Реферати українською » Физика » Моделювання теплових процесіів в ЕЛЕМЕНТІВ енергетичного обладнання ТЕС и АЕС шляхом розв'язання спряжених задач теплообміну


Реферат Моделювання теплових процесіів в ЕЛЕМЕНТІВ енергетичного обладнання ТЕС и АЕС шляхом розв'язання спряжених задач теплообміну

Страница 1 из 2 | Следующая страница

>НАЦІОНАЛЬНААКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

>ІНСТИТУТ ПРОБЛЕММАШИНОБУДУВАННЯ

>ІМ. А. М.ПІДГОРНОГО

>АльохінаСвітланаВікторівна

>УДК 536.24

>МОДЕЛЮВАННЯТЕПЛОВИХПРОЦЕСІВ УЕЛЕМЕНТАХЕНЕРГЕТИЧНОГООБЛАДНАННЯ тес йаесШЛЯХОМРОЗВ’ЯЗАННЯСПРЯЖЕНИХЗАДАЧТЕПЛООБМІНУ

>Спеціальність 05.14.06 –технічнатеплофізика тапромисловатеплоенергетика

>Автореферат

>дисертації наздобуттянауковогоступеня

кандидата конкретних наук

>Харків-2008


>Дисертацієюєрукопис.

>Роботавиконана вІнституті проблеммашинобудування ім. А. М.Підгорного Національноїакадемії наук України.

>Науковийкерівник

доктортехнічних наук, професор,академік НАН УкраїниМацевитийЮрій Михайлович,Інститут проблеммашинобудування ім. А. М.Підгорного НАН України, директорінституту.

>Офіційніопоненти

доктортехнічних наук,професорКруковський Павло Григорович,Інституттехнічноїтеплофізики НАН України, зав. відділеннямоделюванняпроцесівтепломасообміну воб’єктахенергетики татеплотехнологіях.

кандидаттехнічних наук, старший науковийспівробітник Тарасов ОлександрІванович,Національнийтехнічнийуніверситет „>Харківськийполітехнічнийінститут”,професоркафедритурбінобудування.

>Захиствідбудеться 06березня 2008 року про 14 00годині назасіданніспеціалізованоївченої заради Д 64.180.02 вІнституті проблеммашинобудування ім. А. М.Підгорного заадресою: 61046, м.Харків,вул.Дм.Пожарського 2/10.

Здисертацією можнаознайомитись вІнституті проблеммашинобудування ім. А. М.Підгорного заадресою: 61046, м.Харків,вул.Дм.Пожарського 2/10.

>Авторефератрозісланий “04” лютого 2008 р.

>Вченийсекретар

>спеціалізованоївченої заради доктортехнічних наук

У. З.Марінін

>ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКАРОБОТИ

>Актуальність тими

>Однією ізосновних завдань, котрі стояти одну годину переделектроенергетичноюгалуззю України,є забезпеченнянадійного таефективногоїїфункціонування. Узв’язку ізцимважливимпитанням, якувиникає приексплуатаціїенергетичногообладнання ТЕС й АЕС,єоцінка таподальший контроль йогофізичного стану, що продиктовано,перш на,вимогами безпеки.

>Відомо, щоенергетичнеобладнання, якуфункціонує неенергогенеруючихпідприємствах України,перебуває намежіспрацьовування свого ресурсу тапотребує чи ремонту дляпродовження рядокслужби, чиповноїзаміни.Питанняпродовження ресурсу,нарівні ізнеобхідністювпроваджувати тавикористовуватиноветехнічнеобладнання,вимагаютьнаявностідетальноїінформації пропараметри йогофункціонування, а й увипадкувідсутностітакоїінформації – розробкиметодів тазасобівїїотримання. Узв’язку ізцимнабуваєособливоїактуальності завданнямоделюваннятепловихпроцесів, щопроходять венергетичномуобладнанні под годинуексплуатації, котратіснопов’язана ізудосконаленнямрежимів його роботи.

Умежахпроблеми, щорозглядається вроботі, в одномувипадкувибіроб’єкта длядослідженнятепловихпроцесів обумовлененеобхідністюпроведенняреконструкції тамодернізаціїенергоблоків, уіншому –впровадженням упромисловуексплуатаціюоб’єктів, що малодосліджувалисьраніше. Для детальноговивчення тарозширенняуяви протепловіпроцеси, щопроходять врозглянутихелементахенергетичногообладнання, вобохвипадках було бвиконаномоделюваннятепловихпроцесів шляхомрозв’язанняспряжених завданьтеплообміну.Застосування такогопідходуможливо тадоцільно дляенергетичнихоб’єктів, щомаютьрізнефункціональнепризначення, структуру та принцип дії,зокрема, длямалодослідженихелементів, іздужескладноюструктурою потоку (>кінцеві тадіафрагмовіущільненнятурбомашин ізтермокомпенсаційними канавками) танедослідженихоб’єктівенергетики ізвнутрішнімиджерелами тепла, щорозташовані навідкритомупросторі (>контейнеризберіганнявідпрацьованого ядерногопалива).

>Зв’язок роботи ізнауковимипрограмами, планами, темами

>Дисертаційна роботатіснопов’язана іздослідженнями, котрі проводилися забюджетноютемою № 1.7.2.10 „>Моделювання таідентифікаціяпроцесівтепломасообміну воб’єктахпромисловогозначення таенергетики ізметоюенергозбереження,підвищеннянадійності тапродовження ресурсу” №Д.Р.0100U004810;госп.договору № 293-26 „>РозробкаінтерфейсукористувачаінформаційноїсистемимоніторингунавантаженняенергоблоківТЕЦ-5” №Д.Р.0106U012369;бюджетноютемоюIII-11-05 „>Розробканаукових основенергозберігаючихтехнологій венергетиці,машинобудуванні таприладобудуванні наосновімоделювання,ідентифікації таоптимізаціїтепловихпроцесів” №Д.Р.0105U002642, де автор буввиконавцем окремихрозділів.

Мета та заподіяннядослідження

>Метоюданої роботиє забезпеченнянадійності табезпечності роботиенергетичногообладнання наосновідослідження його теплового стану.

Длядосягнення мети, що поставлена,необхідно:

–сформулювати завданнямоделюваннятепловихпроцесів велементахенергетичногообладнання вспряженійпостановці;

–сформуватиматематичну модель длярозв’язанняспряжених завданьтеплообмінустосовноелементівенергетичногообладнання, щорозглядаються;

–чисельнодослідититепловіпроцеси велементахенергетичногообладнання та провестианалізотриманихрезультатів;

–виробитирекомендації дляудосконаленняелементівенергетичногообладнання та забезпеченнянадійності йогоексплуатації.

>Об’єктдослідження –теплові тагідродинамічніпроцеси, щопроходять велементахенергетичногообладнання.

Предметдослідження –тепловий станкінцевих йдіафрагмовихущільненьциліндрівпаровихтурбін та кошиків ізвідпрацьованимядернимпаливом, щорозташовані увентильованомуконтейнері наплощадцізберігання.

Методдослідження –математичнемоделювання ізвикористаннямчисельнихметодіврозв’язанняспряжених завданьтеплообміну.

>Наукова новизнаодержанихрезультатів

1.Розвинутометодологіюрозв’язанняспряжених завданьтеплообміну участинізастосуванняїї длявизначення теплового стануенергетичногообладнання ТЕС й АЕС.

2.Впершеотриманотемпературні поля,векторні поляшвидкостей такоефіцієнтитепловіддачі узонікінцевих тадіафрагмовихущільнень, що дозволили провестиверифікаціюрозробленої методики занаведеними унауковійлітературікритеріальнимизалежностямирозрахункутеплообміну.

3.Запропонованоспосібмодернізаціїроторів ізметоюпродовження їхніексплуатації послевиявленнядефектів.

4.Розроблено методику контролюнавантаженняенергоблоків, щодозволяє болеечітковитримуватиграфік роботитурбіни, щопризводить дозниженнявірогідностіпоявипошкоджень нароторахвисокого тасередньоготиску.

5.Розширенодіапазонвикористаннякритеріальнихзалежностейрозрахункутеплообміну наповерхніроторів узонікінцевих тадіафрагмовихущільненьтурбомашин.

6.Шляхомрозв’язанняспряжених завданьтеплообмінувпершеотриманотемпературні поля тавекторні поляшвидкостейвентильованого контейнеразберіганнявідпрацьованого ядерногопалива маркиVSC-24, атакожгрупиконтейнерів навідкритійплощадці, що дозволилопідтвердитибезпечність їхнізберігання умежах територї АЕСпротягомтривалого години.

>Практичнезначенняодержанихрезультатів

1.Під годинудослідженнятепловихпроцесів вущільненняхтурбомашинрозширенодіапазонвикористаннякритеріальнихзалежностей длявизначеннякоефіцієнтівтепловіддачі наповерхнях ротора впроцесі йогопрогрівання, щомаєвеликепрактичнезначення припроектуванні таексплуатаціїтурбін.

2.Визначенорівеньзміникоефіцієнтівтепловіддачі наповерхняхтермокомпенсаційних канавок принестаціонарних режимахпрогрівання ротора узоніущільнень. За результатамидослідженнязапропонованоновіформитермокомпенсаційних канавок, котрі можнавикористовувати примодернізаціїроторів длязниженнярівнятермонапруги (>довідка провикористаннярезультатівдисертації ХЦКБ “>Енергопрогрес” від 11.12.2007 р.).

3. За результатамидослідженнятепловихпроцесів вущільненняхтурбінзробленовисновок пронеобхідністьжорсткого контролю тарегулюваннярежимів їхні роботи, особливо под годинупусків тазупинів.

4.Розроблена тавпровадженаінформаційна системамоніторингунавантаженняенергоблоків (>довідка провикористаннярезультатівдисертації наХарківськійТЕЦ-5), щодозволяє зарахунок болееякісноїреалізаціїпроцесівзмінинавантаженнятурбінизнизитивірогідністьпоявидефектів.

5.Визначенийтепловий станконтейнерівзберіганнявідпрацьованого ядерногопалива, що дозволилозробитивисновок пробезпечність їхньоговикористання призведеннірадіаційно-захисноїстіни за периметром майданчикизберігання (лист ХІ „>Енергопроект” провикористаннярезультатівдисертації від 30.11.2007 р.) та їхнітепловоїбезпечностіпротягомтривалого годинизберігання.

>Особистийвнесокздобувача

>Особистийвнесокздобувача,відбитий в роботів,виконаних танаписаних успівавторстві,полягає у такому:

– у роботів [1 – 6] врозробці методикирозв’язанняспряженоїзадачітеплообміну, проводиларозрахунковийексперимент,обробляларезультатирозрахунку;

– вроботі [5] наосновірозв’язанняспряженоїзадачівстановилазакономірностітеплообміну;

– вроботі [6] вформуванніматематичноїмоделітечії парі вущільненняхтурбомашин;

– вроботі [7]розробила структуруінформаційноїсистемимоніторингунавантаженняенергоблоків,реалізувалаінтерфейскористувача.

>Апробаціярезультатівдисертації

>Результатидослідженнядокладались наконференціях:Сучасніпроблемимашинобудування:Конференціямолодихвчених йфахівців,Харків, 2004–2006 рр.,Удосконалюваннятурбоустановок методамиматематичного тафізичногомоделювання:Міжнароднанауково-технічнаконференція, –Змійов, 2006 р.

>Публікації

>Матеріалиданої роботивикладені о 7-йстаттях унауковихфаховихвиданнях,затвердженихпостановами ВАК України.

Структура таобсяг роботи

>Дисертаціяскладаєтьсязівступу,чотирьохрозділів, з висновками йперелікувикористанихлітературнихджерел, щомістить 79найменувань, татрьохдодатків.Роботавикладена на 136сторінках машинописного тексту,містить 46рисунків, 11таблиць, 3додатки,загальнийобсяг 186сторінки.


>ОСНОВНИЙЗМІСТРОБОТИ

Увступі описана проблема іобґрунтованаактуальністьдисертаційної роботи, щовикликананеобхідністю матірдостовірнідані протепловий станенергетичногообладнання та йогоелементів.Сформульовано мітку іосновнізадачідослідження теплового стануобранихоб'єктів, асаме –кінцеві ідіафрагмовіущільненнятурбомашин тавентильованіконтейнеризберіганнявідпрацьованого ядерногопалива,розташовані наплощадці сухогосховищавідпрацьованого ядерногопалива (>ССВЯП).

Упершомурозділірозглянутівиди завданьтеплопровідності,серед яківиділеніспряженізадачітеплообміну, щодозволяютьвраховувативзаємнийвплив переносутеплоти як у твердомутілі, так і унавколишньомутеплоносії.Данооглядметодіврозв’язанняспряжених завданьтеплообміну,виділені численніметоди, у якісформульована завданняапроксимуєтьсядискретноюмоделлю, як правило, увиглядіалгебраїчнихспіввідношень, щодозволяютьвизначати численнізначенняшуканих величин.Зазначено, щограничніумовитеплообміну венергетичномуобладнанніобумовлюютьсядоситьскладнимипроцесами, йдотепер смердотівизначалися якекспериментально намодельних установках, то йрозрахунковим шляхом звикористаннямрозв’язківобернених завданьтеплообміну за результатами іспитівнатурнихоб'єктів.Такіметодискладні ітрудомісткі, частовимагаютьзначнихматеріальнихвитрат. Урядівипадків, якнаприклад, у контейнерахзберіганняВЯП,їхнєзастосування простонебезпечно, аотже,технологічнонеможливо. Тому длярозв’язанняпоставлених завданьнеобхіднозастосовувати численніметодирозв’язанняспряжених завданьтеплообміну.

Ос-кільки велементахпрацюючихтурбін,режими якізмінюються від холостого ходу дономінального при пусках ізрізнихтепловихстанів,досить складно і дорогопроводитиекспериментальнідослідження, атакожодержуватитемпературні поля длярізнихтепловиділяючихоб'єктів, щопроектуються,доцільнозастосувати численніметодирозв’язку, котрієменш дорогими іводночас понадінформативним. При такомупідході,задаючиумови награницяхобласті, щорозглядається, іпараметри длягазоподібногосередовища (пара – вущільненнях,повітря – воб'єктах,розташованих на територїстанції),досить простовизначититепловий станелементівенергетичногообладнання, щорозглядаються.

У іншомурозділі дляпоставленоїзадачідослідженнясформованаматематична модель, щовключає у собітакірівняння:

1) длягазоподібногосередовища:

–нерозривності (>суцільності);

– рухув’язкого газу –рівнянняРейнольдса;

–енергії;

2) для твердогосередовища –рівняннятеплопровідності (>рівнянняФур'є).

Длязамикання системадиференціальнихрівняньдоповнюєтьсярівнянням станугазоподібногосередовища (>наприклад,рівняннямМенделеєва-Клапейрона чиіншоюзалежністющільностісередовища відтемператури ітиску). Дляобчисленнятурбулентнихскладових, щовходять урівняння руху таенергії,необхідновикористати одну ізвідомих моделейтурбулентності.Фізичні характеристики, щовходять урівняння,приймаються згідно ізтабличнимизначеннями чианалітичнимизалежностями увиглядіфункціїтемператури ітиску.Розрахункова областьзадається увиглядітривимірноїсітки;залежно відзадачідослідженнявибираютьсяграничні іпочатковіумови.

>Спряженізадачітеплообмінустосовнооб'єктівтеплоенергетикирозглядаються ізвикористанням двохвидів системдиференціальнихрівнянь:

– системарівнянь удвовимірнійосесиметричнійпостановці – дляущільненьтурбомашин;

– системарівнянь утривимірнійпостановці – дляконтейнерівзберіганняВЯП.

Длязадачівизначення теплового стануконтейнерівзберіганняВЯПматематична модельдоповненарівняннямпроменистоготеплообміну.

>Умовоюспряженняобластігазоподібногосередовища, щорухається, йповерхні твердоготілаєрівністьтепловихпотоків накожнійелементарнійділянціїхньоїповерхні

.

Наосновіпроведеногоаналізу як методрозв’язанняспряжених завданьтеплообмінуобрано метод контрольногооб’єму.Перевага цого методу впорівнянні ізіншимичисельними методами,крімпростотиреалізації,полягає до того, щовінзабезпечуєточнеінтегральневиконанняфізичних законів длябудь-якоїгрупиконтрольнихоб’ємів та длявсієїрозрахунковоїобласті. якнаслідокз'являєтьсяможливістьодержаннядоситьточних йфізичнообґрунтованихрезультатіврозрахункунавіть навідносногрубихсітках ізмінімальнимивитратами машинного години іоперативноїпам'ятіЕОМ.

Длядослідженняактуальнихоб'єктівенергетикивибрано:кінцеві ідіафрагмовіущільненнятурбомашин (>включно ізтермокомпенсаційними канавками) йконтейнеризберіганнявідпрацьованого ядерногопалива. Длятермокомпенсаційних канавок вущільненняхтурбомашинвизначавсякоефіцієнттепловіддачі ізвикористанням законуНьютона-Ріхмана напідставірозв’язанняспряжених завданьтеплообміну удвовимірнійпостановці:

,

де Тпіт – температура потоку, щообмиваєповерхню, Т>повi – температураi-ї ділянкиповерхні,fі –площаi-ї ділянкиповерхні,qі – тепловоїпотіккрізьi-уділянкуповерхні.

Завданнярозрахунковогодослідженнятепловихпроцесів у контейнерахзберіганнявідпрацьованого ядерногопалива (>ВЯП) наССВЯПнеобхіднотакожрозглядати вспряженійпостановці. Цевикликановідсутністюінформації програничніумови наповерхні контейнера ікошиказберігання. У зв'язку ізцим якграничніумови длявизначення теплового станувідпрацьованихтепловиділяючихзборок (>ВТВЗ)усерединікошиказберіганняможутьрозглядатися лишепараметризовнішньогосередовища (температураповітря,тиск,швидкістьвітру).

>Цю завданнядоцільновирішувати встаціонарнійтривимірнійпостановці, ізурахуваннямлишевпливузовнішньоговітрового потоку (>якийможе бутиспрямований подрізнимкутом довентиляційнихканалівконтейнерів), що обумовленеслабкоюзміноюінтенсивностітепловиділенняВТВЗ з годиною, атакожзниженнямтепловиділення вчасі.

Примоделюваннітепловихпроцесів наплощадціССВЯП та у контейнерахзберіганняВЯПвирішуютьсяспряженізадачітеплообміну встаціонарнійпостановці як дляохолодженнякошиказберігання, то й дляохолодження контейнеразберігання.

Утретьомурозділінаведенірезультатидослідженнятеплообміну вущільненняхпарових йгазовихтурбін.

>Різноманіття формтечії, щоутворюється вконструкціяхтурбомашин, неоднозначнопідійти довибору єдиноїмоделітурбулентності дляпотоків уцихконструктивнихелементах. Томунеобхідно провестиверифікаціюрозрахунково-теоретичнихметодів йвибірмоделітурбулентності зцілого рядуіснуючих уцей годину. Приверифікації шляхомкомп'ютерногомоделюваннядосліджуваласьтечія впрямоточномуущільненні,результатирозрахунківпорівнювались ізекспериментальнимиданими, щоотримані Л. Про.Гурою.

Форматечіїповітря вущільненні (рис. 1), щоотримана врезультатічисельногомоделювання,збігається ізвізуалізацією приекспериментальнихдослідженнях.Зіставленняшвидкостей потоку ірозподілутисків урозширювальнійкамеріущільнення дозволилозробитивибір з семирозглянутих накористь „Standardk-е”моделітурбулентності, що далівикористовувалась прирозв’язанніспряжених завданьтеплообміну.

>Аналогічно був проведенаверифікаціяматематичноїмоделі длявизначенняінтенсивностітепловіддачі всхідчастих йпрямоточнихущільненнях.Верифікаціяпроводилася заекспериментальноотриманими Л. Про.Гуроюкритеріальнимизалежностями для турбулентного режимутечії, щовраховуютькрокущільнення P.S,висотукамериущільнення H, зазорміжгребенем йповерхнею ротора буд:

 – дляпрямоточнихущільнень;

 – длясхідчастихущільнень.

>Порівняннярезультатівмоделювання ізекспериментальнимиданимивиявиловідхилення 4-7% дляпрямоточногоущільнення (рис. 2) та 3-4% длясхідчастого (рис. 3), щодозволяєсудити проадекватністьматематичноїмоделі, щовикористовується.Результатирозрахунків дозволилитакожрозширитидіапазонзастосуванняекспериментальноотриманихкритериальнихрівнянь дозначень чиселРейнольдсаRe = 2,2106 дляпрямоточних таRe = 1,13106 длясхідчастихущільнень.

>Дослідженнятепловихпроцесів усхідчастихущільненнях ізтермокомпенсаційноюканавкою ізметоюзнаходженнякоефіцієнтівтепловіддачі наїїповерхнях дозволилоодержати структурутечії парі (рис. 4), що узонівиступів йзападинущільненнязбігається ізвізуалізацією,наведеної вроботі Л. Про.Гури. В частности, добро видно, що в камерахущільнення та завиступамиформуютьсяциркуляційніобласті. Навиході зщілин,утворенихгребенями іповерхнеювиступів тазападин,спостерігаєтьсяструминнатечія. Укамері, доякої входититермокомпенсаційна канавка,струмінь,натікаючи навиступ,відхиляється вгору іроздвоюється.Частинаструменярухається в канавку,формуючи вній зарахунокмасообміну звнутрішньоюграницеюструменятечіюуздовжповерхні здвома вихрами вцентральнійзоні.Зменшенняшвидкостітечіїуздовжповерхонь 1-3 канавкиформуєприкордонний кулю, щовизначаєумовитеплообміну нацихповерхнях.

>Розв’язанняспряжених завданьтеплообміну встаціонарній танестаціонарній постановках дозволилотакожодержатиуявлення про характеррозподілукоефіцієнтатепловіддачі (КТБ) наповерхнітермокомпенсаційної канавки.

Уходірозрахунковихдослідженьрозглянуто дваваріантитечіїробочогосередовища. Упершомуструміньнатікає на перпендикулярнорозташовануповерхню 3виступу.Частинаструменя после йогорозтіканняпопадає впорожнину канавки,беручи доля вциркуляційномурусі вній. У іншомуваріантітечію уканавціформувавнастилаючийструмінь,утворений коротким гребенемущільнення.Віннатікає наповерхнюдовгогозубця, аканавцівиникаєвихроватечія.

На рис. 5 наведенорозподіл КТБ порозгорнутійповерхнітермокомпенсаційної канавки.Значення КТБвизначалися,виходячи ізлокальнихзначеньтемператури і теплового потокувідповідно до законуНьютона-Ріхмана.Хвилеподібний характерзміни КТБ наповерхні 2обумовлений,швидше на, локальновихровим рухомробочогосередовищауздовжповерхні.

Уроторах, щовідробили 170 – 200 тис. часів,виявленітріщини врадіальному напрямідонноїчастинитермо-компенсаційних канавок. Ремонт такихроторівможе бути проваджень шляхомвидаленнячастиниметалу зтріщиною, щоприведе дозміниформитермо-компенсаційної канавки.Деяківаріантигеометричноїформи канавок, котрідоцільновикористати для ремонту ротору:варіант I –термокомпенсаційна канавкамаєзбільшенийрадіусдонноїчастини призбереженнівихідноїглибини до центрурадіуса;варіант ІІ – канавкамаєзбільшену ширину призбереженнірадіусазаокруглення іглибинивихідної канавки.Зміниформи канавкиздійснювались зарахуноквидаленнявиступаючоїчастини і одного короткогогребеня. У цьомувипадку ширина канавкиподвоюється, а змінуформидонноїчастини канавкидозволяєзнизитикоефіцієнтконцентраціїнапружень практичновдвічі.

Длязапропонованих форм канавоктакож буливизначені характеристики потоку ізнайденізначення КТБ наповерхнях (рис. 6).

>Графікизміни учасісередніхзначень КТБ наповерхняхтермокомпенсаційних канавокнаведені на рис. 7.Значення КТБ дляваріантів 1 та 2стаєсталим послепрогрівуповерхонь канавкипротягомперших 80 з із моментунадходження парі вущільнення. При цьомунайбільшезначення КТБ дляобохваріантіввстановлюється наповерхні 3 (дляваріанта 1 – 484Вт/(м2До), дляваріанта 2 – 397Вт/(м2До)). Цепов’язано із тім, щострумінь парі,пройшовши камеру,натікає наповерхню 3 подкутом,близьким до90є,спричиняючи тім самим болееінтенсивнийтеплообмін наній узонінатікання.Більшнизькийрівень КТБ наповерхнях канавки дляваріанта 2обумовленийменшоюінтенсивністювихровоїтечії вній.

Длязапропонованих форм канавок (>варіанти I та ІІ) зміну КТБ учасінабуваєстаціонарного характеру после 800 з від початкунадходження парі вущільнення.Максимальнезначення КТБ дляповерхні 3дорівнює 353Вт/м2До дляобохваріантів.Більшнизькийрівеньзначень КТБ тауповільнене вчасідосягненнястаціонарногозначення для І та ІІваріантіввиконаннятермокомпенса-ційної канавки приводити дозниженняградієнтатемпературипоблизуповерхні та, якнаслідок, дозниженнятемпературнихнапружень умісцяхрадіуснихпереходів відстінок до дна канавки.

Заотриманими удисертаційнійроботірозподілами КТБ наповерхняхтермокомпенса-ційних канавокфахівцями відділеннявібраційних татермоміцніснихдослідженьІПМаш НАН України було бпроведенедослідженнятермонапруженого стануповерхоньроторів урайонітермокомпенсаційних канавок,оціненийвпливформи ірозміру канавок,спрацьовування ресурсу ротора за чинникоммалоцикловоївтоми прироботітурбіни в режимахпіковоговисокоманевреногонавантаження, що показалозниженняінтенсивностінапружень тавпливформи канавки на збільшення ресурсу ротора.

>Продовження ресурсутурбіниможливотакож зарахунок понад точноговеденняграфіканавантаженняенергоблоків тадотриманнятемпівнавантаження тарозвантаження. Зцієюметоюрозробленаінформаційна системамоніторингу (>ІСМ)навантаженняенергоблоків, що буввпроваджена наХарківськійТЕЦ-5.ІСМнавантаженняенергоблоківвиконуєтакіосновніфункції:

–забезпечуєможливістьпроведеннямоніторингу активногонавантаження і поточноговиробленняелектроенергії;

–формуєрекомендації ізнайбільшефективноїзмінинавантаженнявідповідно допогодинногографіка, ізогляду на максимальноприпустимішвидкостінавантаження (>розвантаження) блоку;

–забезпечуєзбірстатистичноїінформації про роботуенергоблоків,тобтоданих зарівнем йзміною активногонавантаження, атакож ізвиконаннюдобовихграфіків, щозадаєЕнергоринок.

якнаслідок,ціфункціїприводять довиключенняштрафнихсанкцій із боціЕнергоринкуелектроенергії,знижуючи відсотокприпустимихвідхилень упроцесінавантаження,розвантаженняенергоблока.

У четвертомурозділінаведеніосновнірезультатидослідження теплового стануконтейнерів сухогозберіганняВЯП шляхомрозв’язанняспряжених завданьтеплообміну втривимірнійстаціонарнійпостановці.

>Розглянутовентильованийбетонний контейнер (>ВБК) длязберіганняВЯП маркиVSC-24, що широковикористовується набагатьох АЕС світу, атакожвизначеніумовиексплуатації контейнера наплощадціССВЯП.

Проведенооцінкунеобхідностіурахуванняпроменистоготеплообміну примоделюванні теплового станувентильованого контейнеразберіганняВЯП, що показаланеобхідністьдоповненняматематичноїмоделірівняннямпроменистоготеплообміну.

Урозділідослідженотепловий станокреморозташованого контейнера вштильовихумовах та привітровомувпливі, атакожгрупиконтейнерів ізурахуваннямїхньоговзаємноговпливу.Температурне поліокреморозташованого контейнера вштильовихумовах притемпературізовнішньогоповітря Tзв =24°Снаведене на рис. 8. Приурахуваннівітровоговпливу –рівномірного зависотою потокуповітря – наокреморозташований контейнеррозглядалося триваріанти напрямівітрущодонижніхвхіднихвентиляційнихканалів.Виявлено структуру рухуповітря увентиляційних каналах контейнера (рис. 9) й показано, що при всіхрозглянутихнапрямкахвітру максимальна температураоболонокТВЕЛів уцентрікошиказберігання неперевищує максимальноприпустиму,встановлену припроектуванніконтейнерів.

Ос-кількидослідження теплового стануконтейнерівпроводяться ззалученнямчисельнихметодіврозв’язаннясистемидиференціальнихрівнянь, черезобмеженістьчисельнихресурсівЕОМвиникаютьскладності ізпобудовоюрозрахунковоїсітки длягрупиконтейнерів. У зв'язку зцим поставили завданнявирішувалася у дваетапи.

Напершомуетапівирішуваласьспряжена завданняпередачі тепла відкошиказберіганнятепловиділяючихзборок доциркулюючого в бетонномуконтейнеріохолоджуючогоповітря.

На іншомуетапірозглядаласьспряжена завданняпередачі тепла від бетонного контейнера (ізурахуваннямвизначеного напершомуетапі його теплового стану) унавколишнєсередовище.

Упершучергу, призміннихзовнішніхграничнихумовахвизначаютьсятакі характеристикиповітряного потоку, щовпливають натепловий станТВЕЛів,розташованих вВТВЗусерединібагатомісного герметичногокошика (>БГК):

– структураповітряного потоку увихіднихвентиляційних каналахВБК;

– змінутемпературиповітряного потоку вкільцевомуканаліміжкошикомзберігання таВБК ізурахуваннямтеплообмінувипромінюванням привідводі тепла відкошиказберігання;

–умовитеплообміну вкільцевомуканаліміжкошикомзберігання таВБК ізурахуваннямзміниструктуриповітряного потоку привпливівітру напотікнагрітогоповітря, щовитікає ізвихіднихвентиляційнихканалівВБК;

–рівеньнагріванняповітря вкільцевомуканаліміжкошикомзберігання та контейнером.

>Отриманідані, щовпливають натепловий станТВЕЛівусередині МГК,використовуються вподальшому для:

–організаціїітераційногопроцесувизначенняструктуриповітряного потоку, щообтікаєконтейнери, та йоготемператури призмішуванні ізнагрітимповітрям, щовитікає ізвихіднихвентиляційнихканалівВБК;

–розв’язанняспряженоїзадачіпередачі тепла відВБК унавколишнєсередовище.

>Послідовнеітераційнерозв’язанняцих завданьдаєдоситьгарнеуявлення проумовитеплообміну врядіконтейнерів та протепловий станБГК.

>Кількістьітераційпов’язана ізрозв’язаннямвнутрішньоїзадачі тавизначаєтьсярівністютемпературинагріванняповітря увентиляційномутрактіВБК у двохнаступнихітераціях послерозв’язаннязовнішньоїзадачі.

Припроведеннірозрахунковогодослідження теплового стануБГК длягрупиВБК,розташованих у поперечномуряді майданчикиССВЯП,прийнятітакіумови:

–розрахунковедослідження проводитися для поперечного ряду,заповненогодесятьма контейнерами ірозташованогоміж такими жсусіднімипоперечними рядами;

–розрахункова область обмежена:

а й у вертикальномуперерізі –елементамирадіаційно-захисноїстіни,розташованими ізпівнічної іпівденноїсторіндосліджуваного поперечного ряду, йвертикальнимиплощинами, щопроходять черезвісьсиметріїміждвомасусіднімипоперечними рядами;

б) у горизонтальномуперерізі –горизонтальноюплощиною, що проходити уверхнійчастині над контейнерами іздосліджуваного поперечного ряду, уякій векторшвидкостівітрумаєсталезначення іоднаковийнапрямок (>відсутністьзворотноговпливуконтейнерів напотіквітру).

–напрямоквітруприйнятийуздовждосліджуваного поперечного ряду відрадіаційно-захисноїстіни,розташованої ізпівнічноїсторони периметраССВЯП;

–швидкістьвітру повисоті надрадіаційно-захисноюстіною ізпівнічноїсторониприйнятасталою;

–тискповітряного потоку надрадіаційно-захисноюстіною ізпівденноїсторонидосліджуваного поперечного ряду (навиході з майданчикиССВЯП)прийнятосталим;

–виключеновзаємнийвпливміж контейнерами іздосліджуваного поперечного ряду і контейнерами з двохсусідніхпоперечнихрядів (>умованепроникнення врозрахункову областьвитрати ітепловоїенергіїповітряного потоку увертикальнихперерізах, щопроходять черезвісьсиметріїміждвомасусіднімипоперечними рядами).

Припроведеннірозрахунковогодослідження теплового стануБГК длягрупиВБК, щорозташовані упоздовжньомуряді майданчикиССВЯП,прийнятіаналогічніописанимвищеумовам таврахованоостиганняконтейнерів з годиною.

>Аналізрезультатівдослідження теплового станугрупиконтейнерів,розташованих як упоздовжньому, так і у поперечному лавах майданчикиССВЯП, притемпературізовнішньогоповітря 24 та 40 °З йвітровомувпливі із боцінайбільшгарячихконтейнерівпоказує, щозначеннятемператури вцентрікошиказберіганняВЯП неперевищує максимальноприпустиму (350 °З), щосвідчить про безпечуексплуатаціїВБК зпоглядуїхнього теплового стану вумовахзведеннярадіаційно-захисноїстіни івітровоговпливу.


>ОСНОВНІРЕЗУЛЬТАТИ ТАВИСНОВКИ

1.Аналіз стануоб'єктівенергетики (>турбін,контейнерівзберіганняВЯП) йрежимівїхньоїексплуатації показавши, щоіснуючіметодиїхньогодослідження якекспериментальні, то йрозрахункові, недозволяютьповністювирішуватизадачі,пов'язані ізреконструкцієюпрацюючого тапроектуванням новогоенергетичногообладнання. У зв'язку ізнеобхідністю новихпідходів довивченняпроцесів, щовідбуваються венергетичномуустаткуванні,сформульованаспряжена завданнятеплообмінустосовнооб'єктівтеплоенергетики.Вона був виправлена длякінцевих тадіафрагмовихущільненьтурбомашин й дляконтейнерівзберіганнявідпрацьованого ядерногопалива.

2.Сформованоматематичнімоделістаціонарних танестаціонарнихтепловихпроцесів, щовідбуваються вобранихелементах, котрідосліджувалися шляхомрозв’язанняспряжених завданьтеплообміну. Урезультатіотримановекторні поляшвидкостейробочихтіл,температурні полянайбільшнапруженихелементів йкоефіцієнтитепловіддачі наповерхняхцихелементів.

3. Уходімоделюваннятепловихпроцесів дляоцінкивірогідностіотриманихрезультатів проведенаверифікаціясформованоїматематичноїмоделі ізастосованого методу шляхомпорівняннярезультатіврозрахунку із результатамивизначенняшуканихпараметрів закритеріальнимирівняннямитеплообміну.Підтверджено, що приобраніймоделітурбулентності, щозамикає системудиференціальнихрівнянь,отриманіобома методамизначеннякоефіцієнтівтепловіддачі практичнозбігаються, азакономірностіїхньоїзміниносятьоднаковий характер. Це дозволилоістотнорозширитидіапазонзастосуваннякритеріальнихрівняньубік збільшення чиселРейнольдса.

4. Наосновіаналізурезультатівмоделюваннятепловихпроцесів вущільненняхтурбомашинвпершевизначенізначеннякоефіцієнтівтепловіддачі наповерхняхроторів принестаціонарномурежимінагрівання та прирізних формахтермокомпенсаційних канавок, котріможуть бутивикористані примодернізаціїроторів длязниження темпузміникоефіцієнтівтепловіддачі наїхніхповерхнях й, якнаслідок, длязниженнярівнятермонапруженого стануроторів, що дозволитизбільшити рядківїхньоїексплуатації.

5. Дляпідвищенняякостіексплуатаціїенергоблоків бувзапропонована методикаавтоматизованого контролюнавантаження ірозробленаінформаційна системамоніторингу дляелектростанцій.

6. Уходірозв’язанняметодичноїзадачіщодовизначення теплового стануокреморозташованого контейнеразберіганнявідпрацьованого ядерногопаливавстановлено, щоумовинатіканнявітрового потоку наокреморозташований контейнервпливають нарозподіл потокуповітря уВБК, що,однак, непризводить доперевищення понадвстановлену припроектуванні температуруоболонокТВЕЛів у кошикузберігання.

7.Шляхомрозв’язанняспряжених завданьтеплообміну було б проведенодослідження теплового станувентильованихконтейнерівзберіганнявідпрацьованого ядерногопалива, щорозташовані наплощадцізберігання.Аналізрезультатіврозрахунковогодослідженнядозволивзробитивисновок про безпечуексплуатаціїцихконтейнерів на територї АЕС призведеннірадіаційно-захисноїстіни та призовнішніхвітровихвпливах, щозмінюються.

8.Результатидосліджень,наведені вдисертаційнійроботі,використовуються напідприємствах: ХЦКБ “>Енергопрогрес”, ВАТХарківськаТЕЦ-5 таЗапорізька АЕС, щопідтвердженодовідками про їхньоговикористання.


СПИСОКОПУБЛІКОВАНИХРОБІТ ЗАТЕМОЮДИСЕРТАЦІЇ

1.Алехина З. У. Рішеннясопряженной завданнятепломассообмена для дослідження теплового стану вентильованого бетонного контейнера із відпрацьованим ядерного палива / З. У.Алехина, У. М.Голощапов, А. Про.Костиков, Ю. М.Мацевитий // Проблеми машинобудування – Харків, 2005, т. 8, № 4 – З. 12 – 20.

2.Алехина З. У.Теплообмен в кінцевих ідиафрагменних ущільненнях парових турбін / З. У.Алехина, У. М.Голощапов, А. Про.Костиков, Ю. М.Мацевитий //Пробл. машинобудування. – 2006. –т.9, № 1. – З. 32–40.

3.Алехина З. У.Теплообмен на поверхнях роторів парових турбін під час пуску з холодного стану/ З. У.Алехина, У. М.Голощапов, А. Про.Костиков, Ю. М.Мацевитий // Енергозбереження. Енергетика. Енергоаудит. – 2006. – № 4. – З. 9 – 16.

4.Алехина З. У.Нестационарний теплообмін лежить на поверхні роторівтурбомашин влабиринтових ущільненнях / З. У.Алехина, У. М.Голощапов, А. Про.Костиков //Компрессорное і енергетичне машинобудування. – 2007. – № 1(7) – З. 100 – 102.

5.Алехина З. У. Розширення діапазону застосуваннякритериальних рівнянь теплообміну в ущільненняхтурбомашин з урахуванням рішення пов'язаною завдання // З. У.Алехина, У. М.Голощапов, А. Про.Костиков // Вісник інженерної академії України – 2007. –Вип. 2 – З. 142–147.

6.Алехина З. У. Емпірична перевірка і вибір моделі турбулентності на вирішення газодинамічної завдання течії середовища в ущільненняхтурбомашин / З. У.Алехина, У. М.Голощапов // Проблеми машинобудування – 2007. – т. 10, №2 – З. 37 – 44.

7.Алехина З. У. Інформаційна система моніторингу навантаження енергоблоків ТЕС і ТЕЦ / З. У.Алехина, А. Про.Костиков, У. М.Голощапов, Р. До. Вороновський, А. Ю.Козлоков //Енергетика таелектрифікація – 2007. – №9. – З 17-го – 21.

>АНОТАЦІЯ

>Альохіна З. У.Моделюваннятепловихпроцесів велементахенергетичногообладнання ТЕС таАЄС шляхомрозв’язанняспряжених завданьтеплообміну. –Рукопис.

>Дисертація наздобуттянауковогоступеня кандидата конкретних наук заспеціальністю 05.14.06 –технічнатеплофізика тапромисловатеплоенергетика. –Інститут проблеммашинобудування ім. А. М.Підгорного НАН України, м.Харків, 2008.

>Дисертаціяприсвяченапитаннямдослідженнятепловихпроцесів велементахенергетичногообладнання шляхомвирішенняспряжених завданьтеплообміну, в яківраховуєтьсявзаємнийвплив переносутеплоти як у твердомутілі, то й внавколишньомутеплоносії. Проведенодослідженнятеплообміну вущільненняхпарових тагазовихтурбін шляхомвирішенняспряженоїзадачітеплообміну удвовимірнійпостановці.Здійсненоверифікаціюсформованоїматематичноїмоделі тарозширеннядіапазонувикористаннякритеріальнихрівняньтеплообміну.Визначенокоефіцієнтитепловіддачі наповерхні ротора узонітермокомпенсаційної канавки йзапропонованопідхід длязниженнятермічнихнапружень.Запропоновано методикупідвищенняякості роботиенергоблоків шляхомвпровадженняінформаційноїсистемимоніторингу.Шляхомвирішенняспряженоїзадачітеплообміну проведенодослідження теплового станувентильованого контейнеразберіганнявідпрацьованого ядерногопалива, щорозташований навідкритійплощадці, та показанобезпечністьзберігання такого контейнератривалий годину за чинникомзміни теплового стану.

>Ключові слова:спряжена завданнятеплообміну,ущільненнятурбомашин,коефіцієнттепловіддачі,контейнеризберіганнявідпрацьованого ядерногопалива.


>АННОТАЦИЯ

>Алехина З. У. Моделювання теплових процесів в елементах енергетичного устаткування ТЕС і Хмельницькій АЕС вирішенням пов'язаних завдань теплообміну. – Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 – технічнатеплофизика і промислова теплоенергетика. – Інститут проблем машинобудування їм. А. М. Підгорного АН України, р. Харків, 2008.

Дисертація присвячена дослідженню теплових процесів в елементах енергетичного устаткування ТЕС і Хмельницькій АЕС вирішенням

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація