Search

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального завдання розробки наукових засад для створення ефективних теплообмінних пристроїв на базі плоскоовальних труб з неповним оребренням, що працюють в умовах природної конвекції та природної тяги. У роботі виконані комплексні експериментальні та CFD-дослідження теплообміну, аеродинамічного опору, характеристик і структури течії при роботі плоскоовальних труб з неповним оребренням в умовах природної конвекції та природної тяги. Отримані узагальнюючі залежності для розрахунку інтенсивності конвективного теплообміну поодиноких плоскоовальних труб з неповним оребренням в умовах вільної конвекції та для розрахунку інтенсивності конвективного теплообміну та аеродинамічного опору шахових пакетів плоскоовальних труб з неповним оребренням при малих числах Рейнольдса. The dissertation is devoted to solving the urgent problem of developing scientific foundations for creating efficient heat exchange devices based on flat oval tubes with incomplete finning, operating under conditions of natural convection and natural draft. In this work, complex experimental and CFD studies of heat transfer, aerodynamic drag, characteristics and flow structure during the operation of flat oval tubes with incomplete finning under conditions of natural convection and natural thrust have been carried out. The results of experimental and computational studies of a single flat - oval tube with incomplete finning under free convection are presented. According to the results of CFD modeling of a number of sizes of flat-oval tubes with incomplete finning, generalized calculation dependences are obtained, which describe with sufficient accuracy the heat 28 transfer intensity of single flat-oval tube with incomplete finning under natural convection conditions in a wide range of characteristics of their basic geometries. Experimental studies of heat transfer of single-row and double-row staggered and corridor bundles of flat-oval tubes with incomplete finning in the conditions of free convection and natural draft in the range of Rayleigh numbers 3000 < Ra < 30000 are performed. The difference of heat transfer in the conditions of free convection and natural draft is shown. Heat transfer of tube bundles in the conditions of natural draft is in 1,8 ... 2 times more than in the conditions of free convection. The results of the comparative analysis of heat exchange of staggered and corridor bundles showed that the intensity of heat exchange of staggered and corridor bundles in the conditions of free convection and natural draft at Rayleigh numbers Ra < 7000 is almost the same. At Rayleigh numbers 7000 < Ra < 20000 in the mode of natural draft the intensity of heat exchange of a staggered bundle is 10 ... 13% higher, than corridor. To obtain a complete picture of the influence on the heat transfer of the transition from free convection to natural draft, comprehensive studies of heat transfer and aerodynamics of multi-row tube packages in the range of Reynolds numbers 500 < Red1 < 20000. New calculation dependences for determination of heat transfer coefficients and aerodynamic drag coefficients for Red1

У роботі виконано розрахунок холодильного циклу та компресора, а також визначено вплив температур гарячого і холодного джерела оберненого циклу одноступеневої парокомпресійної холодильної машини на коефіцієнт перетворення циклу, а також на витратні і енергетичні характеристики компресора, що працює у його складі. У розділі охорони праці розглянуто шкідливі та небезпечні фактори, які виникають при експлуатації поршневих компресорів у холодильному виробництві В работе выполнен расчет холодильного цикла и компрессора, а также определено влияние температур горячего и холодного источника обратного цикла одноступенчатой парокомпрессионные холодильной машины на коэффициент преобразования цикла, а также на расходные и энергетические характеристики компрессора, работающего в составе. В разделе охраны труда рассмотрены вредные и опасные факторы, возникающие при эксплуатации поршневых компрессоров в холодильном производстве The work performed the calculation of the refrigeration cycle and the compressor, and also determined the influence of the temperatures of the hot and cold source of the reverse cycle of a single-stage vapor compression refrigeration machine on the cycle conversion factor, as well as on the consumption and energy characteristics of the compressor operating in the composition. In the section on labor protection, harmful and hazardous factors that arise during the operation of reciprocating compressors in refrigeration production are considered

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального завдання розробки та обґрунтування наукових засад створення ефективних теплообмінних пристроїв з однорядних систем плоско-овальних оребрених труб, отриманих на основі вивчення середньоповерхневих і локальних характеристик процесів переносу та визначення оптимальних геометричних характеристик оребрення. У роботі виконані комплексні експериментальні та CFD-дослідження середньоповерхневого та локального теплообміну, аеродинамічного опору, характеристик і структури течії при омиванні плоско-овальних оребрених труб потоком газового теплоносія в діапазоні значень їх геометричних та режимних характеристик, актуальних для теплообмінного обладнання. Отримані узагальнені рівняння подібності для розрахунку інтенсивності конвективного теплообміну та аеродинамічного опору однорядних теплообмінних систем з плоско-овальних оребрених труб, що враховують залежність показника степені при числі Рейнольдса від геометричних характеристик. Представлені результати розподілів тиску та локальних коефіцієнтів теплообміну, візуалізаційних, термоанемометричних та CFD-досліджень, на основі яких розкриті закономірності механізмів переносу, узагальнені у вигляді фізичної моделі течії та теплообміну на поверхні ребер плоско-овальних труб. Розроблені методика та програма розрахунку оптимальних геометричних характеристик поперечного оребрення плоско-овальних труб, яка враховує режимні параметри роботи теплообмінної поверхні. The dissertation is devoted to solving the actual task of the development and substantiation of scientific principles of creating effective heat exchangers from single-row systems of flat-oval finned tubes, obtained on the basis of study of the surface-averaged and local characteristics of transfer processes and determination of optimal geometric characteristics of fining. Comprehensive experimental and CFD-studies of surface-averaged and local heat transfer, aerodynamic resistance, flow characteristics and its structure were carried out with a flow of gas coolant through flat-oval tubes in the range of values of their geometrical and regime characteristics, relevant for heat-exchange equipment. Obtained are the generalized similarity equations for the calculation of the intensity of convective heat transfer and aerodynamic resistance of single-row heat exchange systems from finned flat-oval tubes, which take into account the dependence of the degree at Reynolds number from the geometric characteristics. The presented results of pressure distribution and local heat transfer coefficients, visualization, thermoanemometric and CFD-studies, on the basis of which the particularities of transport mechanisms are generalized in the form of a physical model of flow and heat transfer on the surface of finned flat-oval tubes. A methodology and program for calculating the optimal geometric characteristics of the transverse finning of flat-oval tubes, which takes into account the regime parameters of the heat-exchange surface, is developed. Диссертация посвящена решению актуальной задачи разработки и обоснования научных основ создания эффективных теплообменных устройств из однорядных систем плоско-овальных оребренных труб, полученных на основании изучения среднеповерхностных и локальных характеристик процессов переноса и определения оптимальных геометрических характеристик оребрения. В работе выполнены комплексные экспериментальные и CFD-исследования среднеповерхностного и локального теплообмена, аэродинамического сопротивления, характеристик и структуры течения при омывании плоско-овальных оребренных труб потоком газового теплоносителя в диапазоне значений их геометрических и режимных характеристик, актуальных для теплообменного оборудования. При проведении исследований был применен комплексный подход к моделированию процессов переноса, который охватывал использование шести методов экспериментальных исследований процессов течения и теплообмена с параллельным использованием на каждом этапе метода CFD-моделирования, что позволило углубить и расширить диапазон и широту полученных результатов. На каждом этапе исследований проводилась верификация и валидация результатов CFD-моделирования с экспериментальными данными. Определение среднеповерхностных и локальных коэффициентов конвективного теплообмена выполнено на основании результатов экспериментальных измерений распределений температур и тепловых потоков на поверхностях плоско-овальной трубы и оребрения. Определение аэродинамического сопротивления плоско-овальных оребренных труб основано на результатах измерения перепадов давлений. Для определения характеристик и структуры течения, степени турбулентности газового потока в межреберном канале и вблизи трубы применен метод термоанемометрии с использованием термоанемометра постоянной температуры с нагретой нитью. Изучение особенностей течения на стенках трубы и ребра осуществлялось методом поверхностной визуализации с помощью саже-керосиновой взвеси и по результатам измерения полей статических давлений. При проведении численных исследований теплогидродинамические процессы на поверхности плоско-овальной трубы с неполным поперечным оребрением изучались методами вычислительной гидрогазодинамики (CFD - моделирование). Получены обобщенные уравнения подобия для расчета интенсивности конвективного теплообмена и аэродинамического сопротивления однорядных теплообменных систем из плоско-овальных оребренных труб, учитывающие зависимость показателя степени при числе Рейнольдса от геометрических характеристик. Определено влияние степени турбулентности набегающего на трубу потока на интенсивность среднеповерхностного теплообмена. Представленные результаты распределений давлений и локальных коэффициентов теплообмена, визуализационных, термоанемометрических и CFD- исследований, на основе которых раскрыты закономерности механизмов переноса, обобщены в виде физической модели течения и теплообмена на поверхности ребер плоско-овальных труб. Полученные результаты являются экспериментальной основой для определения температурных режимов работы теплообменного оборудования из плоско-овальных труб с неполным поперечным оребрением. Разработана методика и программа расчета оптимальных геометрических характеристик поперечного оребрения плоско-овальных труб, учитывающая режимные параметры работы теплообменной поверхности. Полученные в работе экспериментальные данные, обобщающие зависимости для расчета конвективного теплообмена и аэродинамического сопротивления однорядных систем из плоско-овальных труб с неполным оребрением и подтвержденные эмпирические зависимости для расчета коэффициента эффективности ребра, а также рекомендации по выбору оптимальных геометрических характеристик оребрения плоско-овальных труб, могут быть применены при проектировании и изготовлении новых высокоэффективных теплообменных устройств.

Експериментальні дослідження тонкої структури складних закручених потоків та нестандартних засобів керування процесами переносу у вихровій камері виявили необхідність модернізації вузлів аеродинамічного стенда для зменшення похибки від їх механічної вібрації при інструментальних вимірюваннях через появу в сигналах додаткових складових від наведених миттєвих переносних швидкостей течії. Цей фактор ускладнює аналіз характеристик вихрових структур різних масштабів. Метою роботи є моніторинг вібраційно небезпечних зон установки та зменшення негативних наслідків вібрації щодо результатів термоанемометричних вимірювань. Для мінімізації шкідливого впливу вібрації елементів аеродинамічного стенда на результати досліджень в його конструкцію було внесено ряд змін. Оцінка якості цих змін передбачала вимірювання віброприскорень в двох зонах: 1 – безпосередньо біля двох основних джерел вимушених коливань (електродвигун та вентилятор); 2 – в зоні розташування координатного пристрою з державками термоанемометричних датчиків. Експериментально доведено, що модернізація аеродинамічного стенда знизила величини віброприскорення в напрямку поздовжньої осі камери приблизно в 4 рази та уздовж вертикальної осі приблизно в 2 рази. Отримані дані дозволяють зменшити похибки визначення статистичних характеристик течії та коригувати ідентифікацію виявлених вихрових структур у вихровій камері, Purpose. The article presents results of vibration monitoring of aerodynamic test bench for experimental investigations of the limited swirling flows microstructure and for development of new methods of mass eddy transfer control in mixture chambers. The subject of research is increase of identification accuracy of coherent vortex structures in chambers by reducing of influence of additional components in measurement signals induced by instantaneous translatory velocities of current owing to oscillations of test bench elements. Design/methodology/approach. To reduce the negative effects of mechanical vibration on the results of aerodynamic measurements, a series of changes were made to the design of the aerodynamic stand. To evaluate the quality of these changes in vibration levels, measurements of vibration acceleration in two zones were made: 1) directly near two sources of forced oscillations (motor and fan); 2) in zone of coordinate station with location of the holders of hot-wire anemometer sensors. Findings. Vibration monitoring of the aerodynamic bench proved that its modernization reduced the magnitude of vibration acceleration in direction of longitudinal axis of the chamber in about 4 times, and the magnitude of vibration acceleration along the vertical axis in approximately 2 times. The obtained data and testing technique made possible to correct identification of detected vortical structures, to reduce errors in determining pulsations of velocities and their statistical characteristics in shear flows of the vortex chambers of power or technological application., Экспериментальные исследования тонкой структуры сложных закрученных потоков и нестандартных способов управления процессами переноса в вихревой камере выявили необходимость модернизации узлов аэродинамического стенда для уменьшения погрешности от их механической вибрации при инструментальных измерениях из-за появления в сигналах дополнительных составляющих от наведенных мгновенных переносных скоростей течения. Этот фактор усложняет анализ характеристик вихревых структур различных масштабов. Цель работы состоит в мониторинге вибрационно-опасных зон установки и уменьшение негативных последствий вибрации относительно результатов термоанемометрических измерений. Для минимизации вредного влияния вибрации элементов аэродинамического стенда на результаты исследований в его конструкцию был внесен ряд изменений. Оценка качества этих изменений предполагала измерения виброускорений в двух зонах: 1 — непосредственно вблизи двух основных источников вынужденных колебаний (электродвигатель и вентилятор); 2 — в зоне размещения координатного устройства с державками термоанемометрических датчиков. Экспериментально доказано, что модернизация аэродинамического стенда снизила величины виброускорения в направлении продольной оси камеры приблизительно в 4 раза и вдоль вертикальной оси приблизительно в 2 раза. Полученные данные позволяют уменьшить погрешности определения статистических характеристик течения и корректировать идентификацию выявленных вихревых структур в вихревой камере.

Експериментальні дослідження тонкої структури складних закручених потоків та нестандартних засобів керування процесами переносу у вихровій камері виявили необхідність модернізації вузлів аеродинамічного стенда для зменшення похибки від їх механічної вібрації при інструментальних вимірюваннях через появу в сигналах додаткових складових від наведених миттєвих переносних швидкостей течії. Цей фактор ускладнює аналіз характеристик вихрових структур різних масштабів. Метою роботи є моніторинг вібраційно небезпечних зон установки та зменшення негативних наслідків вібрації щодо результатів термоанемометричних вимірювань. Для мінімізації шкідливого впливу вібрації елементів аеродинамічного стенда на результати досліджень в його конструкцію було внесено ряд змін. Оцінка якості цих змін передбачала вимірювання віброприскорень в двох зонах: 1 - безпосередньо біля двох основних джерел вимушених коливань (електродвигун та вентилятор); 2 - в зоні розташування координатного пристрою з державками термоанемометричних датчиків. Експериментально доведено, що модернізація аеродинамічного стенда знизила величини віброприскорення в напрямку поздовжньої осі камери приблизно в 4 рази та уздовж вертикальної осі приблизно в 2 рази. Отримані дані дозволяють зменшити похибки визначення статистичних характеристик течії та коригувати ідентифікацію виявлених вихрових структур у вихровій камері. Purpose. The article presents results of vibration monitoring of aerodynamic test bench for experimental investigations of the limited swirling flows microstructure and for development of new methods of mass eddy transfer control in mixture chambers. The subject of research is increase of identification accuracy of coherent vortex structures in chambers by reducing of influence of additional components in measurement signals induced by instantaneous translatory velocities of current owing to oscillations of test bench elements. Design/methodology/approach. To reduce the negative effects of mechanical vibration on the results of aerodynamic measurements, a series of changes were made to the design of the aerodynamic stand. To evaluate the quality of these changes in vibration levels, measurements of vibration acceleration in two zones were made: 1) directly near two sources of forced oscillations (motor and fan); 2)in zone of coordinate station with location of the holders of hot-wire anemometer sensors. Findings. Vibration monitoring of the aerodynamic bench proved that its modernization reduced the magnitude of vibration acceleration in direction of longitudinal axis of the chamber in about 4 times, and the magnitude of vibration acceleration along the vertical axis in approximately 2 times. The obtained data and testing technique made possible to correct identification of detected vortical structures, to reduce errors in determining pulsations of velocities and their statistical characteristics in shear flows of the vortex chambers of power or technological application. Экспериментальные исследования тонкой структуры сложных закрученных потоков и нестандартных способов управления процессами переноса в вихревой камере выявили необходимость модернизации узлов аэродинамического стенда для уменьшения погрешности от их механической вибрации при инструментальных измерениях из-за появления в сигналах дополнительных составляющих от наведенных мгновенных переносных скоростей течения. Этот фактор усложняет анализ характеристик вихревых структур различных масштабов. Цель работы состоит в мониторинге вибрационно-опасных зон установки и уменьшение негативных последствий вибрации относительно результатов термоанемометрических измерений. Для минимизации вредного влияния вибрации элементов аэродинамического стенда на результаты исследований в его конструкцию был внесен ряд изменений. Оценка качества этих изменений предполагала измерения виброускорений в двух зонах: 1 - непосредственно вблизи двух основных источников вынужденных колебаний (электродвигатель и вентилятор); 2 - в зоне размещения координатного устройства с державками термоанемометрических датчиков. Экспериментально доказано, что модернизация аэродинамического стенда снизила величины виброускорения в направлении продольной оси камеры приблизительно в 4 раза и вдоль вертикальной оси приблизительно в 2 раза. Полученные данные позволяют уменьшить погрешности определения статистических характеристик течения и корректировать идентификацию выявленных вихревых структур в вихревой камере.

Представлена методика спрощеного статичного розрахунку та результати експериментальних досліджень конструкції торцевого запірного імпульсного ущільнення для відцентрового компресора. Геометричні розміри ущільнення підібрані таким чином, щоб забезпечити його працездатність при частоті обертання валу до 10000 об/хв і тиску до 5,0 МПа при витоках, що не перевищують 37 нл/хв. Використання здвоєної конструкції ущільнення дозволить зменшити об’ємні витрати та збільшити к.к.д. відцентрового компресора., Представлена методика упрощенного статического расчета и результаты исследований конструкции торцового затворного импульсного уплотнения для центробежного компрессора. Геометрические размеры уплотнения подобраны таким образом, чтобы обеспечить его работоспособность при частоте вращения вала до 10000 об/мин и давлении до 5,0 МПа при протечках, не превышающих 37 нл/мин. Использование сдвоенной конструкции уплотнения позволит уменьшить объемные потери и увеличить к.п.д. центробежного компрессора., The method of simplified static calculation (one-dimensional model of laminar isothermal flow in the end clearance) and the experimental results of the design of the face buffer impulse seal for the centrifugal compressor are presented. The flow characteristics of the seal depending on the seal and buffer fluid pressure and the shaft speed are obtained. The dimensions of the seal (dimensions of the rings, the load factor, the number and dimensions of the chambers and feeders) are selected so that to ensure performance at the shaft speed of up to 10,000 rpm and pressure up to 5.0 MPa with leakages not exceeding 37 nl/min. The dual seal design will reduce the volume flow rate and increase the efficiency of the centrifugal compressor. The design of such a seal can also serve as a barrier or backup seal. Due to the gas-static action of the locking groove, it can be used in rotary machines at low sliding speed.

Розглядається питання підвищення техніко-економічних показників буріння горизонтальних свердловин за рахунок вибору типу та оптимальної рецептури бурового розчину. Для якісного очищення горизонтальної ділянки стовбура свердловини запропоновано використання біополімер-силікатного бурового розчину. Проаналізовано основні проблеми промивання горизонтальної частини свердловин та бурові розчини, які застосовуються на родовищах України для вирішення цих проблем. За методом латинських планів експерименту за допомогою програми «Експериментатор» було здійснено вибір рецептури біополімер-силікатного бурового розчину і після проведених досліджень властивостей отримано оптимальну рецептуру розчину. Для побудови моделей залежно від діапазонів концентрації реагентів були використані повний факторний експеримент, дробово-факторний експеримент і центральні композиційні плани. Дані ротаційної віскози- метрії оброблялись у пакетному режимі із використанням програми «Rheometry». Встановлено, що найбільш адекватною для плану експерименту є модель Гершеля-Балклі. За результатами отриманих даних встановлено поліноміальні залежності впливу концентрацій деяких хімічних реагентів на реологічні властивості біополімер-силікатного бурового розчину. Встановлено, що використання силікату натрію як наповнювача у біополімер-силікатному розчині дозволяє підвищити стійкість стінок горизонтальної ділянки свердловини та покращити її очищення., Рассматривается вопрос повышения технико-экономических показателей бурения горизонтальных скважин за счет выбора типа и оптимальной рецептуры бурового раствора. Для качественной очистки горизонтального участка ствола скважины предложено использование биополимер-силикатного бурового раствора. Проанализированы основные проблемы промывки горизонтальной части скважин и буровые растворы, которые применяются на месторождениях Украины для решения этих проблем. По методу латинских планов эксперимента с помощью программы «Экспериментатор» был осуществлен выбор рецептуры биополимер-силикатного бурового раствора и после проведенных исследований свойств получено оптимальную рецептуру раствора. Для построения моделей в зависимости от диапазонов концентрации реагентов были использованы полный факторный эксперимент, дробно факторный эксперимент и центральные композиционные планы. Обработка данных ротационной вискозиметрии выполнялась в пакетном режиме с использованием программы «Rheometry» и установлено, что наиболее адекватной для плана эксперимента является модель Гершеля-Балкли. По результатам полученных данных установлены полиномиаль- ные зависимости влияния концентраций некоторых химических реагентов на реологические свойства биополимер-силикатного бурового раствора. Установлено, что силикат натрия в качестве наполнителя в биополимер-силикатном растворе позволяет повысить устойчивость стенок горизонтального участка скважины и улучшает ее очистку в целом., The article deals with the increasing the technical and economical indexes of the horizontal wells drilling as a result of choosing the proper type and optimal drilling mud composition. The use of biopolymer silicate drilling mud is proposed to clean up the wellbore horizontal area. The main problems of wellbore horizontal area washout and drilling muds that are used at oil and gas fields of Ukraine have been analyzed. The biopolymer silicate drilling mud composition has been selected by means of the method of experiment Latin plans of the Experimentator Program. The optimal drilling mud composition has been obtained after the conducted research of its properties. To build the designs based on range of agents’ concentration, the full factorial experiment, fractional factorial experiment and central composite design have been applied. The data processing of rotational viscometry has been carried out in the batch mode with using the Rheometry program. It has been defined that the most appropriate for the experiment plan is the Herschel-Buckley model. Due to the results of obtained data, polynominal concentration influence dependences of some chemical agents on the biopolymer silicate mud flow characteristics have been established. It has been discovered that the sodium silicate acting as filler in the biopolymer silicate mud allows increasing the strength of the horizontal area walls and improves its cleaning.

У роботі наведені результати експериментальних досліджень автоматичної системи осьового урівноваження ротора відцентрового насоса. Визначені коефіцієнти місцевих втрат і втрат на тертя на підставі досліджень кривої розподілу тиску робочої рідини по радіусу торцевого дроселя, статичної і витратної характеристик. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/30026 В работе приведены результаты экспериментальных исследований по определению коэффициентов местных потерь и потерь на трение на основании статической и расходной характеристик, а также кривой распределения давления по радиусу торцового дросселя. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/30026 In this paper the results of experimental research of determine the coefficients of local losses and friction losses obtained from the static and flow characteristics and the curve of pressure distribution on the radius of axial throttle are stated. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/30026