Строительные исследования
страница - 0
Модель газовоздушного теплогенератора типа «Труба в трубе».
Наумейко А.В., Гофман М.С., Дейнеженко В.И., Рыжков А.Ф. Управление «Энергогазремонт» ООО «Уралтрансгаз»
В условиях высокой стоимости и ненадежности централизованного теплоснабжения понятно и оправдано стремление промышленных предприятий иметь собственные автономные источники теплоты. Решающие эту задачу газовоздушные теплогенераторы (газовоздушные теплообменники) промышленного масштаба начали приобретать в России реальное значение с середины восьмидесятых годов. Обогрев помещений с помощью генераторов горячего воздуха имеет ряд существенных достоинств, основными из которых являются низкие капитальные затраты, малые сроки монтажа и его простота, гарантия быстрого нагрева, возможность эффективного местного регулирование тепловой нагрузки.
Достаточно краткий срок применения воздушного отопления с использованием природного газа имеет следствием недостаточную научную проработку вопроса конструирования газовоздушных теплогенераторов и весьма ограниченный набор собственно конструктивных решений. Конечная цель настоящего исследования, являющегося обобщением нашего почти десятилетнего опыта разработок газовоздушных теплогенераторов, состояла в создании простой и надежной, приемлемой по габаритам, металлоемкости и стоимости конструкции.
Предварительно проведенная нами оценка существующего оборудования показала целесообразность оптимизации газовоздушного теплогенератора, основным элементом которого является известное устройство типа «труба в трубе».
При разработке и оптимизации теплообменной аппаратуры в принципе можно ориентироваться на проведение прямых экспериментов (традиционный путь) с установлением необходимых зависимостей и выявлением существенно влияющих на проходящие процессы факторов. Возможен и другой подход, основанный на наличии описания в математическом виде основных закономерностей проходящих в аппарате
теплообменных процессов. Подобный подход находит в последнее время в связи с широким применением электронных вычислительных машин все большее распространение [1, 2]. Математическое описание основных процессов при их достоверном и проверенном практикой характере может позволить создание модели аппарата с последующим проведением экспериментов уже на ней. Правильность той или иной модели должна быть подтверждена прямым экспериментом на реальном аппарате, выбору параметров которого и служат результаты модельного эксперимента.
Газовоздушные теплогенераторы после проведенного предварительного анализа возможностей их математического описания представляются аппаратами, балансово-кинетическая модель которых сложна, но, тем не менее, может быть сформирована с достаточной точностью. Если математическое описание проходящих в газовоздушном теплогенераторе процессов по отдельности достаточно хорошо известно (при неизбежном введении ряда упрощающих предположений), то значительную сложность представляет общее описание аппарата во взаимосвязи отдельных составляющих и алгоритм решения модели.
Для проектирования и расчета промышленного аппарата представляется необходимым рассмотреть ряд моделей с постепенно усложняющейся конструкцией для выяснения узких мест и лимитирующих стадий проходящих в них теплообменных процессов. Базовой моделью при этом, как указано выше, является модель газовоздушного теплогенератора типа «труба в трубе», эскизный вариант которого представлен на рис. 1.
Дымовой канал.
-Окорпуса
Рис. 1.
Дымовые газы, полученные при сжигании газообразного топлива, направляют во внутреннюю трубу (дымовой канал). Внешняя труба образует с первой кольцевой зазор (воздушный канал), куда и поступает нагреваемый воздух.
Необходимо, прежде всего, обратить внимание на следующее. Анализ использования выпускаемых газовоздушных теплогенераторов, и многочисленные опросы промышленных предприятий Уральского региона позволили установить диктуемую потреблением наиболее приемлемую тепловую мощность аппарата в предположении дальнейшего серийного производства. Таковая оказалась на уровне 0,5 МВт. Для решения модели принята полезная тепловая мощность 0,45 МВт. Все последующие расчеты по расходу природного газа и воздуха соответствуют именно этой тепловой мощности. Естественно, что при решении модели приняты приемлемые из общих соображений для этого случая размеры основных узлов и деталей.
Простота собственно рассматриваемого аппарата типа «труба в трубе» не означает простоту формирования его балансово-кинетической модели. Процесс передачи теплоты от охлаждаемых дымовых газов к нагреваемому воздуху проходит следующим образом. Дымовые газы, протекающие по внутреннему дымовому каналу, отдают теплоту его стенкам, как за счет конвекции, так и путем излучения. Далее теплота передается от внутренней стенки дымового канала к его внешней стенке посредством теплопроводности. Нагреваемый воздух получает теплоту от внешней поверхности дымового канала, благодаря конвективному теплопереносу. Корпус аппарата воспринимает теплоту от этой же поверхности за счет лучеиспускания. При отсутствии тепловых потерь от корпуса в окружающую среду, что является одним из упрощающих предположений, в стационарном процессе теплота, воспринятая корпусом, в свою очередь в полной мере передается нагреваемому воздушному потоку путем конвекции. Таким образом, при формировании модели необходимо знание уравнений, описывающих как процессы конвективного теплопереноса при различной гидродинамической обстановке, так и процессы лучевого теплопереноса от дымовых газов к твердой стенке и между твердыми стенками. При формировании балансово-кинетической модели должна быть также определена система уравнений, позволяющих установить параметры дымовых газов на входе в аппарат и их физические свойства в зависимости от температуры. Необходимые для последующего моделирования параметры дымовых газов включают в себя теплоту сжигания природного газа, теоретическое количество сухого воздуха,
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5]