Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнология

Диссертационная работа:

Батищев Арсений Михайлович. Исследование и повышение эффективности системы косвенного индукционного нагрева жидкости : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.10.- Самара, 2007.- 156 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/3589

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. Проблема создания индукционных систем для нагрева высоковязких нефтей при перекачке трубопроводным транспортом 13

1.1. Особенности процесса нагрева вязких жидкостей 13

1.2. Анализ способов и устройств технологического нагрева жидкостей... 15

1.2.1 Использование энергии сжигаемого топлива 15

1.3. Нагрев электрическим током 18

1.4. Специфика применения индукционных подогревателей нефтей 25

1.5. Обзор методов идентификации процессов индукционного нагрева 28

1.6. Конструкция индукционного нагревателя жидкости 32

Глава 2. Математическое моделирование процесса косвенного индукционного нагрева жидкости 36

2.1. Общая структура объекта идентификации 36

2.2. Конечно - элементная модель электромагнитного поля 38

2.3. Математическая модель стационарного течения вязкой жидкости 46

2.4. Математическая модель тепломассопереноса в системе "индуктор -металл - жидкость" 51

2.5. Особенности математической модели процессов тепломассопереноса в системе "индуктор-металл-жидкость" 63

Глава 3. Разработка алгоритмов и методик расчета электромагнитных источников тепла и термогидравлических полей 67

3.1. Расчет и анализ электромагнитных источников тепла 69

3.2. Исследование зависимости магнитной проницаемости от удельной мощности при низкотемпературном нагреве 72

3.2.1 Алгоритм определения магнитной проницаемости 73

3.3. Алгоритм расчета температуры и скорости потока в кольцевом канале80

3.3.1 Нелинейная связанная термогидравлическая задача 81

3.3.2 Упрощенный последовательный алгоритм расчета скорости и температуры с использованием аппроксимаций 84

3.3.3 Алгоритм расчета температуры при аппроксимации распределения скорости кусочно-постоянной функцией 86

3.3.4 Исследование различных алгоритмов решения связанной термогидравлической задачи 90

3.3.5 Оценка средней по сечению температуры потока 94

Глава 4. Элементы оптимального проектирования индукционного нагревателя жидкости. 99

4.1. Оптимальный алгоритм стационарного распределения удельной мощности по длине нагревателя 100

4.2. Расчет квазиоптимального алгоритма распределения мощности 103

4.3. Методика расчета мощности индукционных нагревателей при технологическом перемешивании жидкости 109

4.3.1 Расчет при постоянной удельной мощности 110

4.3.2 Поиск параметров индукционного нагревателя при постоянной длине секций 114

Глава 5. Исследование характеристик и реализация системы косвенного индукционного нагрева жидкости 119

5.1. Исследование энергетических характеристик нагревателя 119

5.1.1 Исследование влияния длины индуктора на энергетические характеристики 119

5.1.2 Исследование влияния коэффициента заполнения катушки индуктора на энергетические характеристики 121

5.1.3 Исследование влияния величины зазора между индуктором и загрузкой на энергетические характеристики 123

5.1.4 Исследование влияния числа слоев на энергетические характеристики 124

5.1.5 Исследование влияния величины удельной мощности на энергетические характеристики 126

5.1.6 Определение тепловых потерь с поверхности нагревателя и определение теплового кпд нагревателя , 129

5.2. Реализация системы косвенного индукционного нагрева жидкости... 131

Библиографический список 137 

Введение к работе:

Актуальность темы. Переход к рыночным условиям хозяйствования делает особенно актуальными проблемы совершенствования технологии, разработки и оптимизации новых конструкций оборудования, автоматизации производства, направленные на экономию энергетических и материальных ресурсов. Проблема повышения эффективности и эксплуатационной надежности нагревательных комплексов в технологических процессах, связанных с переработкой и транспортировкой жидких сред, таких, как, например, обработка растительных масел в пищевой промышленности, подогрев нефти и нефтепродуктов при их транспортировке является комплексной и предполагает привлечение современных методов исследования. Одним из перспективных путей решения проблемы является применение экологически безопасных и надежных установок нагрева жидкостей на базе низкотемпературных индукционных нагревателей.

Однако, на пути реализации преимуществ индукционных подогревателей с улучшенными энерготехнологическими характеристиками возникает ряд специфических проблем. Недостаточная изученность закономерностей процессов тепломассопереноса, протекающие в сложных многомерных системах индукционного нагрева текучих сред, не позволяет правильно выбрать стратегию поиска оптимальных конструкций.

В работах Кувалдина А.Б., Горбаткова С.А. и др. получены принципиально важные результаты применительно к установкам технологического индукционного и индукционно-резистивного нагрева жидких и газообразных сред. Выполнен анализ электротегшовых моделей и предложена методика расчета электромагнитных и тепловых полей в ферромагнитной трубе.

В то же время известные модели не учитывают процессов теплообмена между стенкой трубы и потоком жидкости. Указанное обстоятельство снижает эффективность моделей при использовашш их для расчета конструктивных и режимных параметров систем косвенного индукционного нагрева. В этих условиях возникает ряд задач математического моделирования, направленные на повышение точности расчетов электротепловых полей в физически неоднородной среде с относительным движением жидкости и тепловыделяющего цилиндра. В связи с этим разработка математических моделей, максимально учитывающих особенности взаимосвязанных электромагнитных, тепловых и гидравлических процессов в сложной системе тел с движущейся жидкостью, и рекомендаций по улучшению технике—экономические и эксплуатационных показателей нагревательных комплексов в целом имеет важное значение и является актуальной.

Работа выполнялась в рамках госбюджетных НИР "Разработка научных основ и методологии проектирования нетрадиционных технологий индукционного нагрева" (гос. регистрационный № 01200208264) и «Разработка теоретических основ системного анализа и методов нетрадиционной реализации взаимосвязанных процессов энергообмена в электромагнитных и температурных полях» (гос. регистрационный № 01200602849) по заданию Министерства образования РФ.

Целью работы является разработка и совершенствование конструкции индукционной системы для непрерывного нагрева жидких сред на основе разработки уточненных математических моделей взаимосвязанных электромагнитных, гидравлических и температурных процессов в системе "индуктор-металл-жидкость" с применением оптимизационных процедур, разработка рекомендаций по реализации заданных технико-экономических показателей. Решение поставленных задач составляет основное содержание диссертационной работьг, выполненной автором в Самарском государственном техническом университете.

В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи:

Анализ способов нагрева жидкости и существующих методов моделирования электромагнитных и тепловых процессов в системе «индуктор-металл-жидкость»;

Разработка уточненных математических моделей взаимосвязанных электромагнитных, гидравлических и тепловых полей, учитывающих неравномерное распределение скорости потока жидкости;

Разработка вычислительных алгоритмов, специального математического и программного обеспечения для реализации метода расчета электромагнитных, гидравлических и тепловых полей в системе физически неоднородных тел с относительным движением;

Проведение с помощью уточненных моделей и разработанных вычислительных алгоритмов исследований электромагнитных, тепловых и гидравлических процессов;

Разработка методик расчета и рекомендаций по выбору конструктивных и режимных параметров, обеспечивающих при заданных производительности и точности нагрева снижение массогабаритных показателей нагревательного комплекса в целом.

Методы исследования. Для решения поставленной задачи использовались методы математического анализа, теории электромагнитного поля, теории теплопроводности, теории оптимального проектирования, численные методы, экспериментальные методы исследования и методы компьютерного моделирования.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:

математические модели взаимосвязанных электромагнитных, гидравлических и тепловых процессов, учитывающие неравномерное распределение скорости потока жидкости;

вычислительные алгоритмы, математическое и программное обеспечение для реализации метода расчета электромагнитных, гидравлических и тепловых полей в системе физически неоднородных тел с относительным движением;

методика расчета конструктивных параметров индукционного нагревателя, обеспечивающая минимальные массогабаритные показатели нагревательного комплекса;

Полученные в работе результаты позволяют на качественно более высоком уровне решать инженерные задачи расчета параметров и режимов работы

индукционных нагревательных установок в-специализированных технологических комплексах нагрева жидких сред.

Практическая полезность работы:

Прикладная значимость проведенных исследований определяется следующими результатами:

построен и реализован на ЭВМ комплекс программ расчета электромагнитных, гидравлических и тепловых полей при непрерывном косвенном индукционном нагреве потока жидкости в многосекционном нагревателе;

разработаны рекомендации по выбору оптимальной длины и мощности секций многосекционной индукционной системы в установках технологического нагрева вязких жидкостей, обеспечивающих заданную точность нагрева с учетом технолопгческого ограничения на температуру пограничного слоя жидкости;

предложена конструкция индукционного нагревателя, обеспечивающая минимальные массогабаритные показатели;

на основании проведенных исследований разработана электротермическая установка непрерывного действия для подогрева нефти при транспортировке по трубопроводам.

Результаты исследований внедрены:

на предприятии ОАО «БАМнефтепродукт» в виде индукционной нагревательной установки для предварительной подготовки вязких нефтепродуктов к транспортировке по трубопроводам;

в научно-исследовательской работе в виде алгоритмического и программного обеспечения при исследовании электромагнитных и тепловых полей и в учебном процессе Самарского государственного технического университета при подготовке инженеров по специальности «Электротехнологические установки и системы»

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (г. Иваново 2003); Всероссийской научной конференции молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации" (г. Новосибирск 2003); 10-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва 2004); Всероссийском научно-техническом семинаре "Энергосбережение в электрохозяйстве предприятия" (г. Ульяновск 2004); Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии" (г. Тольятти 2004); 2-й Всероссийской научной конференции "Математическое моделирование и краевые задачи" (г. Самара 2005); региональной научно - технической конференции "Научные чтения студентов и аспирантов" (г. Тольятти 2005); Международной научно-технической конференции. "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (г. Иваново 2005); 3-й Всероссийской научной конференции "Математическое моделирование и краевые задачи" (г. Самара 2006).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка, включающего 118 наименований, и 3 приложений. Работа изложена на 150 листах основного машинописного текста, содержит 70 рисунков, 12 таблиц.

Подобные работы
Шумаков Михаил Александрович
Разработка и исследование системы индукционного нагрева вязких жидкостей при производстве строительных мастик
Зиннатуллин Дмитрий Анатольевич
Исследование и разработка трубчатого индукционного нагревателя жидкости
Доценко Анастасия Владимировна
Оптимизация ущерба и резервирования с целью повышения эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева
Колесников Евгений Владимирович
Создание системы технико-экономических расчетов и средств для обеспечения максимальной эффективности электротехнологических процессов и установок
Шатов Виталий Александрович
Разработка методики расчета и исследование коаксиальной индукционно-резистивной системы нагрева промышленной и повышенной частоты
Сорокин Алексей Григорьевич
Разработка системы индукционного нагрева для производства пластмассы методом литья
Бузуев Алексей Николаевич
Разработка и исследование системы индукционного нагрева для пайки многослойных изделий
Крылов Алексей Николаевич
Исследование и разработка системы косвенного индукционного нагрева при производстве пенополистирольных плит
Рыбков Вадим Сергеевич
Повышение равномерности нагрева диэлектриков в СВЧ - установках резонаторного типа с распределенными системами возбуждения
Бизяев Алексей Евгеньевич
Исследование вопроса повышения эффективности систем сухопутной подвижной связи в условиях многолучевого распространения радиоволн

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net