Русская версия English version

Разработка математической модели многопоточных теплообменных аппаратов с учетом фазового перехода в теплоносителях

К.А. Касаткин, А.Е. Барочкин, В.П. Жуков, Г.Г. Орлов

Вестник ИГЭУ, 2018 г. выпуск 5, сс. 61—67

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: Из литературных источников известны модели многопоточных теплообменных аппаратов без учета возможного в них фазового перехода в теплоносителях. Однако в ряде случаев, например в многопоточных теплообменных аппаратах, предназначенных для утилизации влаги и тепловой энергии дымовых газов тепловых электрических станций, водяные пары при конденсации меняют фазовое состояние. Отсутствие методов расчета таких аппаратов во многом сдерживает разработку и реализацию обоснованных технологических решений. Таким образом, развитие моделирования многопоточных теплообменных аппаратов на случай описания фазового перехода в теплоносителях является актуальной задачей для энергетической и смежных отраслей промышленности.

Материалы и методы: Построение модели для многопоточных теплообменных аппаратов с учетом фазового перехода в теплоносителях выполнено в виде системы дифференциальных уравнений, составленных на основе теплового баланса для каждого потока теплоносителя. Аналитическое решение системы линейных дифференциальных уравнений получено методом пробных функций, численное решение этой же системы найдено методом Рунге-Кутта.

Результаты: Разработано математическое описание многопоточного теплообменного аппарата с учетом фазового перехода в теплоносителях. Найдены и проанализированы аналитические и численные решения для контактного теплообменного аппарата, используемого для утилизации влаги и тепловой энергии из дымовых газов тепловых электрических станций. Показаны возможности проведения проектных расчетов в рамках предложенной модели.

Выводы: Разработанная математическая модель служит основой для создания более эффективных методов организации процессов теплопередачи в технологических установках различного назначения с произвольным числом теплоносителей с учетом фазового перехода в теплоносителях.

Список литературы на русском языке: 
  1. Барочкин А.Е., Жуков В.П. Моделирование и расчет многопоточных теплообменных аппаратов // Вестник ИГЭУ. – 2017. – №. 3. – С. 70–75. doi: 10.17588/2072-2672.2017.3.070-075.
  2. Седлов А.С., Солодов А.П., Бухонов Д.Ю. Получение конденсата из уходящих дымовых газов на экспериментальной установке ОАО ГРЭС-24 // Энергосбережение и водоподготовка. – 2006. – № 5. – С. 76–77.
  3. Беспалов В.В., Беспалов В.И. Технология осушения дымовых газов ТЭС с использованием теплоты конденсации водяных паров // Известия Томского политехнического университета. – 2010. – Т. 316, № 4. – С. 56–59.
  4. Аронов И.З. Контактный нагрев воды продуктами сгорания природного газа. – Л.: Недра, 1990. – 280 с.
  5. Установка утилизации тепла дымовых газов / Н.Ф. Свиридов, Р.Н. Свиридов, И.Н. Ивуков, Б.Л. Терк // Новости теплоснабжения. – 2002. – № 8. – С. 29–31.
  6. Галустов В.С. Утилизация теплоты дымовых газов // Энергия и менеджмент. – 2004. – № 6. – С. 44.
  7. Белосельский Б.С., Соляков В.К. Энергетическое топливо. – М.: Энергия, 1980. – 168 с.
  8. Андреев Е.И. Расчет тепло- и массообмена в контактных аппаратах. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 172 с.
  9. Назмеев Ю.Г. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков реологически сложных сред. – М.: Энергоатомиздат,  1996. – С. 67–94.
  10. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергоатомиздат, 1981. – 416 с.
  11. Барановский Н.В., Коваленко Л.М., Ястребенецкий А.Р. Пластинчатые и спиральные теплообменники. – М.: Машиностроение, 1973. – 288 с.
  12. Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 288 с.
  13. Аронсон К.Э., Блинков С.Н., Брезгин В.И. Теплообменники энергетических установок: учебник для вузов. – Екатеринбург: Сократ, 2003. – 968 с.
  14. Жуков В.П., Барочкин Е.В. Системный анализ энергетических тепломассообменных установок. – Иваново, 2009. – 176 с.
  15. Барочкин А.Е., Жуков В.П., Беляков А.Н. Исследование процесса теплопередачи в многопоточных теплообменных аппаратах // Изв. вузов. Химия и химическая технология. – 2011. – Т. 54, вып. 11. – С. 116–119.
  16. Власов В.Г. Конспект лекций по высшей математике. – М.: Айрис, 1996. – 287 с.
  17. Самарский А.А. Введение в численные методы. – СПб.: Лань, 2005. – 288 с.
Ключевые слова на русском языке: 
теплопередача, поток теплоносителей, фазовый переход, модель многопоточных теплообменников, аналитическое решение, численное решение
Ключевые слова на английском языке: 
heat transfer, heat carrier flow, phase transition, multi-flow heat exchanger model, analytical solution, numerical solution
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2018.5.061-067
Количество скачиваний: 
24