Интенсификация теплообмена в вакуумном котле за счет применения наружного оребрения жаровой трубы

В рамках реализации приоритетных задач одобренной Правительством Российской Федерации Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года показаны перспективы использования высокоэффективных котлов в качестве автономного источника для получения тепловой энергии для систем теплоснабжения. Рассмотрены особенности работы и конструкции вакуумного котла, его преимущества и недостатки. Обоснованы необходимость и метод интенсификации процессов теплообмена в вакуумном котле для повышения его эффективности и снижения расхода топлива. Представлены основные положения математической модели для теплового расчета вакуумного котла с использованием k-ε-модели ANSYS CFX для описания турбулентных течений смеси реагирующих газов с учетом переноса теплоты излучением и конвекцией и модели RPI ANSYS CFX, описывающей процессы кипения жидкости. Представлены результаты расчетных исследований с использованием модели RPI ANSYS CFX при кипении на гладкой и оребренной цилиндрической поверхностях. Показаны результаты расчетных исследований влияния давления в разреженном объеме на теплофизические характеристики и рабочие параметры котла, такие как температура стенки со стороны воды, тепловые потери с уходящими газами при применении теплообменной поверхности различной конструкции. Показано влияние коэффициента оребрения на уменьшение расхода топлива при изменении давления. Предложены апробированные технические решения для формирования конструкции эффективных вакуумных котлоагрегатов с улучшенными массогабаритными параметрами. Обосновано использование конструкции эффективного вакуумного котла с поперечными ребрами на внешней теплообменной поверхности жаровой трубы с рациональными геометрическими характеристиками, представлен рациональный коэффициент оребрения Ψ =1,89.