Использование квазидвумерной математической модели для расчета теплового и гидравлического режимов трубчатого газового нагревателя

Abstract

RU: Цель. Надежность трубчатых газовых нагревателей недостаточно изучена. Исследование единичного свойства надежности - безотказности, является одним из важных направлений в повышении эффективности проектных решений и качества функционирования. Известна одномерная математическая модель ТГН [1]. Однако эта модель не позволяет учитывать такие свойства как неравномерность нагрева трубчатой части нагревателя. Подход к использованию двумерной математической модели турбулентного горения в сложном канале [3,4] требует довольно громоздкого определения эмпирических показателей. Предложенная авторами квазидвумерная математическая модель [2,6] учитывает зависимость температуры поверхности нагревателя не только от линейной, но и от угловой координат. Расчет, с использованием последней модели, позволит получить экспериментальные зависимости для дальнейшего изучения вопросов надежности. Методика. Квазидвумерная математическая модель ТГН состоит из двух групп уравнений – уравнений теплообмена и уравнений движения. К этой группе уравнений следует добавить уравнение связи распределения температуры по поверхности трубчатой части ТГН в зависимости от угловой координаты. Это уравнение, по нашему мнению, целесообразно определить по результатам экспериментальных исследований. В результате экспериментов варьируются такие параметры как расход, диаметр, а зависимость представляется в безразмерном виде. Результаты. Разработанная методика расчета теплового и гидравлического режимов ТГН позволяет получить распределение температур как по длине, так и по периметру поверхности нагревателя. В частности можно получать значения температур в верхней части поверхности нагревателя, которые значительно выше, чем в диаметрально-противоположном направлении. Научная новизна. В статье показано, что квазидвумерную математическую модель с эмпирической зависимостью распределения температур по параметрам можно использовать для расчета распределения температур поверхности нагревателя. Практическая значимость. Такой расчет позволяет оценивать возможность появления отказов вследствие перегрева поверхности ТГН, при котором могут возникать прогары его линейной части.

UK: Мета. Надійність трубчастих газових нагрівачів недостатньо вивчена. Дослідження одиничної властивості надійності - безвідмовності, є одним з важливих напрямків у підвищенні ефективності проектних рішень та якості функціонування. Відома одновимірна математична модель ТГН [1]. Але ця модель не дозволяє враховувати такі властивості як нерівномірність нагріву трубчастої частини нагрівача. Підхід до використання двовимірної математичної моделі турбулентного горіння в складному каналі [3,4] вимагає досить громіздкого визначення емпіричних показників. Запропонована авторами квазідвовимірна математична модель [2,6] враховує залежність температури поверхні нагрівача не тільки від лінійної, але і від кутової координат. Розрахунок, з використанням останньої моделі, дозволить отримати експериментальні залежності для подальшого вивчення питань надійності. Методика. Квазідвовимірна математична модель ТГН складається з двох груп рівнянь - рівнянь теплообміну і рівнянь руху. До цієї групи рівнянь слід додати рівняння зв'язку розподілу температури по поверхні трубчастої частини ТГН в залежності від кутової координати. Це рівняння, на нашу думку, доцільно визначити за результатами експериментальних досліджень. В результаті експериментів варіюються такі параметри як витрата, діаметр, а залежність представляється в безрозмірному вигляді. Результати. Розроблена методика розрахунку теплового і гідравлічного режимів ТГН дозволяє отримати розподіл температур як по довжині, так і по периметру поверхні нагрівача. Зокрема можна отримувати значення температур у верхній частині поверхні нагрівача, які значно вище, ніж в діаметрально-протилежному напрямку. Наукова новизна. У статті показано, що квазідвовимірну математичну модель з емпіричною залежністю розподілу температур по параметрам можна використовувати для розрахунку розподілу температур поверхні нагрівача. Практична значимість. Такий розрахунок дозволяє оцінювати можливість появи відмов внаслідок перегріву поверхні ТГН, при якому можуть виникати прогари його лінійної частини.

EN: Purpose. Tube gas heaters reliability (TGH) poorly understood. Study unit property of reliability - failure – free operation is one of the important areas to improve the efficiency of design solutions and quality performance. Known dimensional mathematical model (TGH) [3]. However, this model does not take into account properties such as the irregularity of heating of the tube heater. The approach to the use of two-dimensional mathematical model of turbulent combustion in complex channel [5,6] requires rather cumbersome definition of empirical indicators. The proposed by the authors quasi -two- dimensional mathematical model [4,8] takes into account the dependence of the surface temperature of the heater not only linear, but also on the angular coordinates. The calculation using the latest model will provide the experimental dependence for further study of the issues of reliability. Methodology. Quasi two-dimensional mathematical model TGH consists of two groups of equations - heat transfer equations and the equations of motion. The equation of the temperature distribution on the surface of the tubular connection part TGH depending on the angular coordinate should be added to the equations of this group. This equation, in our opinion, is expedient to determine the results of experimental studies. The experiments have vary parameters such as flow rate, diameter and depend ence is represented in a dimensionless form. Findings. The method of calculation of the thermal and hydraulic modes TGH allows you to take a temperature distribution along the length and along the perimeter surface of the heater. In particular temperature val ues may be obtained in the upper part of the heater surface which is considerably higher than the diametrically opposite direction. Originality. The article shows that the quasi two-dimensional mathematical model of the empirical distribution of temperature with dependence of the parameters used to calculate the surface temperature distribution of the heater. Practical value. This calculation makes it possible to evaluate the possibility of failure due to overheating of the surface of the TGH, which may appear burnouts of its linear part.