Рекуперативні теплообмінники на основі струминно- вихрової технології в технологічних процесах та апаратах

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 – технічна теплофізика і промислова теплоенергетика. – Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2015. Запропоновано струминно-вихрову технологію підвищення ефективності утилізації тепла в металевих трубчастих рекуператорах з врахуванням інтенсифікації конвективного теплообміну на повітряній стороні, що призводить до додаткового корисного ефекту – збільшення температури підігрівання дуття до 300 °С із одночасним зниженням металоємкості і габаритів теплообмінників у 2...3 рази. Виконані експериментальні дослідження роботи струминно-вихрових рекуператорів на фізичній моделі. Результати експериментів показали, що вставка у вигляді перфорованої по спіралі повітряної труби з лопатями у формі гвинтової крильчатки належить до окремого класу вихрових систем – систем з активними гідрогазодинамічними режимами, на відміну від традиційних завихрювачів циклонних апаратів. Розроблена CFD-модель струминно-вихрового рекуператора і виконано числове моделювання параметрів його роботи на основі даних експериментальних досліджень – фізичного, імітаційного моделювання на фізичній моделі з погрішністю порівняною з точністю використовуваної в експериментах вимірювальної техніки. Розроблені рекомендації для практичного використання струминно-вихрових рекуператорів на принципах енергозберігаючих технологій. Встановлені техніко-економічні переваги запропонованої конструкції струминно-вихрових рекуператорів, що дозволяє досягти економії газоподібного палива в печах до 15-16 %.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 – техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. – Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2015. В работе рассмотрены основные теоретические представления о вихревом движении применительно к решению технических задач. На основе теории вихрей рассмотрен вопрос о нестабильности спиральных вихревых пространственных структур при дуплете либо триплете вихревых нитей. Проведена оценка теплотехнического оборудования, в частности,рекуператоров. Показано, что теплотехнические агрегаты — вихревые устройства, такие как вихревые топки, камеры сгорания и др. обладают существенными преимуществами благодаря работе в активных гидрогазодинамических режимах, а эффективность их работы в основном зависит от их режимных и конструктивных параметров. Вихревой эффект, возникающий в этих устройствах, позволяет выполнять их компактными, с повышенным коэффициентом энергоэффективности, что соответствует задачам, поставленным в Энергетической стратегии Украины до 2030 г. Приведена конструкция струйно-вихревого компактного рекуператора,особенности работы которого хорошо согласуются с теорией концентрированных вихрей. Показано, что работа струйно-вихревого рекуператора не вполне тождественна циклонным вихревым теплобменникам по характеру протекающих в нем процессов. Предложена струйно-вихревая технология повышения эффективности утилизации тепла в металлических трубчатых рекуператорах с учетом интенсификации конвективного теплообмена на воздушной стороне, которая приводит к дополнительному полезному эффекту – увеличению температуры подогревания дутья до 300 С и одновременным снижением металлоемкости и габаритов теплообменников в 2...3 раз. Выполнены экспериментальные исследования работы струйно-вихревых рекуператоров на физической модели. Результаты экспериментов показали, что вставка в виде перфорированной по спирали воздушной трубы с лопастями в форме винтовой крыльчатки относится к отдельному классу вихревых систем – систем с активными гидрогазодинамическими режимами в отличие от традиционных завихрителей циклонных аппаратов. Разработана CFD-модель струйно-вихревого рекуператора и выполнено числовое моделирование параметров его работы на основе данных экспериментальных исследований: физического, имитационного моделирования на физической модели с погрешностью сравнимой с точностью, применяемой в экспериментах измерительной техники. Разработаны рекомендации для практического использования струйно-вихревых рекуператоров на принципах энергосберегающих технологий. Установлены технико-экономические преимущества предложенной конструкции струйновихревых рекуператоров, позволяющей добиться экономии газообразного топлива в печах до15–16 %.

Thesis for the degree of candidate of technical sciences in specialty 05.14.06 –thermophysics and technical and industrial combined heat and power. – Odessa National Polytechnic University, Odessa, 2015. Jet-vortex technology to increase efficiency of heat utilization in the tubular metallic recuperators with allowance for increased convective heat transfer on the air side is suggested, which leads to an additional beneficial effect — increase in temperature of heating air-blast to 300 °C and a simultaneous decrease in metal consumption and the dimensions of heat exchangers in 2...3 times. Experimental studies of work of jet-vortex heat exchangers on a physical model are performed. The experimental results showed that the insertion of a spirally perforated air-pipe with spiral impeller shape vanes qualifies as a separate class of vortex systems as the systems with hydrogasodynamic active modes, unlike conventional cyclone apparatus swirlers. CFD-model of jet-vortex recuperator is developed, and a numerical simulation of its operation parameters is performed on the basis of experimental study data: physical, imitating modeling on a physical model with an accuracy comparable to the precision used in experiments of measuring equipment. Recommendations for the practical use of jet-vortex recuperators on the principles of energy saving technologies were developed. Technical and economic benefits of the proposed construction of jet-vortex recuperators were established, which allows achieving savings of gaseous fuel in furnaces up to 15…16 %.