложности протекаицих в энерготехнологических агрегатах процессов и высокой стоимости натурных экспериментов решить вышеупомянутые проблемы при создании нового и модернизации старого оборудования невозможно без моделирования тепловых процессов.
В настоящее время при решении задач комбинированного теплообмена всё чаще используют зональний метод. Аппроксимация интегральных уравнений переноса тепла в рамках многозонального подхода приводит к системе нелинейных алгебраических уравнений большой размерности. Особенностью рассматриваемой здесь группы задач является их, существенная нелинейность, а сложность геометрии, значительные различия пространственных масштабов и теплофизических сеойств приводят к плохой обусловленности задач комбинированного теплообмена. Поэтому большой интерес вызывают вопросы, связанные с решением подобных задач»
В настоящее время существует ряд методов решения нелинейных задзч комбинированного теплообмена. Однако они требуют постоянного подбора релаксационных параметров .имеют невысокуз скорость сходимости, а для ряда практических плохообусловленных задач вообще теряот устойчивость. Это существещо лимитирует вычислительные процедуры многозональных расчётов, особошю в розямэ многовариантного имитационного моделирования, необходимого при оптимизации режимных и конструкционных параметров на стадии о
' 4
предпроектных исследований высокотемпературны! энерготехнологических вгрегатов. Поэтому актуальной проблемой являотся разработка быстрл и устойчивых методов решения нелинейных плохо-обусловленных задач комбинированного теплообмена.
' Цель работы - разработка эффективного алгоритма решения нелинейных задач комбинированного теплообмена в рамках многозонального подхода и использование его для исследования и выбора рациональных темлературно-тешювых режимов высокотемпературных энерготохяологических агрегатов. Научная новизна
- Выделен класс шююобусловленных задач комбинированного тепло
обмена. Показано, что причиной плохой обусловленности является
наличие в физической системе структур, элементы которых слабо
взаимодействуют с элементами других'подсистем и с окружением.
Предложены параметры замкнутости квазизамкнутых подсистем (КЗПС), позволявдио оценить степень "жесткости" задачи комбинированного теплообмена.
Разработан алгоритм выделения КЗПС, основанный на анализе матриц коэффициентов, аппрокснмируЕщих перенос тепла за счёт-излучения, адвекцш, диффузии. В" алгоритме использованы свойства данных матриц к чисто алгебраический подход.
Разработан црздоОусловленный метод Кьютона-Рафсона (ПНР) для решения системы нелинейных алгебраических уравнений баланса тепла, возникаицей при многозональном подхода к моделировании комбинированного теплообмена в энерготехнологических установках.
Разработали итерационные процедуру, ядром которых является метод ПНР, для проведения многовариаятшх рэсчбтов с целью получения радаональних режимных и конструкционных параметров на примере камер газового нагрева горизонтальных-протяжных печей. В
частности, использование данных алгоритмов позволяет выбрать такие режимы нагрева и конструкционные параметры» при которых обеспечивается гапиг.гальныа расход топлива іфа заданных температурах г.аэтзлла на выходе из каморы.
Практическая ценность диссертация заключается в создания програвшого комплекса по расчёту комбинированного теплообмена в произвольных двумерных конфигурациях її комплекса программ по многоваряантным расчётам рациональных режимных а хонструїсциошшх параметров горизонтальных протяжных пвчей, использупцих разработанный алгоритм ПНР. Программный комплекс по расчбту параметров горизонтальных протяжных печей передан для использования в институт Стальпроект. Проведённый расчетно-теоретический анализ теплообмэяпых аппаратов секционных и горизонтальных протяжных печей позволил выявить их рациональные режимные и конструкционные параметры.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Все-союзноя выставке программных средств по числеяняому решению задач термоупругости (г. Москва, 1990), на седьмой Всесоюзной конференции По радиационному теплообмену (г. Ташкент, 1991), на втором Международном форуме по тепломассообмену ' (г. Минск , 1992).
Публикации. По теме диссертация опубликовано пять научных работ.
Структура а объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, приложения. Обаий объем диссертационой работы-169 страниц. Диссертация содержит 25 рисунков, 2 таблицы. Список литературы содержит III наименований.