Сборник научных трудов ДонГТУ

Статья

Наименование Исследование нестационарного теплообмена в тепловом аккумуляторе с огнеупорной насадкой при периодическом нагреве и охлаждении
Авторы Алексеев В. П., к.т.н., доц.
Канчукова М. В., ст.преп.
Раздел Электротехника. Радиотехника
Год 2014 Выпуск 43 Страницы 94 - 99
УДК 66.042.886
Аннотация Приведены результаты исследования нестационарного теплообмена в тепловом аккумуляторе с огнеупорной насадкой, реализуемого в системе использования тепла конвертерных газов, с учетом переменных граничных условий и теплофизических характеристик теплоносителей и массы насадки, а также предложена уточненная формула для определения коэффициента теплопередачи теплового аккумулятора.
Реферат Цель. Исследование динамических характеристик теплового аккумулятора при специфических условиях его работы в системе использования тепла конвертерных газов (СИТКГ) на основе математической модели с учетом переменных граничных условий и теплофизических характеристик теплоносителей и массы насадки при различных режимах работы кислородного конвертера.
Методика. Исследования проводились на основе математического описания процессов нестационарного теплообмена в регенеративных теплообменных аппаратах с учетом специфики работы тепловых аккумуляторов (ТА). Методика расчета в основном разработана для доменных воздухонагревателей (ДВН) и регенераторов печей (РП). Но в отличие от ДВН и РП (в которых τнагр > τохл и τнагр ≈ τохл ) в ТА продолжительность периода нагрева намного меньше, чем период охлаждения (τнагр < τохл). Существующие методики расчета теплообмена в регенеративных теплообменных аппаратах не отражают в полном объеме реальные условия их работы. Переменные граничные условия и изменение теплофизических характеристик теплоносителей и массы насадки оказывают существенное влияние на динамику изменения температур теплоносителей и массы насадки, особенно при интенсификации теплообмена при значительном сокращении длительности нагрева относительно периода охлаждения, что имеет место в ТА СИТКГ. Следовательно, в этом случае от динамики работы ТА зависит режим работы теплоиспользующей установки (например, парового котла) в целом.
Результаты. Решение систем дифференциальных уравнений регенеративного теплообмена выполнено на ЦВМ с учетом переменных граничных условий на входе и по высоте насадки, а также с учетом изменения теплофизических характеристик теплоносителей и материала насадки. В результате расчета определены динамика изменения температур теплоносителей материала различных типов насадок ТА при режимах работы конвертера τнагр / τохл = 0,25 и τнагр / τохл = 0,5. Определены также основные характеристики для различных типов насадок ТА: коэффициент аккумуляции массы насадки ηs, коэффициент гистерезиса температур ζ, коэффициент использования поверхности нагрева ηип. Получено выражение для определения коэффициента теплопередачи ТА. Определены оптимальные конструктивные характеристики насадки ТА.
Научная новизна. Предложена методика исследования нестационарного теплообмена в ТА с учетом переменных граничных условий и теплофизических характеристик теплоносителей материала насадки, которая дает возможность определить динамические характеристики ТА в реальных условиях его работы.
Практическая значимость. Получено выражение для определения коэффициента теплопередачи в насадках ТА и разработана методика расчета ТА с учетом переменных граничных условий и изменения теплофизических характеристик теплоносителей и материала насадки от их температур.
Ключевые слова динамические характеристики, система использования тепла конвертерных газов, регенеративный теплообменный аппарат, коэффициент аккумуляции.
Полный текст