Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Оптимизация параметров теплообменных аппаратов систем воздушного отопления

Диссертация: Оптимизация параметров теплообменных аппаратов систем воздушного отопления
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Сложность разработанных достоверных методик обусловливает значительные затраты средств и времени при проведении оптимизации основных параметров теплообменных аппаратов систем воздушного отопления зданий. Поэтому разработаны методики, позволяющие на начальном этапе их проектирования выполнить анализ расчетов с целью уточнения области оптимальных решений параметров и конструктивных элементов… Читать ещё >

Содержание

  • Введение. Общая характеристика работы
  • ГЛАВА 1. Методы и критерии совершенствования теплообменных аппаратов
    • 1. 1. Обзор методов оптимизации теплообменных поверхностей теплообменных аппаратов
    • 1. 2. Выбор критериев оптимальности для совершенствования теплообменных аппаратов систем воздушного отопления зданий
    • 1. 3. Выводы по главе 1
  • ГЛАВА 2. Разработка математической модели оптимизации параметров теплообменных аппаратов
    • 2. 1. Техническая постановка задачи исследования. Исходные данные. Критерии оптимальности. Ограничения на параметры процесса
    • 2. 2. Основные уравнения, описывающие теплообменные процессы. Пути интенсификации теплопередачи. Интенсификация теплопередачи за счет оребрения стенок
    • 2. 3. Постановка математической модели процесса теплообмена на оребренной поверхности теплообменного аппарата систем воздушного отопления зданий
    • 2. 4. Выбор граничных условий для постановки математической модели
    • 2. 5. Выбор решения многопараметрической задачи оптимизации процесса теплообмена
    • 2. 6. Алгоритм решения. Описание метода решения
    • 2. 7. Тестирование модели и анализ результатов
    • 2. 8. Выводы по главе 2
  • ГЛАВА 3. Исследование процесса теплообмена на основе визуализации тепловых полей
    • 3. 1. Задачи экспериментального исследования процесса теплообмена
    • 3. 2. Экспериментальная установка для исследования процесса теплообмена
    • 3. 3. Методика проведения исследований
    • 3. 4. Исследование температурного поля теплообменных поверхностей методом визуализации
    • 3. 5. Проверка сходимости результатов расчета по математической модели и по теоретическим зависимостям
    • 3. 6. Оценка погрешностей при экспериментальном исследовании
    • 3. 7. Выводы по главе 3
  • ГЛАВА 4. Анализ экономической эффективности результатов исследований
    • 4. 1. Исследование влияния изменения параметров теплообменного аппарата на металлоемкость и стоимость
    • 4. 2. Выводы по главе 4

Оптимизация параметров теплообменных аппаратов систем воздушного отопления (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

Проведение прикладных научных исследований для оптимизации основных параметров теплообменных аппаратов обусловлено требованиями по энергосбережению в системе теплоснабжения потребителей (Федеральный закон РФ № 261 от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении, и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ», ГОСТ Р 51 380−99 «Энергоснабжение»),.

Использование системы автоматизированного проектирования для этих целей связано с решением ряда проблем, среди которых разработка новых математических моделей, адекватных реальным процессам, и информационное обеспечение математических моделей эмпирическими данными параметров теплообменных аппаратов и процессов.

Решение задач усложняется тем, что в большинстве случаев имеются недостаточные по объему экспериментальные данные, исключающие возможность создания точных математических моделей.

Сложность разработанных достоверных методик обусловливает значительные затраты средств и времени при проведении оптимизации основных параметров теплообменных аппаратов систем воздушного отопления зданий. Поэтому разработаны методики, позволяющие на начальном этапе их проектирования выполнить анализ расчетов с целью уточнения области оптимальных решений параметров и конструктивных элементов [42,73].

Для исследования теплообменных аппаратов как сложной технической системы использованы новые методы математического моделирования с оптимизацией параметров процесса теплообмена на базе визуализации тепловых полей. Разработанный комплексный метод исследований позволяет решать данные задачи по оптимизации параметров теплообменных аппаратов систем воздушного отопления [48,49,54].

В качестве достоверных источников первичной информации о реальных процессах используются результаты натурных исследований, которые обеспечивают расчеты по уточненным математическим моделям.

Совершенствование теплообменных аппаратов в результате оптимизации параметров и конструктивных элементов основано на решении задач многокритериальной оптимизации с введением обобщенных зависимостей, полученных на основе тепловизионной съемки.

Системы воздушного отопления зданий являются ресурсозатратными, поэтому актуальна проблема повышения их ресурсоэффективности.

Объект исследования — оребренные поверхности теплообменных аппаратов системы воздушного отопления зданий.

Предмет исследования — процесс теплообмена на оребренных поверхностях теплообменных аппаратов систем воздушного отопления.

Метод исследования — математическое моделирование процесса теплообмена с проверкой адекватности модели на экспериментальном стенде с использованием визуализации процесса при помощи тепловизионной камеры.

Целью диссертационного исследования является повышение эффективности работы теплообменных аппаратов за счет оптимизации их параметров и конструктивных элементов.

Для достижения поставленной цели в процессе научно-исследовательских работ необходимо решить следующие задачи:

— разработать математическую модель процесса теплообмена на тепло-обменных поверхностях аппаратов с решением многокритериальной задачи оптимизации с помощью метода нелинейной оптимизации;

— определить закономерности процесса теплообмена с получением обобщающих зависимостей распределения температуры на теплоотдающей поверхности теплообменного аппарата системы воздушного отопления зданий при работе в течение отопительного периода;

— определить сходимость результатов при расчете на основании теоретических зависимостей и на основании решения математической модели;

— снизить металлоемкость теплообменного аппарата, оптимизируя его теплотехнические характеристики;

Научная новизна диссертационной работы состоит в:

— получении функциональных зависимостей распределения температур на теплообменных поверхностях и оптимальных геометрических параметров оребрения теплообменного аппарата;

— разработке нового комплексного метода исследований, основанного на решении задач многокритериальной оптимизации с введением обобщенных зависимостей, полученных на основе тепловизионной съемки.

Практическая значимость работы заключается в:

— получении полуэмпирических уравнений для расчетов систем воздушного отопления зданий при проектировании;

— снижении металлоемкости теплообменных аппаратов, используемых в системах воздушного отопления зданий.

Положения диссертации, выносимые на защиту: результаты исследований распределения температур на теплообменных поверхностях и оптимальных параметров элементов теплообменных аппаратов, полученных комплексным методом исследований, основанном на решении задач многокритериальной оптимизации с введением обобщенных зависимостей, созданных на основе тепловизионной съемки.

Внедрение результатов исследований: результаты работы приняты для разработки новых моделей теплообменных аппаратов на предприятии ОАО «Свердловская энергосервисная компания», ООО «Завод калориферов «Феникс» «.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертации, рассмотрены и обсуждены на научных конференциях и семинарах:

1. Международный симпозиум «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений» при участии Российской академии архитектуры и строительных наук, Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН, УМО вузов по образованию в области строительства, Международной ассоциации строительных высших учебных заведений, МГСУ, ПГТУ, г. Пермь, 8−10 сентября, 2008 г.

2. Научно-практическая конференция аспирантов, молодых ученых и студентов строительного факультета «Строительство, архитектура. Теория и практика», ПГТУ, г. Пермь, 4−5 декабря 2007 г.

3.II Международная научно-техническая конференция «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», МГСУ, г. Москва, 10−14 ноября, 2007 г.

4. Научно-практическая конференция аспирантов, молодых ученых и студентов строительного факультета «Строительство, архитектура. Теория и практика», ПГТУ, г. Пермь, 10−12 декабря 2008 г.

5. III Международная научно-техническая конференция «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», МГСУ, г. Москва, 11−13 ноября 2009 г.

6. XXIX Российская школа «Наука и технологии», УрО РАН, г. Екатеринбург, 23−25 июня 2009 г.

7. Расширенное заседание кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна» Пермского государственного технического университета, г. Пермь, 29 апреля 2010 г.

8. IV Научно-технический семинар кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция» Тюменского государственного архитектурно-строительного университета, г. Тюмень, 20 апреля 2010 г.

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 11 научных статьях, 3 из них в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы, включающего 75 наименований. Общий объем диссертационной работы — 151 страница машинописного текста, содержит 2 таблицы, 49 рисунков и приложения в виде расчетов математической модели, тепловизионных фотографий и актов о внедрении.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

Проведённые исследования процесса теплообмена на оребренных поверхностях теплообменных аппаратов систем воздушного отопления позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработана математическая модель процесса теплообмена на тепло-обменных поверхностях аппаратов с решением многокритериальной задачи оптимизации и проверкой ее адекватности на экспериментальном стенде при помощи визуализации тепловых полей.

2. Сформирован оптимальный диапазон управляемых параметров: высота ребра от 27 до 30 мм и температура на поверхности ребра от 5 до 65 °C, влияющих на процесс теплообмена при минимуме металлоемкости от 0,204 до 0,206 кг и максимуме теплопроизводительности от 62 до 68 Вт/(м2-°С) ребра теплообменного аппарата.

3. Определены закономерности процесса теплообмена с получением обобщающих зависимостей распределения температуры на теплоотдающей поверхности теплообменного аппарата системы воздушного отопления при работе в течение отопительного периода.

4. Определена сходимость результатов исследований при расчете на основании теоретических зависимостей и на основании решения математической модели, которая составила 1%.

5. Результаты исследований диссертационной работы приняты для модернизации теплообменных аппаратов на предприятии ОАО «Свердловская энергосервисная компания», ООО «Завод калориферов «Феникс» «, что позволило снизить металлоемкость теплообменных аппаратов на 17,8% при оптимизации теплотехнических характеристик на 5,8% с годовым экономическим эффектом для предприятия 8,5 млн руб.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ю.П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. — 248 с.
  2. В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей. М.: Энергия, 1966. — 233 с.
  3. В.М. Сравнительные исследования теплоотдачи и сопротивления ребристых поверхностей // Энергомашиностроение. 1961. -№ 2.-С. 12−16.
  4. В.М., Белецкий Г. С. Теплопередача и аэродинамические сопротивления трубчатых поверхностей в поперечном потоке. M.-JI.: Маш-гиз, 1948.- 117 с.
  5. Р., Ларичев О. И. Линейное программирование со многими критериями. Метод ограничений // Автоматика и телемеханика.- 1971.-№ 8.-С. 108−115.
  6. М.И., Калинкин И. П. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа. М.: Химия, 1972.-408 с.
  7. А.И., Гришкова A.B., Мелехин A.A. Об использовании средств ИК-диагностики при испытаниях теплообменных аппаратов // Сб. ст. II Меж-дунар. науч.-техн. конф. «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции». М.: Изд-во МГСУ, 2007. — 331 с.
  8. А.И., Гришкова A.B., Мелехин A.A. Об использовании средств ИК-диагностики при испытаниях теплообменных аппаратов // Сантехника, отопление, кондиционирование. М., 2008. — № 5 (77).
  9. Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. — 720 с.
  10. Л.Л., Конев C.B., Хронелюк В. В. Интенсификация теплообмена в тепловых трубах. М.: Наука и техника, 1983. — 152 с.
  11. A.B., Мелехин A.A. Разработка, исследование и реализация методов совершенствования теплообменных аппаратов // Строительство, архитектура, теория и практика: сб. тез. докл. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. — 236 с.
  12. A.A. Интенсификация конвективного теплообмена и проблема сравнительной оценки теплообменных поверхностей // Теплоэнергетика. 1977.-№ 4. — С. 5−8.
  13. A.A. Методика сравнения конвективных поверхностей нагрева // ЖТФ. 1938. — Т. 8, вып. 17. — С. 1584−1602.
  14. А.Д., Якименко Р. И. Исследования энергетического совершенства профильно-пластинчатых поверхностей // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1975. — № 4. — С. 140−143.
  15. В.И., Анисин А. К. Повышение эффективности теплоотдачи поперечно обтекаемых пучков труб // Теплоэнергетика. 1976. — № 7. -С. 37−40.
  16. В.И., Сеченов В. М. Методика оценки эффективности теплообменных аппаратов и поверхностей теплообмена // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1967. — № 4. — С. 71−76.
  17. В.И., Храпов Б. И., Шишков В. М. Трубчатая поверхность теплообмена со спирально-ленточным гофрированным оребрением // Энергомашиностроение. 1968. — № 2. — С. 16−17.
  18. В.И., Шишков В. М. Обобщенные зависимости по теплообмену и сопротивлению трубчатой поверхности, оребренной гофрированной лентой // Теплоэнергетика. 1969. — № 6. — С. 33−37.
  19. А., Жюгжда И. Теплоотдача в ламинарном потоке жидкости. Вильнюс: Минтис, 1969. — 266 с.
  20. А., Макарявичюс В., Шланчяускас А. Теплоотдача пучков труб в поперечном потоке жидкости. Вильнюс: Минтис, 1968. — 189 с.
  21. A.A. Конвективный перенос в теплообменнике. М.: Наука, 1982.-471 с.
  22. В.П. Теплообмен при конденсации. М.: Энергия, 1977. -233 с.
  23. А.К., Матвеев Г. А. Вывод аналитических зависимостей для определения оптимального соотношения скоростей потоков воздухоподогревателях ГТД // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1975.-342 З.-С. 56−60.
  24. Д.Д., Попалов В. В. Оптимизация геометрии решетки пучка стержней с внутренним тепловыделением по эффективности теплоотдачи // Тр. МЭИ. 1977. — Вып. 336. — С. 83−85.
  25. Д.Д., Попалов В. В. Оптимизация компоновки шахматной трубной решетки при поперечном обтекании. Изв. вузов. Сер. Энергетика. — 1978. — № 1.-С. 66−71.
  26. Д.Д., Попалов В. В. Оптимизация решетки теплообменников и соотношения скоростей потоков при продольном обтекании // Теплоэнергетика. 1979. — № 2. — С. 42−44.
  27. Д.Д., Попалов В. В. Оптимизация трубной решетки коридорного пучка при поперечном обтекании на основе эффективности теплоотдачи // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1977. — № 8. — С. 89−93.
  28. Д.Д., Попалов В. В. Сравнение продольного и поперечного обтекания трубных пучков по эффективности теплоотдачи // Теплоэнергетика. 1977. — № 9. — С. 62−64.
  29. Д.Д., Попалов В. В. Сравнение треугольной и квадратной решеток трубного пучка при продольном обтекании // Теплоэнергетика. 1979. -№ 5. — С. 29−31.
  30. Д.Д., Попалов В. В. Сравнение эффективности теплоотдачи коридорного и шахматного пучков при поперечном обтекании потоком газа // Тр. МЭИ. 1978. — Вып. 364. — с. 86−90.
  31. Д.Д., Попалов В. В. Сравнение эффективности теплоотдачи при течении газов в гладких и шероховатых каналах // Теплоэнергетика. 1977. — № 5. — С. 70−73.
  32. В.А., Лейфман И. И. Графический способ оценки эффективности конвективных поверхностей нагрева // Теплоэнергетика. 1975. -№ 3. — С. 34−36.
  33. В.А., Орлов В. К., Приходько В. Ф. Создание компактной поверхности теплообмена на основе идеи внесения в поток неоднородно-стей давления // Теплоэнергетика. 1977. — № 4. — С. 29−33.
  34. В.А., Цирельман Н. М. К вопросу об определении эффективности теплообменных поверхностей // Изв. вузов. Сер. Энергетика. -1972. -№ 1.-С. 100−103.
  35. М.В. О наивыгоднейшей форме поверхности нагрева // Изв. ЭНИН им. Г. М. Кржижановского. 1944. — Т. 12.- С. 15−19.
  36. М.В., Михеев М. А. Моделирование тепловых устройств. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1936. — 320 с.
  37. О.Х., Попов О. М., Удут В. И. Новые конструкции эффективных витых трубчатых теплообменников // Нефтегазовые технологии. -1998.-№ 5−6.-С. 10.
  38. Краткий справочник по теплообменным аппаратам / В. А. Григорьев, Т. А. Колач, B.C. Соколовский, P.M. Темкин. -М.- Л.: Госэнергоиздат, 1962. -256 с.
  39. Н.В. Рабочие процессы и вопросы совершенствования конвективных поверхностей котельных агрегатов. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958.- 172 с.
  40. В.Б., Иохведов Ф. М. Выбор эффективной поверхности нагрева для создания компактного воздухоподогревателя (калорифера) // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1970. — № 5. — С. 68−72.
  41. С.С. Основы теории теплообмена. Л.: Машгиз, 1962.-456 с.
  42. В.М. Конвективный тепло- и массообмен. М.: Энергия, 1972.-446 с.
  43. А.У. О рациональных компоновках конвективных поверхностей нагрева котельных агрегатов // Теплоэнергетика. 1963. — № 5.
  44. ЛяликовЮ.С., Клячко Ю. А. Теоретические основы современного качественного анализа. М.: Химия, 1978. — 312 с.
  45. О.П., Толчинский А. Р., Александров М. В. Теплооб-менная аппаратура химических производств. JL: Химия, 1976. — 368 с.
  46. A.A. Исследование процесса теплообмена на поверхности пластины методом визуализации тепловизионной съемкой // Сб. докл. III Междунар. науч.-техн. конф. «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции». М.: Изд-во МГСУ, 2009. — 328 с.
  47. A.A. Комплексный метод исследований по совершенствованию теплообменных аппаратов // Материалы VII Междунар. науч. конф. -Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ, 2009. 352 с.
  48. A.A. Оптимизация процесса охлаждения нефтебитума на установке 19−10: отчет по научно-исследовательской работе по договору № 2009/374 между ПГТУ ООО «ЛУКОЙЛ-ПНОС». — 188 с.
  49. A.A. Совершенствование систем оборотного водоснабжения методом многокритериальной оптимизации // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Чистая вода 2009». Кемерово: Изд-во КемТИПП, 2009. — 504 с.
  50. Жирным шрифтом отмечены издания, рекомендованные к публикации Высшей аттестационной комиссией (ВАК).
  51. А.А. Совершенствование систем оборотного водоснабжения нефтеперерабатывающих предприятий // Сб. статей IX Междунар. науч.-практ. конф. «Состояние биосферы и здоровье людей». Пенза: Изд-во ПГСХА, 2009.-176 с.
  52. А.А., Мелехин А. Г. Комплексный метод исследования работы напорных водоводов в системах водоснабжения // Естественные и технические науки. 2010. — № 2 (46).
  53. А.А., Рымаров А. Г. Оптимизация параметров элементов систем охлаждения технологических установок // Естественные и технические науки. 2010. — № 4 (46).
  54. Ф., Камышев Б. Новые типы компактных пластинчатых теплообменников // Нефтегазовые технологии. 1998. — № 11. — С. 12−14.
  55. М.А. Расчетные формулы конвективного теплообмена // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1966. — № 5. — С. 96−105.
  56. М.А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. — М.: Энергия, 1977. — 344 с.
  57. А.И. Оптимальная компоновка поверхности нагрева из круглых труб // Теплоэнергетика. 1962. — № 2. — С. 32−39.
  58. Л.И., Дулькин И. Н. Тепловой расчет оребренных поверхностей.-М., 1977.
  59. А.П., Тулин С. Н. Методика сравнения пучков труб с проволочным оребрением // Энергомашиностроение. 1959. — № 11. — С. 20−21.
  60. Г. Ф., Бирюков O.K., Косой Б. В. Теплотехнические расчеты теплообменных аппаратов на тепловых трубах и термосифонах // Теплоэнергетика. 1993. — № 1. — С. 68−70.
  61. И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Наука, 1973.312 с.
  62. И.М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981. — 107 с.
  63. Справочник по теплообменникам: в 2 т. / пер с англ.- под ред. Б. С. Петухова, В. К. Шикова. -М.: Энергоатомиздат, 1987. 560 с.94
  64. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: справочник / под общ. ред. В. А. Григорьева, В. М. Зорина. 2-е изд. пе-рераб. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 560 с.
  65. Тепло- и массообмен / Б. М. Хрусталев, А. П. Несенчук и др. -Минск, 2007.
  66. Теплопередача: учеб. для вузов / В. П. Исаченко и др. М.: Энергия, 1975. — 488 с.
  67. Технические системы (процессы, конструкции, эффективность) / Р. Я. Амиров, И. М. Уракаев, Р. Г. Гареев, В. И. Глазунов, А. Н. Гришин, Р. Г. Шарафиев и др. Уфа: Гилем, 2001. — 600 с.
  68. Д. Прикладное нелинейное программирование: пер. с англ. М.: Мир, 1975. -534 с.
  69. В.Ф. Методика сравнительной оценки конвективных поверхностей нагрева // Энергомашиностроение. 1969. — № 5. — С. 31−34.
  70. В.Ф., Тахтарова П. С. Влияние теплопроводности ребер и теплоносителя на теплоотдачу пучков ребристых труб при поперечном смывании // Теплоэнергетика. 1971. — № 9. — С. 66.
  71. Burck Е. Der einfluss der prandtlzahl auf den warmeubergang und druckverlust kunstlich ausgerauhter stromungskanale // Warmend Stoffubertra-gund. 1969. — Bd 2, № 4. — S. 87−100.
  72. Klenke W. Brennst // Warme Kraft. — 1966. — S. 18−97.
  73. Kaltentechnik klimatisierung. — 1970. — 22. — S. 322. кэсхолдинг
  74. ОАО «Свердловская энерпхереиеная компания» 620 014, г. Екатесинбург, ул. Московская, д.1б, +7(343)253−87−37{тел), +7(343)253−87−33 (факс) [email protected], [email protected]
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!