ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ТАНКА НАЛИВНОГО СУДНА
Аннотация
Для снижения потерь тепла через палубу наливного судна при перевозке высоковязких жидких грузов, требующих подогрева, предложено энергосберегающее решение в виде лёгкой горизонтальной перегородки, расположенной над подогревателями. Энергосберегающий эффект достигается за счёт снижения температуры верхнего слоя груза в танке. Поток нагретой жидкости от трубчатых подогревателей, расположенных в нижней части танка, ограничивается горизонтальной перегородкой. Введение нового конструктивного элемента приводит к снижению скорости конвективного перемешивания жидкости в танке, восходящие потоки нагретого груза не достигают свободной поверхности груза, в результате чего снижаются потери тепла через палубу. Для практического внедрения этой технологии необходимо решение следующих задач: разработка методики расчёта системы подогрева танка наливного судна в условиях деления груза на зоны горизонтальной перегородкой, оптимизация высоты расположения перегородки над нагревателями из условия достижения баланса между минимальной температурой поверхности жидкости и максимально высокой средней температуры объёма груза в танке, определение градиента давления в зоне перегородки для определения динамических нагрузок на перегородку от конвективного потока груза.Для решения поставленных задач был выполнен комплекс исследований по определению влияния перегородки на работу системы подогрева танка, получены поля скоростей, давлений и температур. Значительное число определяющих параметров определило основным методом исследования численное моделирование, дополненное экспериментальными исследованиями. Экспериментальные исследования позволили выявить основные закономерности поведения жидкого груза в танке, а также оценить адекватность численной модели. Исследования показали, что предложенная технология позволяет снизить расход энергии на подогрев груза до 10 %. Обработка и обобщение полученных результатов выполнены с применением теории подобия. Основными результатами исследования являются полученные критериальные уравнения, использованные для разработки методики проектирования системы подогрева танка энергосберегающего исполнения.
Ключевые слова
численное моделирование, энергоэффективное исполнение танка наливного судна, перевозка высоковязких грузов
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Бердина М. Ю. Морской транспорт в системе международных бизнес-операций / М. Ю. Бердина, Е. К. Торосян // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 1-1. - С. 558.
Пат. 104542 Российская Федерация, МПК B 65 D 88/74. Устройство для снижения теплопотерь от разогретой жидкости в танках судна / П. В. Яковлев, Е. А. Горбанева, Ю. А. Аляутдинова, Н. Б. Ачилова; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО АГТУ. - № 2010150226/12; заявл. 07.12.2010; опубл. 20.05.2011, Бюл. № 14. - 3 с.
Пат. № 154604 Российская Федерация, МПК В 65D 88/74. Устройство для снижения теплопотерь от разогретой жидкости в танках судна / П. В. Яковлев, Е. А. Горбанева; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО АГТУ. - № 2015105857/12; Заявлено 19.02.2015; Опубл. 27.08.2015, Бюл. № 24. - 3 с.
Мартюшев С. Г. Численный анализ сопряженной термогравитационной конвекции и теплового поверхностного излучения в замкнутом кубе, заполненном диатермичной средой / С. Г. Мартюшев, И. В. Мирошниченко, М. А. Шеремет // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. - 2014. - № 2. - С. 111-120.
Макаров С. С. Математическая модель охлаждения высокотемпературных металлических заготовок квазистационарным потоком воды с пузырьками воздуха / С. С. Макаров, К. Э. Чекмышев, Е. В. Макарова // Вестник ИжГТУ им. М. Т. Калашникова. - 2015. - № 4 (68). - С. 5-9.
Липанов А. М. Численное исследование охлаждения высокотемпературного металлического цилиндра потоком газожидкостной среды / А. М. Липанов, С. С. Макаров, А. И. Карпов, Е. В. Макарова // Теплофизика и аэромеханика. - 2017. - Т. 24. - № 1 (103). - С. 53-60.
Липанов А. М. Численные решения задач охлаждения высокотемпературных металлических тел потоками жидкости / А. М. Липанов, С. С. Макаров // Труды Института механики УрО РАН «Проблемы механики и материаловедения». - Ижевск: Ин-т механики Уральского отд. РАН, 2015. - С. 180-192.
Головчун С. Н. Моделирование тепломассопереноса в судовых системах подогрева высоковязких топлив и жидких грузов: дис. … канд. техн. наук / С. Н. Головчун. - Астрахань, 2010. - 135 с.
Моисеев В. И. Теория и модели процессов тепломассопереноса при транспортных операциях с застывающими наливными грузами: дис. … д-ра техн. наук / В. И. Моисеев. - СПб., 2012. - 463 с.
Моисеев В. И. Естественная конвекция горячих нефтепродуктов при перевозках в условиях низких температур / В. И. Моисеев // «Математика в вузе»: тр. XXII Междунар. науч.-практ. конф. - СПб.: ПГУПС, 2010. - С. 132-136.
Яковлев П. В. Моделирование процессов тепломассообмена при перевозке высокозастывающих грузов водным транспортом / П. В. Яковлев, Ю. А. Аляутдинова, Е. А. Горбанева // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2009. - № 2. - С. 104-109.
Об авторах
Горбанева Евгения Александровна - аспирант
ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет»
