Адаптация дифференциального уравнения энергии к условиям топочных процессов в котельных агрегатах

Abstract

Предложена форма дифференциального уравнения энергии для потока среды в топке котельного агрегата с учетом значимых для данного случая механизмов переноса теплоты: конвекции, излучения, теплопроводности и объемных тепловыделений. Коэффициенты переноса теплоты в уравнении энергии адаптированы к реальным условиям процесса; раскрыт их физический смысл и пределы варьирования, определены числа подобия и интервалы их влияния на пространственное температурное поле топки, режимы течения и теплообмен топочной среды. Показано, что при наблюдаемых на практике значениях оптической плотности среды в топках 2,8–3,6 в математическом описании вектора плотности потока излучения возможен переход от сферической зависимости к градиентной форме. Также градиентная форма описания рекомендована для конвективно-кондуктивного механизма образования температурных молей в топке. Определены участки перехода к турбулентному режиму в пристенном пограничном слое, масштаб турбулентных полей при этом достигает 0,3 м. Уточнено влияние температуры потока среды на ее теплофизические свойства. The paper presents the form of a differential equation of energy for the flow in the furnace of the boiler unit. This form takes into account the mechanisms of heat transfer significant for this case. Examples of such mechanisms are convection, radiation, heat conductivity and volumetric generation of heat. Heat transfer coefficients adapted to the real conditions of the process. Their physical meanings and limits of variation are revealed in the paper. In addition, the authors define the similarity numbers and intervals of their impact on spatial temperature field of the boiler furnace, regimes of the flow, heat transfer in the contents of furnace volume. It is shown that if the observed practical values of the optical density of the medium in the boiler furnaces are 2.8–3.6 then for the mathematical description of the radiation flux density vector the transition is possible from spherical dependence to the gradient dependence. Also, the gradient form is recommended for convectionconduction mechanism of the formation of temperature moles in the boiler furnaces. The areas of transition to the turbulent regime in the boundary layer, the scale of the turbulent fields in this case rises up to 0.3 m. The paper specifies the effect of temperature of the flow on its thermal and physical properties.