Моделирование температурных полей при использовании аналогии процессов формирования натрубных отложений и плазменного нанесения покрытий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

Чугуев Данил Николаевич

00316Э159

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АНАЛОГИИ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАТРУБНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

Специальность 01 04 14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск-2008

1 5 МАЦ 2008

003169159

Работа выполнена на кафедре атомных и тепловых электрических станций ГОУ ВПО «Томский политехнический университет»

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

Кузнецов Гений Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор,

заслуженный деятель науки РФ Иванов Владлен Васильевич

доктор физико-математических наук, профессор

Борзых Владимир Эрнестович

Ведущая организация:

Томский государственный университет

Защита состоится 5 июня 2008 года в 14 часов 30 минут на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДС 212 025 01 при Томском политехническом университете по адресу 634050, г Томск, пр Ленина, 30, ауд 228 (10 корпус ТПУ)

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке Томского политехнического университета

Автореферат разослан 30 апреля 2008 года

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, кандидат физико-математических наук

доцент

Долматов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В соответствии с основными направлениями стратегии энергетической безопасности Российской Федерации на ближайшие два десятилетия запланирован перевод большей части тепловых электрических станций, работающих на мазуте и газе, на использование натурального твердого топлива - угля В ряду крупных научно-технических проблем, без решения которых такой переход невозможен, стоит проблема формирования натрубных отложений Первые публикации по этой тематике появились в научной печати более пятидесяти лет назад но, нет никаких оснований утверждать, что эта проблема полностью решена Используемые на практике способы борьбы с натрубными отложениями представляют собой только технические решения, разработанные на основании анализа и обобщения информации, полученной при испытаниях котельного оборудования с использованием конкретных углей и ряда аэродинамических схем их сжигания

Золовые отложения уменьшают тепловосприятие поверхностей нагрева и повышают температуру продуктов горения, что может привести к нарушению нормального гидравлического режима работы котла Это происходит за счет комплекса взаимосвязанных процессов роста толщины слоя отложения, увеличения температуры их нагреваемой поверхности за счет повышения термического сопротивления слоя, снижения интенсивности теплоотвода в водяные экономайзеры, пароперегреватели, воздухоподогреватели и последующее ухудшение условий работы всех систем парогенерирования в целом

Современное состояние проблемы характеризуется, с одной стороны, довольно глубоким проникновением в существо происходящих явлений и пониманием механизма в целом, с другой стороны, утверждением представлений о многообразии факторов, влияющих на загрязнение поверхностей нагрева, а в итоге - о большой сложности процессов Но до настоящего времени не опубликовано результатов математического моделирования температурных полей натрубных отложений с учетом динамики осаждения твердых продуктов сгорания натурального минерального топлива

Создание компактной, опирающейся на минимальное количество эмпирических постоянных, модели может позволить существенно сократить затраты на разработку технологий сжигания углей и очистки трубных поверхностей Так, например теоретическое варьирование параметров, характеризующих аэродинамику и тепломассоперенос топочного процесса, может позволить спрогнозировать последствия трансформации минеральной части в зависимости от изменения геометрических и гидродинамических характеристик топочного пространства

Учет реального теплового состояния твердых продуктов сгорания углей и процесса взаимодействия частиц летучей золы с поверхностью отложений может обеспечить получение достоверной информации о температурном поле и толщине слоя шлака В результате возможно прогнозирование процессов

шлакообразования не только в некоторых, отработанных на специальных стендах режимах, но и в широком диапазоне изменения основных эксплуатационных параметров Создание комплексной модели, учитывающей весь комплекс физико-химических превращений минеральной части от горения до «спекания» в слое отложений, является весьма сложной задачей Решение ее пока в полной постановке невозможно из-за отсутствия необходимых эмпирических постоянных для ее реализации Но и решение задачи о температурном поле слоя отложений с учетом динамики осаждения частиц золы является важным этапом построения общей теории формирования натрубных отложений Математическое моделирование рассматриваемых в данной работе процессов создает реальные предпосылки для перехода на модели, опирающиеся на минимальное число достаточно просто определяемых эмпирических характеристик и постоянных

Процессы, аналогичные описанным, протекают и при реализации другого очень важного технологического процесса Это процесс нанесения упрочняющих и защитных порошковых покрытий на поверхности деталей машин и аппаратов, работающих в условиях интенсивных тепловых, механических, газодинамических и термохимических воздействий Поэтому разрабатываемая в диссертации теория тепловых режимов натрубных отложений при осаждении частиц летучей золы была использована также и для описания процессов теплопереноса в системе «частица - подложка» при плазменном нанесении порошковых покрытий

Цель диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является создание математической модели, описывающей температурные поля шлаковых отложений при осаждении одиночных частиц летучей золы на трубных поверхностях и процессы теплопереноса в системе «частица - подложка» при плазменном нанесении порошковых покрытий

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи

1 Разработка математической модели теплопереноса в слое натрубных отложений с учетом динамики осаждения частиц летучей золы на нагреваемых поверхностях

2 Разработка метода решения задачи о температурном поле натрубных отложений в условиях нестационарного осаждения частиц летучей золы

3 Численное моделирование процесса нестационарной одномерной теплопроводности в слое натрубных отложений при осаждении частиц летучей золы на нагреваемой поверхности

4 Создание математической модели теплопереноса в системе «частица летучей золы - слой натрубных отложений» в условиях внедрения частицы

5 Разработка метода решения задачи о температурном поле системы «частица летучей золы - слой отложений»

6 Численное моделирование процесса нестационарной двумерной теплопроводности в системе «частица золы - слой отложений» в условиях внедрения частицы

7 Создание математической модели теплопереноса в системе «частица металла - подложка» в условиях высокотемпературного нанесения порошковых покрытий на поверхность деталей

8 Численное моделирование процесса нестационарной двумерной теплопроводности в системе «частица расплавленного металла в оболочке из закристаллизовавшегося материала - подложка» в условиях внедрения частицы в плавящуюся подложку

Научная новизна работы.

Сформулирован новый подход к анализу температурных полей натрубных отложений Впервые решена задача о температурном поле натрубных отложений с учетом динамики осаждения частиц летучей золы на поверхность слоя шлака Задача решена для трех возможных сценариев осаждения большие частицы, остающиеся на поверхности, малые по размерам частицы, остающиеся на поверхности, малые по размерам частицы, внедряющиеся в слой шлака на некоторую глубину

Впервые решена задача о температурном поле натрубных отложений типичных элементов конструкции котельного оборудования - пароперегревателя и экономайзера с учетом динамики осаждения частиц летучей золы

Решена задача о температурном поле системы «частица - подложка» в условиях внедрения частицы в плавящуюся подложку

Практическая значимость работы.

Разработанные модели и методики расчета можно использовать при уточнении регламента удаления натрубных отложений Расчет температурного поля шлака и тепловых потоков через поверхность нагрева воды (в экономайзере) или пара (в пароперегревателе) позволяет оптимизировать время от одной очистки трубных поверхностей до другой В настоящее время это делается без расчета тепловых потоков и температурных полей Расчет температур шлакового слоя в динамике создает предпосылки для оценки вероятности и возможности протекания тех или иных физических и химических процессов, которые многие авторы просто интерпретируют как «спекание», не детализируя этот термин

Защищаемые положения:

1 Новый подход к моделированию температурных полей слоя натрубных отложений

2 Математическая модель теплопереноса в слое шлаковых отложений с учетом динамики осаждения одиночных частиц летучей золы на поверхность слоя отложений с учетом ряда особенностей - структуры частицы

3 Результаты численного моделирования задачи о температурном поле натрубных отложений типичных элементов конструкции котельного

оборудования - пароперегревателя и экономайзера с учетом динамики осаждения частиц летучей золы

4 Математическая модель теплопереноса в системе «частица золы - слой отложений» при внедрении частицы в шлак

5 Результаты численного моделирования температурных полей в системе «частица летучей золы - слой золовых отложений» для типичных режимов взаимодействия дымовых газов с конвективными поверхностями

6 Результаты численного моделирования температурного поля системы «частица - подложка» при внедрении частицы в плавящуюся за счет энергии последней подложку

7 Результаты экспериментального исследования процесса внедрения нагретой до высоких температур частицы в подложку, нагретую до близких к температуре плавления металла, из которого она изготовлена, температур

Достоверность полученных результатов.

Достоверность подтверждается системой внутренних проверок Все расчеты проводились при таких сеточных параметрах, изменение которых в дальнейшем не влияло на результаты вычислений

Необходимо отметить, что провести экспериментальные исследования рассматриваемого процесса для реальных размеров частиц и характерных времен взаимодействия практически невозможно Поэтому оценка достоверности результатов численных исследований проводилась из анализа выполнения закона сохранения энергии для исследуемого процесса Но косвенным обоснованием достоверности является и характер распределений основных искомых функций (температур в пространстве и во времени) Соответствие этих распределений физике изучаемого процесса является очевидным

Обоснованность реализации исследуемого в диссертации механизма процесса внедрения нагретой до высоких температур частицы в плавящуюся подложку подтверждена специальными экспериментальными исследованиями

Личный вклад автора.

Все работы по теме диссертации осуществлены автором или при его основном участии постановка задачи, разработка метода и алгоритма ее решения, проведение численного анализа исследовавшихся процессов, обработка и обобщение результатов теоретических исследований, постановка и планирование экспериментальных исследований, проведение эксперимента, анализ и обобщение полученных результатов, формулировка выводов и заключения по диссертации

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на П-м Международном научно-техническом семинаре «Нетрадиционные технологии в строительстве» (Томск, 2001), Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (Томск, 2002), 3-й всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной

механики» (Томск, 2002), 3-й Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2002), 5-м Минском Международном форуме по теплообмену (Минск - 72, 2004), 4-й всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 2004), XV Школа-семинар молодых ученных и специалистов «Проблемы газодинамики и теплообмена в энергетических установках» (Калуга, 2005), 12-й всероссийской научно-технической конференции «Энергетика экология, надежность, безопасность» (Томск, 2006), 10-й Международной конференции «Газоразрядная плазма и ее применение в технологиях» (Томск, 2007), 5-м Семинаре вузов Сибири и Дальнего Востока «Проблемы теплофизики и теплоэнергетики» (Иркутск, 2007)

Публикации.

Основные результаты, полученные при выполнении диссертации, опубликованы в 13 работах Шесть в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертационных исследований Также опубликованы материалы семи Всероссийских и Международных конференций Полный список публикаций приведен в конце автореферата

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка используемой литературы Материал изложен на 137 страницах, включая 68 рисунков, 1 таблицу, 6 приложений Список используемой литературы состоит из 46 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель работы, показана новизна и практическая значимость полученных результатов, представлены положения, выносимые на защиту

В первой главе проведен анализ современного состояния процессов, протекающих при формировании натрубных отложений

Во второй главе представлены математические модели температурных полей натрубных отложений с учетом динамики осаждения частиц летучей золы на поверхность слоя шлака Рассмотрены три возможных сценария осаждения большие частицы, остающиеся на поверхности, малые по размерам частицы, остающиеся на поверхности, малые по размерам частицы, внедряющиеся в слой шлака на некоторую глубину

Первая из решенных в диссертации задач представляет собой задачу теплопроводности для двухслойной пластины «корпус стальной трубы - слой золовых отложений» На рис 1 представлена общая схема исследуемого процесса

В начальный момент времени толщина золового слоя составляет 0 03 мм В дальнейшем на его поверхность выпадают частицы золы через определенный промежуток времени В момент выпадения частиц на слой отложений температура поверхности становится равной температуре дымовых газов Задача

решается в декартовой системе координат, исходя из предположения, что диаметр трубы достаточно велик по сравнению с размером частиц

Рис 1 Общая схема исследуемого процесса 1 - труба, 2 - слой натрубных отложений, 3 - частица летучей золы

В качестве примеров рассматривались два объекта котельного оборудования, на которых формируются отложения - водяной экономайзер и пароперегреватель Интенсивность теплообмена на внутренней поверхности различна д ля каждого из этих рассматриваемых элементов котельного оборудования Определение коэффициентов теплообмена и температуры воды или пара в общем случае является существенно менее сложной по сравнению с исследуемой задачей Поэтому предполагалось, что параметры теплообмена на границах «пар-металл» и «пар-вода» заданы На рис 2 представлена область решения задачи

Рис 2 Область решения задачи 1 - стенка металла трубы, 2 - слой натрубных отложений, 3 - частица летучей золы

Математическая постановка задачи в моменты времени (рис 2), когда частица золы не выпадает на поверхность натрубных отложений имеет вид

Уравнение теплопроводности для металла с соответствующими начальными и граничными условиями

X

3

О

дТ, , д%

1 д1 1 дх-? = 0 Тх=Т{х\

д% дх2

(1) (2)

х = о ^ = (3)

ох

х = Ьх = Т{ = Т2 (4)

дх ох

Уравнение теплопроводности для слоя натрубных отложений с соответствующими начальными и граничными условиями

зт з^т

/>0,1,<х<12 С2р2—^ = Л2—^, (5)

о/ от

' = 0 Г2=Г0, (6)

х = Ь1 (7)

ох ох

х = 12 Х1^ = а1{Тдг-Т1)+£а(тАдг-П)+ях, (8)

ох

где Чх = К б,

Математическая постановка задачи в момент (рис 2) выпадения частицы летучей золы на слой натрубных отложений имеет вид

Уравнение теплопроводности для металла с соответствующими начальными и граничными условиями адекватны (1) - (4)

Уравнение теплопроводности для слоя натрубных отложений с соответствующими начальными и граничными условиями

О 0,< х < 13 = (9)

о/ ох

/ = /. Г2=Г(дс), (10)

„ дТ. дТ2 х = Ц = =Т2, (11)

ох дх

х = 13 Г2=^ (12)

Здесь индекс 1 соответствует стенке металла трубы, индекс 2 - слою натрубных отложений без частицы, 3 - слою натрубных отложений с частицей, Численные исследовании проведены для условий работы достаточно типичного барабанного котла Е-420-140 (БКЗ-420-140) Этот котел предназначен для выработки перегретого пара на тепловых электростанциях с теплофикационными турбинами при сжигании Ирша-Бородинского или Назаровского углей Канско-Ачинского бассейна Почти все угли этого бассейна относятся к бурым и в органической массе их содержатся активные группы, склонные к катионному обмену Доминирующим (химическим) процессом приводящим к образованию и упрочнению отложений, является взаимодействие оксида кальция, содержащегося в золе с оксидами серы дымовых газов 2СаО + 2$02 + 02 -» 2СаБ04 СаО + БОз —> СаБ04 В дальнейшем анализе учитывались эти две реакции

При определении скорости роста золовых отложений использовалась зависимость относительного количества золы, оседающей на зондах, от температуры дымовых газов

Сформулированная задача решена методом конечных разностей Разностные аналоги исходных дифференциальных уравнений решены методом итераций с применением метода прогонки на каждой итерации Использовалась нерегулярная разностная сетка, число узлов которой увеличивалось на один в момент осаждения частиц летучей золы

540 53Э 538 537

533 532

I

X Ю"1 м X 10* м

Рис 3 Распределение температуры по толщине двухслойной стенки («метал + слой шлака») экономайзера (слева) и пароперегревателя (справа), I = 1692 с, - - - внешняя граница слоя отложений

В результате проведенных численных исследований были получены температурные поля стенок пароперегревателя и экономайзера при наличии золовых отложений (рис 3)

Из рисунка 3 следует, как и можно было предположить, что перепад температур в слое металла намного меньше, чем перепад температур в слое золы Это объясняется малым значением коэффициента теплопроводности золы

Также определялась величина теплового потока, подводимого к нагреваемому теплоносителю (рис 4)

я Вт/и2 «6000

42000 40000 38000 36000 34000 32000 30000

<7 ЕЗТ/М 20950 20900 20050 20000 28750 28700 20650 28600 28550 28500 20450 28400

\

ч

4 \

ч

ч

\

ч

X 10а М

Рис 4 Изменение величины теплового потока с ростом толщины слоя шлака экономайзера (слева) и пароперегревателя (справа), / = 1692 с

Из рисунка 4 видно, что имеет место снижение величины теплового потока Для экономайзера величина теплового потока при толщине золовых отложений в 0 1 мм уменьшается на 1 3 % к рассматриваемому моменту времени

Из зависимости теплового потока от толщины слоя золы (рис 4) следует, что в пароперегревателе при слое золы в 1 8 мм величина теплового потока уменьшается на 17 2 % через 9 часов работы

Из зависимости температуры поверхности золовых отложений от времени следует, что выпадение частиц золы приводит к постепенному росту температуры поверхности (рис 5)

т к

1

00' о ] 'ооо :оо;о Зоооо

ьоо 1100 1100

юоо

900 800 ■оо

Рис 5 Зависимость температуры поверхности натрубных отложений экономайзера (слева) и пароперегревателя (справа) от времени

На нагреваемой поверхности экономайзера за 9 часов температура увеличивается на 3 6 °С Температура стенки металла при этом (со стороны нагреваемого теплоносителя) практически не меняется

В пароперегревателе температура нагреваемой поверхности увеличивается на 10 5 °С за 0 9 часа За 9 часов работы пароперегревателя температура поверхности натрубных отложений увеличивается на 88 °С За этот же промежуток времени температура стенки металла со стороны пара уменьшается на 1 9 °С

Из решения задачи о температурном поле шлаковых отложений с учетом динамики образования слоя отложений следует, что масштабы перепадов температур по толщине слоя шлака и абсолютные значения температур, достигаемые в процессе осаждения частиц летучей золы достаточно значимы Установленные закономерности могут быть использованы при моделировании образования процессов натрубных отложений

Аналогичная задача рассмотрена в существенно более сложной двумерной постановке Рассматривалась частица в форме диска малой высоты, выпадающая на поверхность натрубных отложений На рис 6 представлена общая схема процесса в двумерной постановке при осаждении частицы летучей золы на поверхность натрубных отложений

Рис 6 Общая схема исследуемого процесса в двумерной постановке г, г — поперечная и продольная координаты, 1 - частица летучей золы, 2 - пленка закристаллизовавшегося расплава, 3 - расплавленный слой шлака, 4 - слой шлака в твердом состоянии

Частица представляет собой расплав минеральной части угля, закристаллизованный по внешнему контору После осаждения на поверхность, температура которой существенно (на несколько сотен градусов) ниже температуры частицы, расплав кристаллизуется и выделяется теплота кристаллизации В результате нагрева шлака отложений происходит его оплавление в малой окрестности частицы летучей золы Интенсивность тепловыделения зависит как от температуры, так и от размеров частицы Образующийся расплав шлака вытесняется частицей, которая внедряется в шлак После завершения процесса кристаллизации образуется спеченная система «частица летучей золы - шлак» Глубина внедрения определяется скоростью продвижения изотермы Т=Тт На рис 7 представлена область решения задачи

Рис 7 Область решения задачи 1 - частица летучей золы, 2 - пленка закристаллизовавшегося расплава, 3 - расплавленный слой шлака, 4 - слой шлака в твердом состоянии, г, г- цилиндрические координаты

Система нестационарных двумерных дифференциальных нелинейных уравнений теплопроводности для исследуемой задачи (рис 7) в рамках рассматриваемой модели имеет следующий вид

о

г

г

I. , дт. ,гд2Т, 157:, , д2Т, <ш, .... й дг г дг дг п

0<г<г2, 0<г<2Ъ + Ь + (14)

а дг г дг дг

0</</пм,0<г<Гз>2й + А<г<2Ь + А + £/ = (15)

а дг г дг дг

О < / <¿тах, 0<г<гА,Ь + И-з<г<1 + 2Ь + }1-х

(16)

5? дг г дг дг И Выражение для массовой скорости кристаллизации и плавления имеет

вид

IV, = ру,, где ¡=1,4 (17)

Д?

Граничные и начальные условия для системы (19) - (24) записываются в

виде

1)г = 0, 0<г<Ь + 2Ъ + Ъ-з -Л, — = 0, где г = 1,2,3,4, (19)

дг

2)2 = 0,0 <г<г2 -А2^ = а1(Тдг-Т2) + аепр(Тд4г-Т4) + дх, (20)

дг

дТ, „ 57;

3) г = Ь, 0<Г<Г[ = (21)

& дг

4) г = г,,6<2<А + А-а -Л,—!" = -Л2—7] =Г2, (22)

с'г дг

5)Г = Г2,0<г<Й + А-5 = а\(Тдг ~Тг) + -Т2) + , (23)

6)г = 6 + А-5,г2<г<г4 -Л,^ = ах{Тдг-Т1) + аегр{Т4г-Т4) + Чх, (24)

Щ

дг 57] дг

где г = 3,4,

л у ДТ1

7) г = г15 Ь + Ъ-5<г<Ь + И -А1—^ = -Л2—1,Т1=Т2, (25)

СГ 67"

5Г, 5Г,

8) г = г2, ¿ + А-5<г</г + 26 -Я2—- = -Л3—-,Т2=Т}, (26)

дг дг

9) г = г3, Ь+И-5<г<к + 2Ь + с! -Л3^- = -Л4—±,Т3=Т4, (27)

5/* ог

10) г-Ь + Ъ, 0<г<г, -Л,—¡- = -/?2—-, 7] =Г2, (28)

йг 5г

Л'Л л у

11) г = Ь + 2Ъ, 0<г<г2 -Я2^- = -Яг—1,Т2=Т3, (29)

& 5г

12) г = И + 2Ь + с1, 0<г<г} -

дг

■ т -т

' 4 - > 13 ~ -<4>

дг

дТ,

13) г = г4, Ь + Ь- я <2 <Ь + 2Ь + Ъ- в - Л4 —- = О

дг

(30)

(31)

14) г = Ь + 2Ь + И-з, 0<г <гА -Л4

д]\ дг

= 0

(32)

(24) выглядят следующим

Начальные условия для системы (19) образом

при 7 = 0 Тх(г,г) = Т„ Т2{г,г) = Тдг, Г4(г,г) = Г„, 5 = 0 (33) Приведенная степень черноты епр системы тел, между которыми

происходит процесс лучистого теплообмена, вычисляется по формуле

1

£пр 1

1

(34)

— +--1

Теплота химической реакции учитывалась следующим образом

а (35)

Здесь индексы 1, 2, 3, 4 соответствуют частице летучей золы, пленке закристаллизовавшегося расплава, расплавленному слою шлака, слою отложений в твердом состоянии

Задача решена методом конечных разностей Двумерная нестационарная задача решена методом расщепления Разностные аналоги системы нестационарных дифференциальных уравнений в частных производных решены методом итераций с применением метода прогонки на каждой итерации Использовалась неравномерная и нерегулярная разностная сетка с целью обеспечения необходимого уровня дискретизации в зонах высоких градиентов температур и снижения объема вычислений в зонах малых перепадов температур

На рис 8 приведены типичные положения характерных изотерм области решения для моментов времени начала внедрения и завершения процесса кристаллизации

) -1457— —1444— --

=1Ш )\\\ \ \

^ у VI \

' ' 1 « 2 с? 8 Г 1 / /

/ / / 1 1 1 « ?! К « Г 1

2

-1289- —12»9 _

Ш\ ш /7' 1 ? 1 !

—^¡А

/

Рис 8 Положение характерных изотерм при частичном внедрении частицы летучей золы в слой шлака, /=02 10~3 с (слева) и / = 3 1 10~3 с (справа)

Сравнение результатов, представленных на рис. 8 показывает, что рассматриваемый процесс является быстропротекающим. Так как частица летучей золы мала по размерам, то она достаточно быстро остывает. При этом прогревается за счет теплоты, аккумулированной в частице во время её движения в потоке дымовых газов, и теплоты кристаллизации только очень малая область в непосредственной окрестности частицы. Теплопроводность и теплоемкость шлаковых отложений достаточно велики для того, чтобы отводить теплоту из зоны внедрения. Поэтому интервал времен, в течение которого возможны реакции «спекания» очень мал и составляет не более десятых долей секунды. После этого температура в зоне контакта частицы с материалом отложений быстро падает и несущественно отличаются температуры основного массива в приповерхностном слое.

На рис. 9 приведены пространственные распределения температур для характерных моментов времени начало внедрения и завершения кристаллизации.

Рис. 9. Пространственное положение характерных изотерм при частичном внедрении частицы летучей золы в слой шлака, г= 0.2 • 10 3 с (слева) и 1= 3.1 ■ 10~3 с (справа).

Скорости роста натрубных отложений, как показывают результаты исследований, растут по мере увеличения толщины слоя отложений с связи с изменением условий теплоотвода от поверхности взаимодействия частиц с отложением. Чем больше толщина этого слоя, тем выше температура поверхности взаимодействия и, соответственно, скорости реакций «спекания» (или «сцепления» частиц с поверхностью). Эти результаты, полученные теоретическим путем, хорошо качественно соответствуют известным данным о закономерностях формирования натрубных отложений, что обосновывает достоверность разработанных физических и математических моделей.

В третьей главе представлены математическая модель, метод и результаты численного исследования процессов взаимодействия частиц металла, покрытых пленкой кристаллита, с подложкой упрочняемого элемента оборудования. Метод решения применялся адекватный изложенному выше. Рассмотрены различные системы «частица - подложка». В качестве иллюстраций (рис. 10) приведен пример осаждения металлических частиц на поверхность детали из металла.

Рис 10 Положение характерных изотерм при частичном внедрении никелевой частицы в подложку из стали справа (7 = 0 2 10-3 с) и слева (? = 2 8 10~3 с)

Цель исследования - моделирование полей температур в системе «частица - подложка» Знание распределений температур во времени и по координатам необходимо для выбора технологических параметров процесса нанесения покрытий (упрочняющих и защитных)

На рис 10 приведены типичные положения характерных изотерм для фиксированных моментов времени при внедрении частицы никеля в подложку из низкосортной стали Анализ полученных результатов показывает, что область дополнительного прогрева подложки за счет тепла, аккумулированного в частице, а также выделяющегося при фазовом переходе достаточно мала (с одной стороны) Но, в тоже время, она составляет десятки микрон Такой глубины внедрения определенно достаточно для закрепления частицы в приповерхностном слое металла после кристаллизации Также можно отметить, что характерные времена исследуемого процесса составляют миллисекунды (или десятки миллисекунд), то есть процесс, является быстропротекающим При этом частицы металла остывают намного быстрее частиц летучей золы, потому что теплопроводности металлов частицы и подложки много больше соответствующих теплопроводностей летучей золы и слоя натрубных отложений В тоже время теплоемкости последних намного (более чем в два раза) меньше Поэтому совместное влияние этих факторов приводит к достаточно сложным вариантам реализаций исследуемого процесса для двух рассмотренных приложений Большая объемная теплоемкость металлов приводит к росту времени внедрения частицы при прочих адекватных условиях, но их высокая теплопроводность приводит к быстрому остыванию Из анализа полученных результатов следует, что управляя температурой частиц при высокотемпературном нанесении покрытий можно управлять технологическим процессом Так, например, капля металла при столкновении с поверхностью подложки не только растекается, но может разбрызгиваться даже при малых скоростях ее осаждения на подложку Создание же оболочки из закристаллизованного металла позволяет сконцентрировать массу металла,

используемого для упрочнения или защиты поверхности, на малой площадке, соответствующей месту контакта частицы с подложкой.

На рис. 11 приведены типичные пространственные положения характерных изотерм для фиксированных моментов времени при внедрении частицы никеля в подложку из низкосортной стали.

Рис. 11. Пространственное положение характерных изотерм при частичном внедрении частицы в подложку, í = 0.2 • 10~3 с (слева) и / = 2.8-10-3 с (справа).

Полученные в диссертации теоретические следствия позволяют объяснить известный механизм улучшения качества порошковых плазменных покрытий при подогреве подложки в процессе их нанесения. Подогрев приповерхностного слоя детали даже на 200-300 К существенно улучшает условия для образования пятна расплава под частицей, внедряющейся в подложку. В этом случае глубина процесса непосредственного внедрения заметно увеличивается. Соответственно растет прочность сцепления покрытия с подложкой.

Также в третьей главе приведены результаты специальных экспериментальных исследований процесса внедрения расплавленной частицы свинца в плавящуюся свинцовую подложку (пластину).

Рис. 12. Внедрение частицы свинца в свинцовую пластину при начальной температуре подложки Т„ = 396 К (слева), /? — 3-10 3 м и при Т„ = 590 К (справа), И = 9-10~~3 м.

На рис. 12 показаны фотографии образцов после экспериментальных исследований при внедрении частицы свинца в свинцовую подложку при разной начальной температуре подложки Тп. Эти эксперименты показали реальность реализации механизма внедрения нагретой до высоких температур частицы в

плавящуюся подложку В связи с тем, что характерные времена исследуемого процесса составляют от 0,1 с до 0,003 с специально исследовался вопрос о возможности применения уравнения теплопроводности параболического типа для рассматриваемого диапазона изменения г Установлено, что до значений ?=10"5 с использование гиперболического уравнения теплопроводности не приводит к сколько-нибудь заметным отклонениям в значениях температур Можно сделать вывод о применимости традиционного аппарата теории теплопроводности для моделирования таких быстропротекающих процессов

ВЫВОДЫ

1 Впервые сформулирована математическая модель теплопереноса в слое шлаковых отложений с учетом динамики осаждения одиночных частиц на поверхность слоя отложений

2 Впервые решена задача о температурном поле натрубных отложений типичных элементов конструкции котельного оборудования - пароперегревателя и экономайзера с учетом динамики осаждения частиц летучей золы

3 Впервые получены распределения температур по толщине слоя отложения для типичных углей и условий сжигания в рамках одномерной модели с учетом процесса осаждения одиночной частицы

4 Сформулирована физическая модель формирования слоя шлаковых отложений при частичном внедрении одиночной частицы золы в слой отложений

5 Разработана математическая модель, описывающая температурное поле системы «частица золы - слой отложений» при внедрении частицы в шлак

6 Решена задача о температурном поле системы «частица золы - слой шлаковых отложений» при внедрении частицы в шлак

7 Сформулирована физическая модель процесса теплопереноса при внедрении частицы расплавленного металла в поверхностный слой упрочняемой детали

8 Разработана математическая модель процесса теплопереноса в системе «частица металла - подложка» для условий плазменного нанесения порошковых упрочняющих покрытий

9 Решена задача о температурном поле системы «частица металла -подложка» при плазменном нанесении упрочняющих покрытий в условиях внедрения частицы в подложку

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В ПУБЛИКАЦИЯХ

1 Кузнецов Г В , Мамонтов Г Я , Чугуев Д Н Температурное поле частицы и прилегающих к ней слоев плавящегося материала подложки при движении частицы вглубь подложки // Нетрадиционные технологии в строительстве Матер 2-го междунар науч -техн семинара Томск 2001 -Т., 2001 -С 167-169

2 Кузнецов Г В , Мамонтов Г Я , Чугуев Д Н Температурное поле системы «частица - подложка» при внедрении частицы в плавящуюся подложку // Тр 3-й Рос нац конф по теплообмену Москва 2002 - М, 2002 - С 239-240

3 Кузнецов Г В , Мамонтов Г Я , Чугуев Д Н Численное моделирование температурных полей системы «частица - подложка» при внедрении частицы в плавящуюся подложку // Физика и химия обработки материалов -2003,-№6,-С 28-33

4 Кузнецов Г В , Чугуев Д Н Теплоперенос при внедрении частицы металла в плавящуюся подложку при нанесении порошковых покрытий // 5-й Минский Международный Форум по тепломассообмену Минск-72 2004 -М, 2004 - С 88-90

5 Чугуев Д Н Тепловая модель формирования порошковых покрытий при высокотемпературном напылении // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики Док 4-й всерос науч конф Томск 2004 - Т , 2004 - С 415^16

6 Чугуев Д Н Численное моделирование гидродинамических и тепловых процессов при внедрении частицы в подложку // Проблемы газодинамики и теплообмена в энергетических установках XV Школа-семинар молодых ученных и специалистов Калуга 2005 -К, 2005 -С 17-18

7 Кузнецов Г В, Чугуев Д Н Математическое моделирование процесса формирования отложений летучей золы на поверхности элементов котельного оборудования // Энергетика экология, надежность, безопасность Матер док 12-й всерос науч-техн конф Томск 6-8 декабря 2006 - Т,

2006 -С 212-214

8 Кузнецов Г В, Чугуев Д Н Численное моделирование теплофизических процессов формирования порошковых покрытий при реализации плазменных технологий // Газоразрядная плазма и ее применение в технологиях 10-я междунар конф Томск 2007 -Т,2007 - С 12-14

9 Кузнецов Г В , Чугуев Д Н Теплофизические процессы при формировании упрочняющих и защитных покрытий в плазменных технологиях Известия высших учебных заведений//Физика -2007 -Т 50 -№9/2 -С 120-126

10 Кузнецов Г В , Петлина И О , Чугуев Д Н Температурные поля натрубных отложений элементов котельного оборудования ТЭС Известия высших учебных заведений//Физика -2007 -Т 50 -№9/2 - С 96-102

11 Кузнецов Г В, Чугуев Д Н Теплофизика процесса формирования натрубных отложений Известия высших учебных заведений // Физика -

2007 -Т 50 -№9/2 - С 113-119

12 Чугуев ДН HeatPro2D программный модуль для расчета температурных полей // Журнал «Компьютерные учебные программы и инновации» - М ГОСКООРЦЕНТР -2007 -№ 12 - С 146-147

13 Чугуев ДН HeatProInto2D программный модуль для расчета процесса внедрения частицы летучей золы в слой натрубных отложений // Журнал «Компьютерные учебные программы и инновации» - М ГОСКООРЦЕНТР -2008 -№ 1 -С 152

Чугуев Данил Николаевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АНАЛОГИИ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАТРУБНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано к печати 29 04 2008 Формат 60x84/16 Бумага «Снегурочка» Печать XEROX Уел печ л 1,16 Уч -изд л 1,05

_Заказ 417 Тираж ЮОэкз_

Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001 2000

Издательство р»тпу 634050,г Томск,пр Ленина,30

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ФОРМИРОВАНИИ ЗОЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ КОТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.1. Основные типы золовых отложений

1.2. Образование первичного слоя отложений

1.3. Образование слоя вторичных отложений

1.4. Изменение массы натрубных отложений в зависимости от скорости дымовых газов

1.5. Конденсация парообразных продуктов сгорания углей

1.6. Характеристики минеральной части углей

1.7. Модели формирования шлаковых отложений

1.8. Выводы по главе

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В СИСТЕМЕ «ЧАСТИЦА ЛЕТУЧЕЙ ЗОЛЫ - СЛОЙ ШЛАКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ» С УЧЕТОМ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ НАТРУБНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

2.1. Постановка задачи о температурном поле системы «слой отложений частица летучей золы» в рамках одномерной модели

2.2. Метод решения

2.3. Результаты численного моделирования и обсуждение

2.4. Постановка задачи в двумерной постановке

2.5. Температурное поле системы «частица летучей золы — слой натрубных отложений» при учете процесса внедрения частицы

2.6. Численное моделирование температурных полей в системе «частица летучей золы — слой шлаковых отложений»

2.7. Выводы по главе

3. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПОЛЯ СИСТЕМЫ «ЧАСТИЦА - ПОДЛОЖКА» В УСЛОВИЯХ ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ И УПРОЧНЯЮЩИХ ПОКРЫТИЙ

3.1. Постановка задачи

3.2. Численный анализ температурных полей в системе «частица - подложка» в условиях высоких температур

3.3. Экспериментальные исследования закономерностей внедрения нагретой частицы в плавящуюся подложку

3.4. Анализ и обобщение полученных результатов

3.5. Выводы по главе

В соответствии с основными направлениями стратегии энергетической безопасности Российской Федерации [1] на ближайшие два десятилетия запланирован перевод большей части тепловых электрических станций, работающих на мазуте и газе, на использование натурального твердого топлива — угля. В ряду крупных научно-технических проблем, без решения которых такой переход невозможен, стоит проблема формирования натрубных отложений. Следует отметить, что первые публикации по этой тематике появились в научной печати более пятидесяти лет назад [2, 3] но, нет никаких оснований утверждать, что эта проблема полностью решена. Используемые на практике способы борьбы с натрубными отложениями представляют собой только технические решения [3], разработанные на основании анализа и обобщения информации, полученной при испытаниях котельного оборудования с использованием конкретных углей и ряда аэродинамических схем их сжигания.

Работа любого котла сопровождается загрязнением наружных поверхностей нагрева. При высоких температурах в топочных камерах частицы летучей золы могут переходить в расплавленное или размягченное состояние. На экранах и ширмах топки во многих случаях возможны отложения шлака. Зашлаковыванию подвергаются также трубы поверхностей нагрева, расположенные на выходе из топки (ширмы, фестоны, конвективные пучки). В этом случае рост золовых отложений приводит к забиванию проходов между трубами и к частичному или полному перекрытию сечения для прохода газов [4].

Золовые отложения уменьшают тепловосприятие поверхностей нагрева и повышают температуру продуктов горения, что может привести к нарушению нормального гидравлического режима работы котла. Это происходит за счет комплекса взаимосвязанных процессов: роста толщины слоя отложения, увеличения температуры их нагреваемой поверхности за счет повышения'термического сопротивления слоя, снижения интенсивности теплоотвода в водяные экономайзеры, пароперегреватели, воздухоподогреватели и последующее ухудшение условий работы всех систем парогенерирования в целом. Поэтому, при работе любого котельного оборудования предусматривается операция очистки поверхностей нагрева от натрубных отложений. Такая операция необходима при использовании практически всех углей. Но наиболее сложной, трудоёмкой и затратной она является при работе на углях с высокой зольностью (например, Канско-Ачинского бассейна), которые, тем не менее, остаются до настоящего времени весьма перспективными для использования на тепловых электрических станциях. Более того, угли этого бассейна являются для многих ТЭС Сибири наиболее экономически эффективным топливом на несколько ближайших десятилетий при условии отработки технологий борьбы с натрубными отложениями.

Процессы в паровых котлах, определяемые свойствами минеральной части топлива, остаются актуальными для исследований, поскольку на длительную перспективу основу энергетики составляют угольные тепловые электрические станции [5, 6, 7].

Современное состояние проблемы характеризуется, с одной стороны, довольно глубоким проникновением в существо происходящих явлений и пониманием механизма в целом, с другой стороны, утверждением представлений о многообразии факторов, влияющих на загрязнение поверхностей нагрева, а в итоге - о большой сложности процессов [7-19].

Но до настоящего времени не опубликовано результатов математического моделирования температурных полей натрубных отложений с учетом динамики осаждения твердых продуктов сгорания натурального минерального топлива.

Модели формирования и роста золовых отложений необходимы для определения зависимости степени загрязнения для характерных зон котла от времени, которые используются для принятия решения- о возможности использования определенного топлива, максимальной допустимой нагрузке, регламенте работы средств очистки и др. [7]. Так, например, увеличение температуры поверхности слоя отложений на 100 °С приводит к уменьшению величины теплового потока от продуктов сгорания угля в рабочие каналы экономайзеров < и пароперегревателей до 15 % [3]. Последнее эквивалентно избыточному сжиганию топлива' на 12-15 %. При этом масштабы потерь существенно зависят от состава минеральной части углей, так как теплофизические характеристики «спеченного» шлака (коэффициент теплопроводности, плотность и удельная теплоёмкость) достаточно значимо» зависят от типа месторождения.

Необходимо отметить, что угли каждого месторождения обладают специфическими свойствами. Отличия, например, по составу минеральной части могут быть настолько значительными, что переход с одного* типа месторождения! на другое в некоторых случаях котельного оборудования< просто невозможен. При этом также вероятны достаточно значимые отличия в твердых продуктах сгорания углей даже одного крупного месторождения [12, 13]. Присутствие в минеральной части компонент определенного типа

4] приводит к изменению условий образования натрубных отложений, их структуры, прочности и теплофизических характеристик.

Совокупность физико-химических процессов, протекающих при формировании в процессе горения угля твёрдых продуктов сгорания, настолько обширна и многогранна, что до последнего времени (по состоянию на время написания диссертации) не было разработано даже общей физической модели формирования, как минеральной части углей, так и непосредственно натрубных отложений. Только в диссертации А.С. Заворина

5] сформулированы физические основы физико-химических превращений минеральной части Канско-Ачинских углей в процессе горения и осаждения на трубные поверхности.

В связи с этим до настоящего времени не сформулирована и общая или даже частные математические модели, описывающие обсуждаемые физико-химические процессы. Сложность рассматриваемых превращений состоит не только в их многообразии и многогранности. Трудности моделирования обусловлены обилием характеристик, как самой минеральной части, так и процессов, протекающих при формировании отложений. Эти эмпирические постоянные различаются достаточно существенно для разных углей. Например, температуры плавления минеральной части отличаются на 300 -400 К.

Создание компактной^ опирающейся на минимальное количество эмпирических постоянных, модели может позволить существенно сократить затраты на разработку технологий сжигания углей и очистки трубных поверхностей'. Так, например теоретическое варьирование параметров, характеризующих аэродинамику и тепломассоперенос топочного процесса^ может позволить спрогнозировать последствия трансформации минеральной! части в зависимости от изменения* геометрических и гидродинамических характеристик топочного пространства.

Учет реального состояния твердых продуктов сгорания углей и процесса взаимодействия частиц летучей золы с поверхностью отложений может обеспечить получение достоверной информации о температурном поле и толщине слоя шлака. В результате возможно прогнозирование процессов шлакообразования не только в некоторых, отработанных на специальных стендах режимах, но и в широком диапазоне изменения основных эксплуатационных параметров. Создание комплексной модели, учитывающей весь комплекс физико-химических превращений минеральной части от горения до «спекания» в слое отложений, является весьма сложной задачей. Решение её пока в полной постановке невозможно из-за отсутствия необходимых эмпирических постоянных для её реализации. Но и решение задачи о температурном поле слоя отложений с учётом динамики осаждения частиц золы является важным этапом построения общей теории формирования натрубных отложений. Также необходимо отметить, что математическое моделирование рассматриваемых в данной работе процессов создаёт реальные предпосылки для перехода на модели, опирающиеся1 на минимальное число достаточно легко определяемых эмпирических характеристик и постоянных.

Целью работы является создание математической модели, описывающей тепловой режим (температурные поля)«шлаковых отложений, при осаждении* одиночных частиц^ летучей золы на трубных поверхностях. Необходимо • отметить, что процессы аналогичные описанным, протекают и при реализации, другого очень важного технологического процесса. Это процесс нанесения упрочняющих и- защитных порошковых покрытий; на, поверхности деталей* машин и аппаратов, работающих в условиях интенсивных тепловых, механических, газодинамических и. термохимических воздействий [24-30]. Эта проблема имеет самостоятельное t значение и> её решение может существенно повысить качество прогностического- моделирования технологических процессов нанесения-порошковых защитных и упрочняющих покрытий. До настоящего времени нет полной замкнутой теории процесса формирования таких покрытий с учетом внедрения частицы в подложку. Поэтому разрабатываемая в диссертации теория тепловых режимов натрубных отложений при осаждении частиц летучей золы была использована также и для описания процессов теплопереноса в системе «частица — подложка» при плазменном- нанесении порошковых покрытий.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи.

1. Разработка математической модели теплопереноса в слое натрубных отложений с учетом динамики осаждения частиц летучей золы на нагреваемых поверхностях.

2. Разработка метода решения задачи о температурном поле натрубных отложений в условиях нестационарного осаждения частиц летучей золы.

3. Численное моделирование процесса нестационарной одномерной теплопроводности в слое натрубных отложений при осаждении частиц летучей золы на нагреваемой поверхности.

4. Создание математической модели теплопереноса в системе «частица летучей золы — слой натрубных отложений» в условиях внедрения частицы.

5. Разработка метода решения задачи о температурном поле системы «частица летучей золы - слой отложений».

6. Численное моделирование процесса нестационарной двумерной теплопроводности в системе «частица золы — слой отложений» в условиях внедрения частицы.

7. Создание математической модели теплопереноса в системе «частица металла - подложка» в условиях высокотемпературного нанесения порошковых покрытий на поверхность деталей.

8. Численное моделирование процесса нестационарной двумерной теплопроводности в системе «частица расплавленного металла в оболочке из закристаллизовавшегося материала - подложка» в условиях внедрения частицы в плавящуюся подложку.

3.5. Выводы по главе

1. Сформулирована математическая модель процесса формирования температурных полей в системе «частица - подложка» при высокотемпературном нанесении порошковых упрочняющих или защитных покрытий.

2. Решена задача о температурном поле системы «частица - подложка» при внедрении частицы в плавящуюся за счет энергии последней подложку:

3. Впервые проведены численные исследования изучаемого процесса и выделены основные закономерности формирования температурных полей в рассматриваемой системе.

4. Показана возможность реализации сформулированного механизма, внедрения частицы в положку (формирования покрытия) в типичных условиях плазменных технологий.

5. На основании результатов выполненных теоретических исследований выработаны рекомендации по совершенствованию технологий высокотемпературного нанесения защитных или упрочняющих покрытий.

6. Показана аналогия между процессами формирования натрубных отложений котельного оборудования и создания упрочняющих или защитных порошковых покрытий в условиях реализации высокотемпературных технологий.

7. Проведены экспериментальные исследования процесса внедрения нагретой до высоких температур частицы в подложку, нагретую до близких к температуре плавления металла, из которого она изготовлена, температур. Обоснована возможность реализации на практике исследуемого в диссертации механизма внедрения «горячих» частиц в относительно «холодные» подложки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

• Впервые сформулирована математическая модель теплопереноса в слое шлаковых отложений с учётом динамики осаждения одиночных частиц на поверхность слоя отложений.

• Впервые решена задача о температурном поле натрубных отложений типичных элементов конструкции котельного оборудования -пароперегревателя и экономайзера с учётом динамики осаждения частиц летучей золы.

• Впервые получены распределения температур по толщине слоя отложения для типичных углей и условий сжигания в рамках одномерной модели с учётом процесса осаждения одиночной частицы.

• Сформулирована физическая модель формирования слоя шлаковых отложений при частичном внедрении одиночной частицы золы в слой отложений.

• Разработана математическая модель, описывающая температурное поле системы «частица золы - слой отложений» при внедрении частицы в шлак.

• Решена задача о температурном поле системы «частица золы — слой шлаковых отложений» при внедрении частицы в шлак.

• Сформулирована физическая модель процесса теплопереноса при внедрении частицы расплавленного металла в поверхностный слой упрочняемой детали.

• Разработана математическая модель процесса теплопереноса в системе «частица металла — подложка» для условий плазменного нанесения порошковых упрочняющих покрытий.

• Решена задача о температурном поле системы «частица- металла — подложка» при плазменном нанесении упрочняющих покрытий в условиях внедрения частицы в подложку.

1. Якимца И.В., Мискиханова М.Ш., Шушма В.А. Электроэнергетика России: Современное состояние, проблемы и перспективы. М.: Энергоатомиздат, 2002. - 520 с.

2. Липов Ю.М. Котельные установки и парогенераторы. М.: Высш. шк., 2003. - 365 с.

3. Эпик И.П., Микком И.Р. Влияние минеральной части сланцев на условия работы котлоагрегатов. Таллинн: Эстонское Госизд-во, 1961. - 126 с.

4. Деринг И.С. Поведение минеральной части твердого топлива в парогенераторах. Красноярск: Изд-во КПИ, 1973. - 215 с.

5. Заворин А.С. Теплофизические процессы и физико-химические превращения минеральной части Канско-Ачинских углей в технологиях топливосжигания: Автореф. дис. . докт. техн. наук / Томский политехнический университет. Томск, 2007. - 37 с.

6. Состав и свойства золы и шлака ТЭС: Справочное пособие / В.Т. Пантелеев, Э.А. Ларина, В.А. Меленьтьев и др. Под ред. В.А. Мелентьева. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отделение, 1985. - 288 с.

7. Заворин А.С., Раков Ю.Я. Феноменологические модели образования натрубных отложений в котлах // Известия Томского политехнического университета. 2005. - Т. 308. - № 1. - С. 144 - 150.

8. Деринг И.С., Дубровский В.А., Дик Э.П. Спекание различных фракций летучей золы бурых углей // Теплоэнергетика. 1972. - № 2. - С. 48 - 50.

9. Алехнович А.Н. Вероятностная модель формирования шлаковых отложений // Электрические станции. 1995. - № 2. - С. 16 - 20.

10. Ю.Залкинд И .Я., Вдовченко B.C., Дик Э.П. Зола и шлаки в котельных топках. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 77 с.

11. П.Вдовенко М.И., Балхунов А .Я., Чурсина Н.Я. Загрязнения и износ поверхностей нагрева парогенераторов. Алма-Ата: Изд-во Наука Казахстанской ССР, 1978. - 131 с.

12. Дик Э.П., Сихора Р.А. Изучение условий образования золовых отложений при сжигании Назаровского угля // Теплоэнергетика. 1969. -№ 10.-С. 17-20.

13. Чурсина Н.Я., Михальская JI.O. Сульфатизация золы Канско-Ачинских углей и отдельных её компонентов в атмосфере топочного газа // Проблемы теплоэнергетики и прикладной теплофизики. 1971. - № 7. -С. 43 - 52.

14. Алехнович А.Н., Богомолов В.В., Артемьева Н.В., Гладков В.Е. Исследования шлакующих свойств смесей углей // Теплоэнергетика.2000. № 8. - С. 35 - 40.

15. Влияние минеральной части энергетических углей на работу котло-агрегатов / М.И. Вдовенко, B.C. Бадакер, Н.Б. Киселев, JT.B. Маска-ленко. А.: Наука, 1990. - 284 с.

16. Результаты экспериментальных исследований технологий очистки дымовых газов ТЭС на стенде УралВТИ / В.В. Богомолов, М.С. Оренбах, В.Е. Гладков, Н.В. Артемьева // Природоохранные технологии ТЭС. 1996. - № 3. - С. 137 - 144.

17. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1955. - 207 с.

18. Кузнецов Г.В., Петлина И.О., Чугуев Д.Н. Температурные, поля натрубных отложений элементов котельного оборудования ТЭС. Известия высших учебных заведений // Физика. 2007. - Т. 50, - № 9/2. -С. 96- 102.

19. Кузнецов Г.В., Чугуев Д.Н. Теплофизика процесса формирования натрубных отложений. Известия высших учебных заведений // Физика. 2007. - Т. 50, - № 9/2. - С. 113 - 119.

20. Нанесение покрытий плазмой / В.В. Кудинов, П.Ю. Пекшев, В.Е. Белащенко и др. М.: Наука, 1990. - 408 с.

21. Жуков М.Ф., Коротеев А.С., Урюков Б.А. Прикладная динамика термической плазмы. Новосибирск: Наука, 1975. - 208 с.

22. Солоненко О.П., Алхимов А.П., Марусин В.В. и др. Высокоэнергетические процессы обработки материалов. Новосибирск: Наука, Сиб. издат. фирма РАН, 2000. 425 с.

23. Дубасов A.M., Кудинов В.В., Шоршоров М.Х. Термическое взаимодействие частиц с подложкой при нанесении покрытий напылением // Физика и химия обработки материалов. 1971. - № 6. - С. 18 - 24.

24. Солоненко О.П., Федоренко А.И. Динамика процессов кристаллизации расплавленных частиц при их взаимодействии с поверхностью // Сибирский физико-технический журнал. 1991. - Вып. 1. - С. 109 - 117.

25. Солоненко О.П., Шурина Э.П., Головин A.JI. Конечно-элементное моделирование соударение капли расплава с подложкой при плазменном напылении // Физическая мезомеханика. 2001. - Т. 4, - № 1.-С. 29-42.

26. Иванов Е.М., Углов А.А. Теплофизические процессы при плазменном напылении тугоплавких металлов // Физика и химия обработки материалов. 1985. - № 2. - С. 61 - 64.

27. Кузнецов Г.В., Нестерова Е.С. Температурное поле частицы при осаждении из высокотемпературного газового потока на поверхность // Физика и химия обработки материалов. 2000. - № 2. - С. 30 - 34.

28. ЗЗ.Чугуев Д.Н. Тепловая модель формирования порошковых покрытий при высокотемпературном напылении // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Док. 4-ой всерос. науч. конф. Томск. 2004. Т., 2004. - С. 415 - 416.

29. Кузнецов Г.В., Чугуев Д.Н. Теплофизические процессы при формировании упрочняющих и защитных покрытий в плазменных технологиях. Известия высших учебных заведений // Физика. 2007, -Т. 50,-№9/2,-С. 120- 126.

30. Зб.Дресвин С.В., Донской А.В., Гольдфарб В.М., Клубникин B.C. Физика-и техника низкотемпературной плазмы. М.: Атомиздат, 1972. - 206 с.

31. Иващук Д.В., Копылов В.И., Шевчук П.Р., Шатиский В.Ф. Тепловой режим в контакте основа покрытие при плазменном напылении. В кн. Композиционные материалы и новые конструкции: - Киев: Наукова думка, 1977. - 320 с.

32. Кузнецов F.B., Мамонтов Г.Я., Чугуев Д.Н. Численное моделирование температурных полей системы «частица — подложка» при внедрении частицы в плавящуюся- подложку // Физика- и химия обработки материалов. 2003. - № 6. - С. 28 - 33.

33. Кузнецов Г.В., Мамонтов»' Г.Я., Чугуев Д.Н. Температурное поле системы «частица подложка» при внедрении частицы в плавящуюся подложку // Тр. 3-й Рос. нац. конф. по теплообмену. Москва. 2002. — М., 2002. - С. 239 - 240.

34. Михеев М.А., Михеев Т.М! Основы теплопередачи. М.: Энергия, -1973; - 220 с.

35. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов JI.A. Численное моделирование процессов тепло и массообмена. М.: Наука, - 1984. - 340 с.

36. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, - 1983. - 656 с.

37. Кузнецов Г.В., Чугуев Д.Н. Теплофизика формирования натрубных отложений парогенераторных установок // Проблемы теплофизики и теплоэнергетики: V Семинар Вузов Сибири и Дальнего Востока. Иркутск. 2007. И., 2007. - С. 26 - 27.

38. Чугуев Д.Н. HeatPro2D: программный модуль для расчета температурных полей // Журнал «Компьютерные учебные программы и инновации» М.: ГОСКООРЦЕНТР. - 2007. - № 12. - С. 146 - 147.

39. Чугуев Д.Н. HeatProInto2D: программный модуль для расчета процесса внедрения частицы летучей золы в слой натрубных отложений // Журнал «Компьютерные учебные программы и инновации» М.: ГОСКООРЦЕНТР. - 2008. - № 1. - С. 152.