Simulation of heat and mass transfer processes in technological equipment tests for autonomous complexes

Abstract

Введение. На автономных объектах технических комплексов различного назначения предъявляются жесткие требования к работо-способности технологического оборудования при повышенных зна-чениях температур. В связи с этим проводят предварительные тепло-вые испытания элементов оборудования в условиях, приближенных к условиям эксплуатации.Одним из вариантов проведения тепловых испытаний технологи-ческого оборудования, представленного на рис. 1, является размеще-ние его элементов в открытом резервуаре с нагретой водой, темпера-тура которой поддерживается в заданном интервале значений в тече-ние длительного времени с использованием блока нагревателей, оборудованного системой автоматического поддержания температуры.Тепловые испытания технологического оборудования -это энер-гоемкие и длительные процессы: требуется определять параметры нагрева открытого резервуара с водой и расположенным в нем техноло-гическим оборудованием, а также массообмена воды с наружным воз-духом на основе моделирования тепломассообменных процессов. И.С. Плотников, В.В. Чугунков 2Инженерный журнал: наука и инновации # 10·2016Рис. 1. Размещение технологического оборудования в открытом резервуаре с нагретой водой при проведе-нии тепловых испытанийОбзор источников информации. Моделированию процессов изменения температуры жидких сред в резервуарах наземных ком-плексов посвящен ряд публикаций [1,2], в которых рассмотрены ма-тематические модели теплообмена закрытых резервуаров с наруж-ным воздухом при нагреве и охлаждении ракетного топлива. Темпе-ратурный режим резервуаров с открытой поверхностью в этих работах не рассматривается.Закономерности уноса воды с поверхности открытых резервуаров применительно к эксплуатации открытых бассейнов рассмотрены в работах [3, 4], в которых рекомендуемые зависимости основаны на обобщении экспериментальных данных при температурном режиме воды не выше 30 °С, в то время как для тепловых испытаний техно-логического оборудования температура воды должна быть на уровне 60 °С. Некоторые полезные результаты применительно к рассматри-ваемым условиям протекания тепломассообменных процессов при-ведены в работах [5][6][7][8][9][10].Постановка задачи. Для проектирования блока нагревателей ис-пытательного резервуара необходимо определить потребную мощ-ность нагревателей для достижения заданной температуры нагрева за требуемое время, а также поток массы воды с открытой поверхности резервуара и возможные методы уменьшения ее испарения при про-ведении испытаний.Для получения отмеченных характеристик необходимо построить математическую модель тепломассообменных процессов при тепло-вых испытаниях технологического оборудования с использованием закономерностей и уравнений тепломассообмена, а также геометри- Моделирование тепломассообменных процессов при испытаниях…Инженерный журнал: наука и инновации # 10·2016 3 ческих и теплофизических характеристик испытательного резервуа-ра и технологического оборудования. Математические модели процессов тепломассообмена. Про-цесс нагрева жидкости в испытательном резервуаре в предположении о квазистационарно...