Размещено на http://www.allbest.ru/

_________

* В руководстве работой принимал участие к.т.н. Даминов А.З.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

Конвективный тепломассоперенос при течении нелинейно-вязких сред в трубах в условиях близких к критическим тепловым режимам

Специальность 01.04.14 - «Теплофизика

и теоретическая теплотехника»

кандидата технических наук

Кадыйров Айдар Ильдусович

Казань - 2008 г.

Диссертация выполнена в Исследовательском центре проблем энергетики

Казанского научного центра Российской академии наук

Научный руководитель: член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Назмеев Юрий Гаязович

Официальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессор Кирпичников Александр Петрович

доктор технических наук, профессор Тарасевич Станислав Эдуардович

Ведущая организация:ГОУ ВПО “Московский энергетический институт (технический университет)”

Защита состоится «2» июля 2008г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.079.02 при Казанском государственном техническом университете имени А.Н. Туполева (зал заседаний Ученого совета) по адресу 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, д.10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета имени А.Н. Туполева. Автореферат диссертации представлен на сайте www.kai.ru

Автореферат разослан «30» мая 2008г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

к.т.н., доцентА.Г. Каримова

Общая характеристика работы

ламинарный тепломассообменный жидкость труба

Актуальность темы Прикладное значение математической теории «теплового взрыва» чрезвычайно велико для безопасной эксплуатации теплотехнологического оборудования, проектирования реакторов, механики полимеров и многих других задач. Основы этой теории были заложены в трудах Н.Н.Семенова, Д.А. Франк-Каменецкого, Я.Б. Зельдовича, Г.И. Баренблатта, О. М. Тодеса, П. В. Мелентьева и др. В работах этих авторов исследовалась, в основном, стационарная модель теплового взрыва в заданном сосуде. Вместе с тем Бостанджияном С.А., Мержановым А.Г., Худяевым С.И. установлено, что явление аналогичное тепловому взрыву, может иметь место и при движении химически инертной вязкой жидкости. Особенно актуально решение проблемы возникновения теплового взрыва для промышленных предприятий, в технологических процессах которых в качестве рабочих сред используются реологически сложные жидкости. К ним можно отнести предприятия химического и нефтехимического производства. Объясняется это тем, что в силу специфики рассматриваемых производств в ходе технологического процесса происходит выделение большого количества теплоты. Если своевременно не произвести ее отвод, возможно возникновение резкого саморазогрева реагирующей массы, что приводит либо к авариям техногенного характера, либо к снижению качества конечного продукта.

Учитывая современную динамику роста единичных мощностей и перехода от технологических схем периодического действия получения полимеров на непрерывные, довольно остро встают вопросы, связанные с поддержанием безаварийных режимов работы технологического оборудования и благоприятной экологической обстановки вокруг действующего производства. Весьма часто, при переходе на непрерывные технологические схемы используются теплообменные аппараты и реакторы проточного типа, рабочие поверхности которых представляют собой цилиндрические каналы различного поперечного сечения.

Опыт эксплуатации показал, что в ряде случаев режимы работы рассматриваемых аппаратов таковы, что линейный размер начального теплового участка, на котором происходит формирование профиля температуры, сопоставим, а иногда и превышает длину рабочего канала.

Несмотря на это, в научно-технической литературе мало или недостаточно полно уделено внимание изучению явления «теплового взрыва» на начальном тепловом участке теплотехнологического оборудования, в частности в условиях изменения интенсивности теплообмена с окружающей средой. Необходимо отметить, что особую сложность при теоретическом исследовании происходящих тепловых, гидродинамических и химических процессов вызывает сложное реологическое поведение рабочей среды и наличие внутренних источников тепловыделения.

Таким образом, актуальными являются вопросы исследования условий возникновения интенсивного роста температуры реакционноспособной среды, приводящие к нарушениям штатных режимов работы теплотехнологического оборудования непрерывного действия с рабочими каналами круглого поперечного сечения.

Целью работы является моделирование и исследование условий возникновения критических режимов стационарного тепло- и массопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред в каналах круглого поперечного сечения.

При этом решались следующие задачи:

· разработка методики определения границ безопасных тепловых режимов работы при ламинарном движении нелинейно-вязких сред в каналах тепломассообменного оборудования;

· разработка математических моделей стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы и тепломассопереноса в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе при температурных граничных условиях третьего рода;

· численные исследования условий возникновения критических тепловых режимов при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы и в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе при различных законах изменения интенсивности теплообмена с окружающей средой;

· исследование влияния типа жидкости из класса нелинейно-вязких сред на условия возникновения критических режимов теплопереноса в трубах теплообменного оборудования на начальном тепловом участке.

Научная новизна выполненных исследований:

· разработана методика определения границ безопасных тепловых режимов работы при ламинарном движении нелинейно-вязких сред в каналах тепломассообменного оборудования;

· разработаны математические модели стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы и тепломассопереноса в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе при температурных граничных условиях третьего рода;

· определены закономерности возникновения критических тепловых режимов при линейном и гармоническом законе изменения интенсивности теплообмена с окружающей средой и определены диапазоны изменения управляющих параметров, соответствующих безопасным режимам стационарного тепло- и массопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке;

· установлен характер влияния типа жидкости из класса нелинейно-вязких сред на условия возникновения критических тепловых режимов в исследуемых каналах на начальном тепловом участке.

Практическая ценность

Разработанные методика и математические модели позволяют определять на практике границы изменения управляющих параметров, соответствующих безопасным тепловым режимам и могут быть использованы при создании автоматизированных средств регулирования технологического процесса и предотвращения аварийных ситуаций при эксплуатации тепломассообменного оборудования с рабочими средами, проявляющими нелинейно-вязкие свойства.

Автор защищает:

· методику расчета границ безопасных тепловых режимов работы тепломассообменного оборудования при ламинарном движении нелинейно-вязких сред;

· математическую модель стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы;

· математическую модель стационарного тепломассопереноса в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе;

· закономерности возникновения критических режимов стационарного тепло- и массопереноса и диапазоны изменения управляющих параметров, соответствующих безопасным режимам стационарного тепло- и массопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке.

Личное участие. Основные результаты получены лично автором под руководством член-корр. РАН, д.т.н., профессора Назмеева Ю.Г.

Реализация работы.

Работа выполнена в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы» (государственный контракт с ФАНИ № 02.434.11.5009), ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (госконтракт c ФАНИ №02.516.11.6025), программы Президиума РАН П-09 «Исследование вещества в экстремальных условиях», гранта РФФИ № 05-08-50043-а и при поддержке Фонда содействия отечественной науке.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на следующих конференциях и симпозиумах:

Итоговые научные конференции за 2005, 2006, 2007 гг. Казанского научного центра Российской академии наук. Казань;

XXVI Российская школа по проблемам науки и технологий. Миасс, 2006;

V Школа-семинар молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении». Казань, 2006;

Национальная конференция по теплоэнергетике НКТЭ-2006. Казань, 2006;

Ежегодные научные аспирантские семинары Исследовательского центра проблем энергетики КазНЦ РАН. Казань, 2005-2008;

VII Всероссийская конференция молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям. Красноярск, 2006;

XXI Всероссийский семинар по струйным, отрывным и нестационарным течениям. Новосибирск, 2007;

XV Международная молодежная научная конференция «Туполевские чтения». Казань, 2007;

XX Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Казань, 2008.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ.

Объём работы. Диссертационная работа изложена на 153 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения. Работа содержит 75 рисунков и 2 таблицы. Список использованной литературы содержит 130 наименований.

Основное содержание работы

В первой главе проведен анализ работ, посвященных возникновению и развитию теории «теплового взрыва» и существующим математическим моделям ламинарного движения нелинейно-вязких сред в каналах тепло- и массообменного оборудования при наличии внутренних источников тепловыделения. По результатам литературного обзора сформулирована цель и определены задачи исследования.

Во второй главе разработана методика определения границ безопасных тепловых режимов эксплуатации тепломассообменного оборудования, в которых в качестве рабочих тел используются реакционноспособные реологически сложные среды. Разработана математическая модель стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы при температурных граничных условиях третьего рода.

Разработанная методика предназначена для определения границ безопасных тепловых режимов работы тепломассообменного оборудования проточного типа в зависимости от различного поперечного сечения рабочих каналов, реологических и теплофизических свойств используемых сред, а также тепловых и гидравлических режимов эксплуатации. Общий алгоритм разработанной методики представлен на рис.1.



Рис. 1. Общий алгоритм методики определения границ безопасных тепловых режимов в каналах тепломассообменного оборудования

Для исследования условий возникновения критических тепловых режимов в каналах технологического оборудования круглого поперечного сечения разработана модель стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы, являющаяся составной частью представленной методики.

При построении данной математической модели стационарного теплопереноса приняты следующие допущения: течение жидкости ламинарное осесимметричное; плотность (r), удельная теплоемкость () и теплопроводность (l)--в ходе процесса меняются незначительно; массовые силы пренебрежимо малы; перенос теплоты вдоль основного направления движения среды за счет теплопроводности мал по сравнению с вынужденным переносом в этом же направлении; в жидкости присутствуют внутренние химические и диссипативные источники тепловыделения; в связи с тем, что для рассматриваемых сред числа Pr>>1, время гидродинамической релаксации много меньше тепловой. Следствием последнего допущения является то, что профиль вектора скорости почти мгновенно подстраивается под профиль температуры.

Для описания реологических свойств жидкости используется модель дифференциального типа с кинематическим тензором первого порядка Уайта-Метцнера. В качестве конкретной зависимости используется модель Кутателадзе-Хабахпашевой

.(1)

С учетом сделанных допущений и ряда преобразований модель стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы при химических реакциях нулевого порядка приведена к следующему безразмерному виду:

,(2)

,(3)

,(4)

,(5)

где безразмерная температура; , безразмерные координаты; отношение энергии активации вязкого течения к энергии активации химической реакции; безразмерный параметр Франк-Каменецкого, характеризующий интенсивность тепловыделения от химической реакции; безразмерный параметр, характеризующий интенсивность тепловыделения от вязкого течения; , , - безразмерные параметры;, - безразмерные радиальная и осевая составляющие вектора скорости; , - безразмерные градиенты давления по оси и длине реактора соответственно; , - безразмерные реологические параметры;

- безразмерная динамическая вязкость.

Краевые условия в безразмерном виде представлены следующими соотношениями:

· условие прилипания жидкости: при x=1 ,;(6)

· условие на оси трубы: при x=0 , , ;(7)

· условие на входе в трубу: при =0 , , ,(8)

где - является решением задачи (3), (6)-(7).

Для формулировки тепловых граничных условий третьего рода в безразмерном виде введен безразмерный комплекс, характеризующий отношение термического сопротивления слоя жидкости к термическому сопротивлению стенки трубы и окружающей среды. Структура этого критерия близка к структуре числа Био, поэтому назовем его обобщенным критерием Био (Bi^*). Тогда тепловые граничные условия третьего рода примут следующий вид

· при x=1 ,(9)

где - безразмерная температура окружающей среды.

Рассмотрены следующие законы его изменения:

· линейный закон: (10)

· гармонический закон: ,(11)

где - значение обобщенного числа Био в начале теплового участка трубы; - скорость увеличения обобщенного числа Био по длине трубы; a, b - безразмерные амплитуда и частота изменения обобщенного числа Био.

Частным случаем зависимостей (10), (11) является условие .

Линейный закон изменения теплообмена с окружающей средой может встречаться на практике в случае уменьшения по длине тепломассообменного оборудования слоя теплоизолирующего материала, гармонический закон - в случае периодического расположения теплоизолирующих материалов, что также связано с особенностями технологического процесса.

В конце начального теплового участка происходит окончательное формирование полей скоростей и температур и исследуемые характеристики процесса теплопереноса становятся инвариантны относительно рассматриваемого участка трубы, т.е. от . Вследствие этого возможность возникновения критических тепловых режимов и их вариации от управляющих параметров процесса может быть исследована с помощью решения следующего уравнения переноса энергии, полученного при :

,(12)

с соответствующими краевыми условиями:

· тепловые граничные условия третьего рода: при x=1

;(13)

· условие на оси трубы: при x=0,

.(14)

В силу нелинейности моделей (2)-(11), (12)-(14), полученных в рамках разработанной методики, используется итерационный алгоритм на базе метода Фаэдо-Бубнова-Галеркина. В качестве базисных функций использованы локальные сплайны третьего порядка. Апробация метода решения тарирована по отношению к модельной задаче Франк-Каменецкого. Погрешность между численным и аналитическим решениями составляет менее 5%.

Таким образом, во второй главе представлена разработанная методика определения границ безопасных тепловых режимов работы при ламинарном движении нелинейно-вязких сред в трубах тепломассообменного оборудования. В рамках представленной методики разработана математическая модель стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы при температурных граничных условиях третьего рода.

В третьей главе представлены результаты численных исследований условий возникновения критических тепловых режимов для случая стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы (модель (2)-(5) с краевыми условиями (6)-(11)) и возможных их вариаций от управляющих параметров в конце участка (модель (12) с граничными условиями (13), (14)).

На рис.2, 3 представлены результаты исследований для первой модели (2)-(11), на рис.4-6 - для второй модели (12)-(14).

Распределение температуры q по длине трубы при различных значениях параметра d--(рис.2), характеризующего интенсивность тепловыделения от химической реакции, свидетельствуют о том, что независимо от характера изменения интенсивности теплообмена с окружающей средой, возможно возникновение прогрессивного роста температуры рабочей среды q. Это наблюдается как для Bi^*=const (рис.2а), так и для линейного (рис.2б) и гармонического (рис.2в) законов его изменения. Анализ результатов численных исследований показал, что даже при незначительном увеличении значения параметра d--размер области низкотемпературных процессов существенно сокращается (рис.2а). В случае линейного закона изменения числа Bi^* по длине трубы (рис.2б) происходит увеличение предкритического значения d=1,15 по сравнению с предыдущим случаем, представленном на рис.2а (здесь при Bi^*=2 d=1). При периодическом изменении обобщенного числа Био характер изменения температуры рабочей среды q аналогичен закону изменения Bi^*, а критическое значение d увеличивается с ростом амплитуды (параметр а) или частоты изменения (параметр b) самого обобщенного числа Био.

В ходе комплекса численных исследований, проведенных согласно разработанной методики (рис.1) выявлено, что в зависимости от температуры среды на входе в трубу в конце начального теплового участка может устанавливаться один из трех тепловых режимов: низкотемпературный (при этом для данных фиксированных значений управляющих параметров (рис.3), температура в конце теплового участка q₁=0,67), высокотемпературный (q₃=85,43) и промежуточный (q₂=14,4). Анализ показал, что независимо от значений температуры среды на входе в рабочую зону q_вх, можно выделить интервалы температур q_вх, соответствующих одному из трех указанных ранее тепловых режимов.



а)б)в)

Рис. 2. Распределение температуры по длине трубы для различных значений параметра d; а) Bi^*=const; б) ; в)

Для исследования возможных вариаций стационарных тепловых режимов от управляющих параметров процесса в конце начального теплового участка в рамках общего подхода (рис.1) решена задача (12)-(14) при . Результаты расчетов представлены на рис.4, 5, 6.

Анализ полученных зависимостей температуры от управляющих параметров a, b, d, c позволяют сделать вывод, что на возникновение критических режимов в конце начального теплового участка существенное влияние оказывает энергия активации химической реакции b<1. В результате расчетов установлено, что при b0.2 зависимость температуры от обобщенного числа Био носит неоднозначный характер, т.е. равновозможны как низкотемпературные, так и высокотемпературные (критические) тепловые режимы. При этом для b=0.2 интервал неоднозначности решений по обобщенному числу Био соответствует [0,3; 0,7], для b=0.1565 - [0,3; 4,3], что свидетельствует об увеличении найденного интервала с уменьшением параметра b.



Рис. 3. Распределение температуры q по длине трубы в зависимости от начальной температуры среды на входе ; 1 - q_ВХ=160; 2 - q_ВХ=60; 3 - q_ВХ=11,9; 4 - q_ВХ=11,8; 5 - q_ВХ=11,7; 6 - q_ВХ=11,6; 7 - q_ВХ=5; 8 - q_ВХ=0,5*10^-1

Рис. 4. Зависимость максимального значения температуры в конце начального теплового участка от обобщенного числа Био для различных значений параметра b при a=1,421, d=0,1, c=0,15



Рис. 5. Зависимость максимального значения температуры в конце начального теплового участка от управляющего параметра c для различных типов жидкости при a=1,421, b=0,1565, d=0,1

Рис. 6. Поверхности, ограничивающие области неоднозначности решения задачи (12)-(14)

Разработанный подход позволяет провести исследование влияния типа жидкости на возможность возникновения критических тепловых режимов. Исследование влияния типа жидкости на величину интервалов неоднозначности решений (12)-(14) при заданных значениях для управляющих параметров показало, что наибольшая длина интервала соответствует дилатантной жидкости, наименьший - псевдопластичной (P), а ньютоновская жидкость занимает промежуточное положение (N) (рис.5). Это говорит о том, что по сравнению с другими средами наиболее безопасной, в части возможности возникновения прогрессивного нарастания температуры, является псевдопластичная жидкость.

В результате комплекса численных исследований построены пары трехмерных поверхностей, между которыми находится область многозначности решений (12)-(14). На рис. 6 представлена пара поверхностей для параметров d, c, Bi^*, из которого видно, что размеры области неоднозначности решений, расположенной между поверхностями X и Y увеличиваются в зависимости, главным образом, от интенсивности теплообмена с окружающей средой.

Таким образом, в третьей главе представлены результаты численных исследований стационарного теплопереноса на начальном тепловом участке трубы с учетом теплообмена с окружающей средой по разработанной математической модели (2)-(11). Анализ показал, что критический тепловой режим наблюдается: при увеличении интенсивности тепловыделения от химического источника (d) или диссипативного (c), а также увеличения энергии активации химической реакции; при снижении интенсивности теплообмена с окружающей средой (уменьшении обобщенного числа Био). При увеличении параметра g длина начального участка возрастает. С увеличением амплитуды изменения и частоты колебаний обобщенного числа Био вдоль трубы увеличивается область параметров, соответствующих безопасным тепловым режимам.

Определены интервалы изменения параметров a, b, d, c, при которых возможно возникновение прогрессивного роста температуры в конце начального теплового участка (модель (12)-(14)).

Найдены диапазоны изменения управляющих параметров, соответствующих безопасным режимам стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке.

Кроме представленных выше результатов, полученных для задачи теплопереноса, разработанный общий подход, представленный на рис.1, позволяет решить задачу сопряженного тепломассопереноса при течении нелинейно-вязких сред в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе.

Четвертая глава посвящена разработке математической модели стационарного тепломассопереноса в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе при граничных условиях третьего рода. Представлены результаты численных исследований условий возникновения критических режимов стационарного тепломассопереноса в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе с учетом теплообмена с окружающей средой.

При разработке математической модели стационарного тепломассопереноса в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе дополнительно к рассмотренным во второй главе приняты следующие допущения: перенос массы по длине реактора за счет диффузии мал по сравнению с вынужденным переносом; коэффициенты взаимной диффузии в ходе реакции меняются незначительно.

В силу того, что рабочие среды реакторов полимеризации (растворы и расплавы полимеров) характеризуются убыванием эффективной вязкости с возрастанием второго инварианта тензора скоростей деформации, поэтому в качестве объекта численных рассмотрена полимеризующаяся среда со свойствами псевдопластичной жидкости.

Разработанная математическая модель сопряженного тепло- и массопереноса в безразмерном виде представлена в виде следующих соотношений:

,(15)

,(16)

,(17)

,(18)

,(19)

где , - концентрация инициатора и мономера соответственно; m, n - порядки реакции полимеризации и разложения инициатора соответственно; , , - характеризуют процесс полимеризации; , - отношение расхода полимеризующейся массы к произведению радиуса реактора на коэффициент взаимной диффузии инициатора в мономер и мономера в инициатор соответственно.

Краевые условия представлены соотношениями (6), (7), (9)-(11) и следующими зависимостями:

· условие на оси трубы: при ; ;(20)

· условие для концентраций веществ на границе: при , ; (21)

· условие на входе в трубу:

при , , , , ,(22)

где - является решением задачи (16), (6), (7), (20), (21).

В силу нелинейности (15)-(22), (6), (7), (9)-(11) также используется итерационный алгоритм на базе метода Фаэдо-Бубнова-Галеркина.

Результаты исследований стационарного тепломассопереноса в проточном трубчатом гомофазном полимеризационном реакторе (модель (15)-(22), (6), (7), (9)-(11)) представлены на рис. 7-8.

Полученные распределения температуры полимеризующейся среды по длине реактора для различных значений управляющих параметров свидетельствуют о том, что при определенных их значениях, как и для задачи (2)-(11), наблюдаются критические тепловые режимы, сопровождающиеся значительным изменением степени превращения, концентраций инициатора и мономера. Анализ зависимостей распределения температуры среды по длине от управляющего параметра d показал, что в случае постоянства интенсивности теплообмена с окружающей средой (рис. 7а) длина участка, предшествующего критического тепловому режиму для реактора значительно меньше, чем для трубы (рис. 2а). При этом прогрессивное нарастание температуры среды возможно при более низких значениях интенсивности тепловыделения от химической реакции (на рис. 7а - =1,01).

а) б)

Рис. 7. Распределение температуры полимеризующейся среды по длине реактора; а) Bi^*=const; б)

При линейном изменении интенсивности теплообмена с окружающей средой наряду с параметром d на возможность возникновения критического теплового режима существенное влияние оказывает и изменение параметра k-скорости увеличения обобщенного числа Био. Из рис.7б видно, что критический тепловой режим будет возникать при более высоких значениях d, чем для случая Bi^*()=const, представленного на рис. 7а. При этом необходимо отметить, что с уменьшением увеличивается градиент температуры.

При периодическом изменении интенсивности теплообмена с окружающей средой изменение температуры реагирующей массы подчиняется тому же закону с одновременным запаздыванием по длине трубы. По мере увеличения доли реагентов (инициатор, мономер) вступивших в реакцию амплитуда колебаний температуры реагирующей массы уменьшается.

Анализ результатов численных исследований показал, что возможность возникновения критического теплового режима уменьшается при увеличении частоты и амплитуды интенсивности теплообмена с окружающей средой (рис.8б). В случае уменьшения частоты колебаний наблюдается плавный рост локального максимума температуры полимеризующейся среды (рис.8а).

а)б)

Рис. 8. Распределение температуры полимеризующейся среды по длине реактора с гармоническим законом изменения обобщенного числа Био; а) b=0,1; d=0,87 б) а=0,1; d=0,85

Таким образом, в четвертой главе представлена разработанная математическая модель стационарного тепломассопереноса в проточном трубчатом гомофазном полимеризационном реакторе при граничных условиях третьего рода. Представлены результаты численных исследований тепломассопереноса в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе с учетом теплообмена с окружающей средой (модель (15)-(22), (6), (7), (9)-(11)). Определены закономерности возникновения критических режимов стационарного тепломассопереноса в проточном трубчатом гомофазном полимеризационном реакторе в зависимости от характера теплообмена с окружающей средой. Найдены диапазоны изменения управляющих параметров, соответствующих безопасным режимам стационарного тепломассопереноса в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе.

Основные результаты и выводы

1. Разработана методика определения границ безопасных режимов эксплуатации тепломассообменного оборудования непрерывного действия, в которых в качестве рабочих сред используются реологически сложные жидкости.

2. Разработана математическая модель стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы при граничных условиях третьего рода.

3.Разработана математическая модель стационарного тепломассопереноса в проточном трубчатом гомофазном полимеризационном реакторе при граничных условиях третьего рода.

4. Установлены закономерности возникновения критических режимов стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке трубы.

5. Определены закономерности возникновения критических режимов стационарного тепломассопереноса в трубчатом проточном гомофазном полимеризационном реакторе.

6. Выявлен характер влияния типа жидкости из класса нелинейно-вязких сред на условия возникновения критических режимов теплопереноса в трубах теплообменного оборудования на начальном тепловом участке.

7. Найдены диапазоны изменения управляющих параметров, соответствующих безопасным режимам стационарного теплопереноса при ламинарном движении нелинейно-вязких сред на начальном тепловом участке.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

Работы, опубликованные в рекомендуемых ВАК журналах:

1. Кадыйров А.И. Определение областей неоднозначности решений уравнения энергии при ламинарных течениях вязкой и неньютоновских жидкостей при диссипативном тепловыделении / Назмеев Ю.Г., Халитова Г.Р., Ананьев Д.В., Кадыйров А.И.// Известия РАН. Энергетика. 2006. № 2. С. 32-37.

Работы, опубликованные в журналах и материалах конференций различного уровня:

2. Кадыйров А.И. Численное определение интервалов неоднозначности решений уравнения энергии при тепловых граничных условиях третьего рода при течении вязкой жидкости // Труды Академэнерго. 2005. №1. С. 22-26.

3. Кадыйров А.И. Исследование управляющих параметров ламинарного течения обобщенно-вязкой жидкости на критические тепловые режимы на начальном тепловом участке / Кадыйров А.И., Назмеев Ю.Г.// Сборник докладов III-ей Межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика». Смоленск, 19-20 апреля 2006 г. Т.1. С. 55-60.

4. Кадыйров А.И. Возникновение прогрессивного нарастания температуры на начальном тепловом участке круглой трубы при синусоидальном законе изменения коэффициента теплоотдачи // Труды Академэнерго. 2006. №1. С. 24-31.

5. Кадыйров А.И. Влияние изменения коэффициента теплоотдачи по времени на ламинарное движение обобщенно-вязкой жидкости // Материалы V Школы-семинара молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении». Казань, 6-7 сентября 2006 г. С. 31-34.

6. Кадыйров А.И. Прогрессивное нарастание температуры и бифуркация стационарных режимов течения вязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей в круглой трубе и коаксиальном канале / Назмеев Ю.Г., Ананьев Д.В., Кадыйров А.И., Абайдуллин Б.Р.// Материалы докладов Национальной конференции по теплоэнергетике НКТЭ-2006. Казань, 5-8 сентября 2006 г. С. 13-36.

7. Кадыйров А.И. Влияние температуры окружающей среды на интервалы неоднозначности решений уравнения энергии // Материалы XXVI Российской школы по проблемам науки и технологий. Миасс, 27-29 июня 2006 г. - C. 33.

8. Кадыйров А.И. Области неоднозначности решения стационарной задачи ламинарного течения ньютоновской и обобщенно-ньютоновской жидкости при граничных условиях третьего рода // Труды Академэнерго. 2006. №2. C. 15-29.

9. Кадыйров А.И. Исследование критических режимов при ламинарном течении жидкости в круглой трубе // Материалы докладов VII Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (с участием иностранных ученых). Красноярск, 1-3 ноября 2006 г. - С. 50.

10. Кадыйров А.И. Программа расчета критических значений гидродинамических и тепломассообменных характеристик потока в гомофазном полимеризационном реакторе типа круглая труба / Халитова Г.Р., Вачагина Е.К., Шамсутдинов Э.В., Абайдуллин Б.Р., Ананьев Д.В., Кадыйров А.И.// 2006 г. № 2006613627.

11. Кадыйров А.И. Исследование теплообмена в гомофазном полимеризационном реакторе при тепловых граничных условиях третьего рода // Труды Академэнерго. 2006. №3. С.3-15.

12. Кадыйров А.И. Влияние линейного увеличения числа Био на теплообмен при ламинарном течении вязкой жидкости на начальном тепловом участке круглой трубы // Материалы Ежегодной XVII Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения, МИКМУС-2006. Москва, 27-29 декабря 2006 г. - С 17.

13. Кадыйров А.И. Теплообмен при ламинарном течении неньютоновской жидкости на начальном тепловом участке круглой трубы при различных законах изменения числа Био // Труды Академэнерго. 2006. №4. С. 3-14.

14. Кадыйров А.И. Влияние линейного закона изменения числа Био на стационарный тепломассоперенос в гомофазном полимеризационном реакторе // Труды Академэнерго. 2007. № 2. С.17-29.

15. Кадыйров А.И. Стационарный тепломассоперенос в гомофазном полимеризационном реакторе // Материалы докладов XXI Всероссийского семинара по струйным, отрывным и нестационарным течениям. Новосибирск, 15-18 августа 2007 г. С.134-135.

16. Кадыйров А.И. Тепломассоперенос в гомофазном полимеризационном реакторе при тепловой изоляции стенки реактора / Кадыйров А.И., Халитова Г.Р.// Тезисы докладов XV Международной молодежной научной конференции XV «Туполевские чтения». Казань, 9-10 ноября 2007 г. Т.1. С. 292-294.

17. Кадыйров А.И. Критические тепловые режимы в гомофазном полимеризационном реакторе при линейном увеличении температуры окружающей среды // Сборник материалов XX Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий». Казань, 13-15 мая 2008 г. С.200-201.

Подписано в печать 30.05.2008 г. Формат 60x84 1/16. Тираж 100 экз.

Бумага ксероксная. Объем 1, 0 п.л. Заказ № 05/378.

Печать ризографическая.

Отпечатано с готового оригинал-макета

на полиграфическом участке ООО «КУРАТОР»

Казань, ул. Сибирский тракт, 34, корп.10. Тел.513-00-88

Размещено на Allbest.ru

...