ENERGY-EFFICIENT TECHNOLOGICAL COMPLEX FOR VISCOUS LIQUID HEATING

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

The article examines the creation of induction plant for process of viscous liquids heating. Interconnected electromagnetic, thermal and hydraulic processes in the system «inductor - heat out of cylinder - liquid flow» are explored. Specific peculiarities of methods of calculation, caused by physically inhomogeneous structure of the heating system, the complex nature of heat exchange between the system elements and the presence of nonlinearities are marked. The results of numerical calculation of electromagnetic and thermal fields in the fluid to be heated are presented. The design of induction system for viscous fluids heating is developed on the base of conducted studies.

Full Text

В настоящее время всё большее применение находят установки индукционного нагрева в таких нетрадиционных областях, как строительная индустрия, трубопроводный транспорт нефти, нефтеперерабатывающее производство и др. Индукционные установки, используемые в этих отраслях промышленности, имеют ряд особенностей, выделяющих их в отдельный класс объектов. Специфические свойства нагреваемых жидкостей, такие как низкая теплопроводность, высокая вязкость, существенно зависящие от температуры, а также принципиальные особенности способа индукционного нагрева обусловили необходимость разработки конструкции теплообменного аппарата, значительно отличающейся от существующих конструкций с внешним обогревом паром, отходящими печными газами или жидким теплоносителем [1, 2]. Эффективность применения индукционного нагрева можно повысить только на основе комплексного подхода, включающего несколько направлений: снижение суммарных тепловых и электрических потерь в процессе нагрева за счет выбора оптимальных конструктивных параметров индуктора; уменьшение энергозатрат на нагрев в нестационарных режимах работы нагревательного комплекса при отработке глубоких возмущений в переходных режимах работы установки за счет внедрения оптимальных алгоритмов и систем управления; снижение электрических потерь за счет внедрения комплексной системы регулирования электрического и теплового режима, включающей систему автоматической компенсации реактивной мощности индуктора и систему оптимальной стабилизации температуры в установившемся режиме работы [3-6]. Жесткие технологические требования, предъявляемые к энергетическому узлу нагревательных установок, дополняются требованиями высокой Градостроительство и архитектура | 2016 | № 4 (25) 128 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫ эффективности процесса нагрева, снижения себестоимости и повышения производительности. Математическое описание процессов индукционного нагрева представляет собой систему детерминированных нелинейных дифференциальных и интегральных уравнений, записанных для многомерных и многосвязных областей. Если не вводить существенных упрощений в постановку задачи, то решение указанной системы уравнений, а следовательно, и количественное описание изучаемого объекта практически может быть получено только численными методами. Значительное место в настоящее время занимает при исследованиях процесса индукционного нагрева моделирование с использованием компьютерных технологий [7-9]. Конструкция нагревателя представляет собой два осесимметричных стальных цилиндра, в кольцевом зазоре между которыми протекает нагреваемая жидкость. Внешняя труба охватывается катушкой индуктора, который создает переменное электромагнитное поле. Процесс индукционого нагрева рассматриваемого класса объектов, представляющего собой систему сопряженных разнородных по физическим свойствам осесимметричных цилиндров, описывается нелинейной взаимосвязанной системой уравнений Максвелла и Фурье соответственно для электромагнитного и теплового полей с соответствующими краевыми условиями [10, 11]. rot
×

About the authors

Aleksandr A. BAZAROV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Aleksandr I. DANILUSHKIN

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Vasilij A. DANILUSHKIN

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Ivan V. VASIL'EV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

  1. Базаров А.А., Данилушкин А.И. Исследование взаимосвязанных электромагнитных и термогидравлических процессов при косвенном индукционном нагреве жидких сред // Электротехника. 2009. №7. С. 43-46.
  2. Кувалдин А.Б. Индукционный нагрев ферромагнитных сталей. М.: Энергоатомиздат, 1988. 200 с.
  3. Актуальные проблемы теории и практики индукционного нагрева // материалы Международной конф. СПб.: СПб гос. техн. ун-т «ЛЭТИ», 2005. 391 с.
  4. Rudnev V. Handbook of Induction Heating. Marcel Dekker Inc., New York, 2003, p. 277.
  5. Yu. E. Pleshivtseva and E.Ya. Rapoport. The Successive Parametrization Method of Control Actions in Boundary Value Optimal Control Problems for Distributed Parameter Systems // Journal of Computer and Systems Sciences International, 2009, Vol. 48, No 3, PP. 351-362. Импакт фактор журнала в Web of Science 0,191.
  6. Rapoport E.Y. Analytical Construction of Aggregated Controllers in Systems with Distributed Parameters 2012,Vol.51, No3, рp.375-390. Импакт фактор журнала в Web of Science 0,191.
  7. Кувалдин А.Б. и др. Математические модели для исследования электромагнитного поля в ферромагнитных средах // Электричество. 2005. №11. С. 56-61.
  8. Кувалдин А.Б. и др. Электротепловая модель индукционно-резистивной системы нагрева // Электромеханика. 2005. №1. С. 48-53.
  9. Немков В.С., Демидович В.Б. Теория и расчет устройств индукционного нагрева. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 280 с.
  10. Вайнберг А.М. Индукционные плавильные печи. М.: Энергия, 1967. 415 с.
  11. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высш. школа, 1967. 599 с.
  12. ELCUT. Моделирование двумерных полей методом конечных элементов. Руководство пользователя. Версия 5.7. СПб.: Производственный кооператив ТОР, 2009. 160 с.
  13. Агапкин В.М., Кривошеин Б.Л., Юфин В.А. Тепловой и гидравлический расчеты трубопроводов для нефти и нефтепродуктов. М.: Недра, 1981. 256 с.
  14. Губин В.Е., Губин В.В. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. М.: Недра, 1982. 296 с.
  15. Тугунов П.И. Нестационарные режимы перекачки нефтей и нефтепродуктов. М.: Недра, 1984. 224 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2016 BAZAROV A.A., DANILUSHKIN A.I., DANILUSHKIN V.A., VASIL'EV I.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies