Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка технологических моделей интенсифицированных жидкостных теплообменников

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.516.11.6024
Организация
ООО "НПО ТЕРМЭК"
Руководитель работ
Наумов Александр Лаврентьевич
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
17,5 млн
Внебюджетные средства
5 млн

Разработка опытно-промышленных теплообменников нового поколения с высокой интенсивностью теплообмена, обеспечивающее защиту от осаждения солей жесткости на теплообменных поверхностях.

Соисполнители

Организация
ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ"

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Рассказов Александр Валентинович

Этапы проекта

1
26.04.2007 - 30.09.2007
1. Представлен обзор настоящего состояния теории и аналитических решений по интенсификации турбулентного теплообмена с внешним воздействием на поток различной природы (изменения рельефа поверхности теплообмена, пульсации расхода, акустическое воздействие и др.).
2. Разработана физико-математическая модель теплообмена для турбулентного течении жидкости с различными видами воздействий на вязкий подслой и ядро жидкости. Модель представляет собой систему уравнений турбулентного переноса с источниковыми членами, конкретный вид которых будет уточняться при сопоставлении экспериментальных и расчетных данных; будут сопоставлены модели турбулентности из известных в настоящее время (k-, k-, напряжений Рейнольдса и др.), в которых будет учтено влияние поверхностных турбулизаторов и вибрационных воздействий на гидродинамику и теплообмен для начального участка и развитого режима течения.
3. На данной стадии исследований, выбрана к- модель турбулентности. На модельном примере численного расчета, модель сопоставлена с известными критериальными зависимостями. Получено удовлетворительное соответствие (расчет и эмпирические данные по тепловой нагрузке реального аппарата расходятся, примерно, на 11 %), что указывает на возможность использования принятого подхода к анализу получаемых далее экспериментальных данных.
4. Представлены данные о режимах работы (начальные и граничные условия для задачи физико-математического описания) промышленных теплоэнергетических аппаратов.
5. На основании проведенного обзора исследований показано, что среди возможных типов рельефных турбулизаторов, наиболее предпочтительными по критерию (Nu/Nu0)/(ξ/ξ0) являются кольцевые пережатия, нанесенные на поверхности труб, а также углубления в виде лунок.
6. По материалам обзора установлено, что одновременное влияние вибродинамического воздействия и применение турбулизаторов на теплообмен и трение теоретически и экспериментально на настоящий момент не исследовалось, а влияние пульсаций расхода на теплоотдачу и сопротивление проявляется лишь при колебаниях с относительно высокими амплитудами (при турбулентном режиме течения теплообмен увеличивается в 1,7 раз по сравнению со стационарном случаем
7. Установлено, что наличие турбулизаторов в 3-5 раз снижает солеотложения на обеих поверхностях труб, причем зависимость термического сопротивления слоя солеотложений (Rф) от времени имеет асимптотический характер и через 100-150 ч значение Rф становится постоянным.
8. Определены задачи дальнейшего экспериментального изучения интенсификации процессов теплообмена.
Развернуть
2
01.10.2007 - 31.12.2007
1. Представлен обзор настоящего состояния теории и аналитических решений по интенсификации турбулентного теплообмена с внешним воздействием на поток различной природы (изменения рельефа поверхности теплообмена, пульсации расхода, акустическое воздействие и др.).
2. Разработана физико-математическая модель теплообмена для турбулентного течении жидкости с различными видами воздействий на вязкий подслой и ядро жидкости. Модель представляет собой систему уравнений турбулентного переноса с источниковыми членами, конкретный вид которых будет уточняться при сопоставлении экспериментальных и расчетных данных; будут сопоставлены модели турбулентности из известных в настоящее время (k-, k-, напряжений Рейнольдса и др.), в которых будет учтено влияние поверхностных турбулизаторов и вибрационных воздействий на гидродинамику и теплообмен для начального участка и развитого режима течения.
3. На данной стадии исследований, выбрана к- модель турбулентности. На модельном примере численного расчета, модель сопоставлена с известными критериальными зависимостями. Получено удовлетворительное соответствие (расчет и эмпирические данные по тепловой нагрузке реального аппарата расходятся, примерно, на 11 %), что указывает на возможность использования принятого подхода к анализу получаемых далее экспериментальных данных.
4. Представлены данные о режимах работы (начальные и граничные условия для задачи физико-математического описания) промышленных теплоэнергетических аппаратов.
5. На основании проведенного обзора исследований показано, что среди возможных типов рельефных турбулизаторов, наиболее предпочтительными по критерию (Nu/Nu0)/(ξ/ξ0) являются кольцевые пережатия, нанесенные на поверхности труб, а также углубления в виде лунок.
6. По материалам обзора установлено, что одновременное влияние вибродинамического воздействия и применение турбулизаторов на теплообмен и трение теоретически и экспериментально на настоящий момент не исследовалось, а влияние пульсаций расхода на теплоотдачу и сопротивление проявляется лишь при колебаниях с относительно высокими амплитудами (при турбулентном режиме течения теплообмен увеличивается в 1,7 раз по сравнению со стационарном случаем
7. Установлено, что наличие турбулизаторов в 3-5 раз снижает солеотложения на обеих поверхностях труб, причем зависимость термического сопротивления слоя солеотложений (Rф) от времени имеет асимптотический характер и через 100-150 ч значение Rф становится постоянным.
8. Определены задачи дальнейшего экспериментального изучения интенсификации процессов теплообмена.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
Разработана конструкторская документация на исследуемые теплообменники, изготовлен стенд для лабораторных испытаний элементов жидкостных трубчатых теплообменных аппаратов с интенсифицированной поверхностью теплообмена.
Проведены экспериментальные исследования, позволившие определить безразмерные коэффициенты теплопередачи и коэффициенты трения на трубках с различными видами турбулизаторов потока
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
Создан опытный образец теплообменника нового поколения на основе разработанного технического задания.
Выполнена разработка инвестиционного проекта по промышленному освоению массового производства теплообменников нового поколения с расчетом основных параметров проекта: периода окупаемости и инвестиционных средств с учетом дисконтирования, чистого дисконтированного дохода (NPV), внутренней нормы рентабельности (IRR) и др.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.6 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области энергоэффективности, энергоснабжения и ядерной энергетики
Продолжительность работ
2010 - 2012, 29 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
КазНЦ РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
90 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2010 - 2012, 27 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Организация
ИТ СО РАН
профинансировано
Тема
Разработка технологических моделей интенсифицированных жидкостных теплообменников
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
36 млн
Количество заявок
9
Тема
Разработка технологии и создание опытных образцов интенсифицированных теплообменников.
Продолжительность работ
2009 - 2011, 28 мес.
Бюджетные средства
110 млн
Количество заявок
4
Тема
Проведение исследований и разработка технологических основ модификации функциональных поверхностей теплообменного оборудования для защиты от коррозии, предотвращения намораживания влаги и накапливания отложений.
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка технологических решений по интенсификации теплообменных процессов в системах теплоснабжения и отопления зданий и сооружений на основе наноуровневой модификации функциональных поверхностей теплотехнического оборудования.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 17 мес.
Бюджетные средства
11 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка нового поколения стабильных нанофлюидных систем с аномально высокой теплопроводностью для высокоэффективных теплообменных устройств.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 12 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
2