ENG

 

Лаборатория теории переноса

Oтделение  математического моделирования


Заведующий лабораторией

Шнип Александр Иванович, канд. физ.-мат. наук
тел. +375(17)284-21-34
shnip@hmti.ac.by


История


Основные направления исследований:
- кинетика нуклеации;
- тепломассообмен при фазовых переходах и химических превращениях;
- тепломассообмен в капиллярно-пористых телах;
- неравновесная термодинамическая теория;
- радиационный и кондуктивный теплообмен в орбитальных условиях, моделирование тепловых режимов в космических аппаратах;

- Теоретические и экспериментальные исследования процессов стационарного и нестационарного испарительного охлаждения, конвективного теплообмена, структурных особенностей ламинарных и турбулентных вихревых потоков.
- Исследование аэродинамики и гидродинамики взаимодействия паровоздушных потоков с пленочными и капельными течениями.
- Исследование распространения инфразвуковых шумов, уноса влаги из градирни в капельной форме и влияние выбросов тепловых и атомных электростанций на окружающую среду.
- В прикладном плане эти работы направлены на интенсификацию процессов тепло- и массообмена в промышленном и энергетическом охладительном оборудовании испарительного типа с целью повышения его тепловой эффективности.


Основные разработки.

Модели и теоретические разработки:
- кинетическая теория массопереноса при испарении в пористых телах;
- неравновесная термодинамическая теория релаксирующих систем;
- статистическая теория кинетики нуклеации.

Программное обеспечение:
- программная реализация математической модели тепловых режимов целевой аппаратуры белорусского космического аппарата в орбитальных условиях и при наземных термовакуумных испытаниях;
- программный комплекс для решения специфических задач пожарной экспертизы “Heating”;
- программное обеспечение для визуализации магнитофореза биологических клеток.

Основные разработки

Комплекс технических решений по существенному повышению охлаждающей способности башенных испарительных градирен электростанций. В основу разработок положены аэродинамические методы оптимизации распределения охлаждающих воздушных потоков на входе и внутри градирен.
Все перечисленные ниже технические разработки защищены патентами РБ.

Аэродинамический завихритель

Данный завихритель представляет собой систему щелевых каналов, образованных вертикальными щитами, которые установлены в воздуховходных окнах по внешнему контуру низа башни градирни и направлены таким образом, что движущийся в них поток воздуха для каждого канала имеет одну и ту же тангенциальную составляющую скорости. Эта скорость и определяет интенсивность вращения паровоздушной среды внутри градирни. Аэродинамический завихритель позволяет существенно улучшить аэродинамику воздушных потоков на входе и внутри градирен, интенсифицировать процессы тепло- и массообмена и тем самым повысить их тепловую эффективность. В таких градирнях результирующая скорость воздушного потока, помимо вертикальной и горизонтальной составляющих, приобретает еще одну компоненту – тангенциальную, что приводит к более глубокому и равномерному проникновению охлаждающего воздушного потока в радиальном направлении, увеличениют пути его взаимодействия, возрастанию времени контакта входящего воздушного потока с разбрызгиваемой охлаждаемой водой. Следствием этого является дополнительное (по сравнению с градирней без аэродинамического завихрителя) понижение температуры оборотной воды в градирне на несколько градусов, зависящее от режима работы турбины, климатических и погодных условий. Заметим, что дополнительное охлаждение циркуляционной воды в градирне летом на 1 0С при всех прочих равных условиях приводит к уменьшению удельного расхода условного топлива на 1.2–2.0 г на выработку каждого киловатт-часа электроэнергии в зависимости от типа турбины и начальных параметров пара.
Аэродинамический завихритель получил высокую оценку специалистов и был рекомендован к внедрению в энергетику Республики Беларусь проектной головной организацией РУП "БелНИПИЭнергопром" и концерном "Белэнерго".
Существенно также и то, что оборудование градирен аэродинамическими завихрителями может производиться без остановки их работы и больших капитальных затрат. Расчеты и наш опыт внедрения аэродинамических завихрителей показывают, что такая модернизация окупается в течение одного-двух сезонов эксплуатации, а далее приносит прибыль. Для регионов с более теплым климатом, чем в Республике Беларусь, экономическая эффективность от внедрения завихрителя более значительна.

Механизм оптимального управления горизонтальными зимними жалюзийными устройствами

Предлагаемая новая конструкция жалюзийного устройства увеличивает эффективность охлаждения воды в градирне за счет прироста общего расхода охлаждаемого воздуха, проходящего через воздуховходные окна. Указанная конструкция позволяет устанавливать щиты под заданным углом к горизонту и может применяться самостоятельно или в сочетании с вариантом аэродинамического завихрителя. Комбинированное использование аэродинамического завихрителя совместно с предложенной конструкцией жалюзийного устройства увеличивает эффективность охлаждения оборотной воды в градирне за счет улучшения аэродинамики входящего воздушного потока в верхней части воздуховходных окон.

Вентиляционное окно с регулирующим устройством

Хорошо известно, что в подоросительном пространстве противоточной градирни наблюдается целый ряд двумерных эффектов, приводящих к тому, что значительная центральная часть площади оросителя работает при меньшей плотности массового расхода воздуха, нежели в периферийной (более удаленной от центра) части оросителя. Оценки и эксперименты свидетельствуют о том, что размер застойной центральной зоны может составлять 36% и более от общей площади оросителя, что соответствует площади круга радиусом 0,6Rор, где Rор – максимальный радиус оросителя. В такую застойную зону поступление воздуха идет с помощью вторичных течений и турбулентной диффузии. Следствием этого является значительное недоохлаждение воды в центральной части градирни.
В лаборатории предложена градирня, в центральной части оросителя которой выполнено вентиляционное окно. Это техническое решение впервые было внедрено при реконструкции градирни № 1 Гродненской ТЭЦ-2 с площадью орошения 900 м2.
Дальнейшим развитием этого технического решения явилась запатентованная идея оборудования вентиляционного окна специальным устройством, обеспечивающим возможность регулирования расхода проходящего через вентиляционное окно воздушного потока.

Модуль принудительной подачи воздуха

В лаборатории предложен и запатентован способ охлаждения жидкости в башенной градирне, включающий комбинированную подачу охлаждающего воздуха внутрь градирни путем создания естественной и принудительной тяги. От известных способов он отличается тем, что принудительную тягу охлаждающего воздуха создают только в центральной зоне градирни, а в периферийной зоне в дополнение к естественной тяге создают второй поток охлаждающего воздуха путем эжекции его струей отработавшего воздушного потока центральной зоны градирни.
Для реализации этого способа внутри вытяжной башни в центре системы орошения градирни предложена конструкция модуля принудительной подачи воздуха в виде внутренней вентиляторной градирни, оборудованной на выходе соплом и эжектором. Указанная внутренняя вентиляторная градирня является активным элементом управления охлаждающей способностью башенной испарительной градирни с обратной связью, в котором оптимально сочетаются естественная и дополнительная вынужденная тяги внутри градирни, в результате чего суммарный комбинированный эффект значительно превосходит сумму эффектов от каждой составляющей в отдельности.

Данные разработки могут найти широкое применение в энергетике, промышленности, сельском хозяйстве. В энергетике они позволяют снижать удельный расход топлива на выработку электрической энергии, повышать располагаемую мощность энергоблоков и улучшать работу вспомогательного технологического оборудования. Использование их в промышленности и сельском хозяйстве позволяет в конечном итоге снижать удельные энерго-и ресурсозатраты на производимую продукцию.
Разработки лаборатории реализованы в конструкциях различных типов аэродинамических завихрителей для градирен электростанций, которые дают значительный экономический эффект от их использования.

Разработаны и установлены градирни на следующих предприятиях:

- Бобруйская ТЭЦ-2 (1)

- Гомельская ТЭЦ-2 (2)

- Тбилисская ГРЭС, "Мтквари Энергетика" (Грузия)

- В 2009 г. закончено внедрение аэродинамического завихрителя на градирне № 6 с площадью орошения 5100 м2 и высотой 110 м тепловой электростанции г. Тяньцзинь (КНР). Испытания подтвердили высокую эффективность работы аэродинамического завихрителя.

Внешний вид нижней части градирни № 6 тепловой электростанции г. Тяньцзинь, оборудованной выносным щитовым аэродинамическим завихрителем, разработанным сотрудниками лаборатории термогидродинамики (КНР, август 2009 г.)

Градирни Минской ТЭЦ-4, ТЭЦ-3 (4, 2)

Градирни Гродненской ТЭЦ-2 (1)

В лаборатории разработаны, изготовлены и успешно эксплуатируются следующие экспериментальные стенды:

стенд для исследования тепловых процессов и аэродинамики башенных испарительных градирен тепловых электростанций;

стенд для комплексных исследований нестационарных гидравлических процессов в водораспределительных системах градирен;

стенд для отработки технических решений по улучшению аэродинамики входящих воздушных потоков для основных типов башенных градирен, используемых в энергетике и промышленности.

Стенды оснащены необходимым оборудованием и приборами. Имеется автоматизированная система сбора и обработки информации в реальном масштабе времени с лабораторной модели башенной градирни через проводной канал связи на удаленную ПЭВМ. Имеется комплект оборудования для оптической визуализации и анализа структуры течений в оптически прозрачных средах, стенд оборудован двухканальным имитатором ветровых воздействий на исследуемые модели градирен и др.

   Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь 

2010 © Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси

ул. П.Бровки, 15, 220072, г. Минск
Приёмная: +375(17)2842136, факс: +375(17)2922513
E-mail: office@hmti.ac.by