СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
Глава 1. Обзор литературы по исследованию теплофизических свойств трансформаторного масла, воды и их системы 10
1.1. Теплофизических свойств трансформаторного масла 10
1.2.0бзор литературы по исследованию теплофизических свойств
воды 15
Глава 2.Экспсримснтальные установки для исследования теплофизических свойств системы трансформаторное масло - вода в зависимости от температуры при атмосферном давлении 26
2.1.Экспериментальная установка для измерения теплопроводности растворов в зависимости от температуры по методу монотонного разогрева. 26 2.2.Экспериментальная установка для измерения теплопроводности жидкостей и растворов по методу регулярного теплового режима 35
2.3. Методика измерения теплопроводности по методу регулярного теплового режима. 38
2.4. Экспериментальная установка для исследования удельной теплоемкости жидкостей и растворов 40
2.5.Экспериментальная установка для определения плотности и вязкости жидкостей и растворов при атмосферном давлении 42
2.6.Расчет погрешности измерения теплофизических свойств веществ 45 Глава 3. Теплофизические свойства системы трансформаторное масло -вода. 54
3.1. Основные свойства исследуемых объектов. 54
3.2. Методика определения перегревов конструкционных частей силового трансформатора в процессе его работы 58
3.2.1. Выбор метода обнаружения перегревов 59
3.2.2.Расчет скорости перемещения молекул масла при хаотическом тепловом движении 62
3.2.3. Определение пути, проходимого молекулой масла 63
3.3. Теплофизические свойства (теплопроводность, плотность, удельная теплоемкость, температуропроводность и вязкость) системы трансформаторного масла и воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении 68
3.4. Расчет теплопроводности исследуемых объектов в зависимости от температуры 72
3.5.Влияние влаги на изменение конструкционной части трансформатора 76
Глава 4. Анализ, обобщение, обработка полученных результатов и
методы расчета теплофизических свойств 88
4.1 .Анализ экспериментальных данных по теплофизическим свойствам 88
4.2.Обобщение экспериментальных данных по тепло- и температуропроводности исследуемых систем 95
4.3.Обобщение экспериментальных данных по термодинамическим
свойствам (плотность и теплоемкость) исследуемых объектов 100
4.4. Зависимость теплопроводности, удельной теплоемкости и температуропроводности от плотности системы трансформаторного масла и воды 104
Основные результаты и выводы 107
Литература 109
Приложение 128
3
ВВЕДЕНИЕ
Исследования теплофизических свойств (теплопроводность, плотность, удельная теплоемкость, температуропроводность и вязкость) веществ имеют давнюю историю. Для совершенствования и оптимизации технологических процессов необходимы научно-обоснованные инженерные расчеты, которые нуждаются в информации о теплофизических свойств рабочего материала в зависимости от температуры.
Актуальность проблемы обусловлена непрерывным ростом потребностей науки, техники и ведущих отраслей промышленности в достоверных данных о теплофизических свойств технически важных жидкостей, газов и их растворов. Коренное повышение эффективности энергетических систем требует разработки и внедрения принципиально новой технологии и создания на их основе энергетических устройств нового поколения. Решение этой проблемы невозможно без создания надежных, теоретически обоснованных методов расчета теплофизических свойств перспективных теплоносителей, газов и растворов, применяемых в энергетических и технологических конструкциях.
Интенсивность и продуктивность технологических процессов зависят не только от правильной организации химических взаимодействий, но и от целесообразности направленных потоков тепла и массы.
Сущность работы системы охлаждения состоит в том, что горячее трансформаторное масло из верхней части бака трансформатора засасывается без сальниковыми электронасосами и прокачивается через маслоохладители типа МО-53-4А, в которых оно охлаждается водой, и затем подается в нижнюю часть бака трансформатора. Для принудительной циркуляции трансформаторного масла на каждом из 3-х маслоохладителей установлены по одному циркуляционному насосу. Два из них являются рабочими и один - резервный. Для включения трансформаторов в работу в холодное время года в системе охлаждения трансформаторов ТЦ-400000
4
/220 кВ предусмотрен отдельно стоящий байпасный (пусковой) электронасос. На трансформаторах предусмотрен резервный трубопровод для подачи воды в маслоохладители от фильтров высокого давления. Для трансформаторов ТЦ-400000/500 кВ в режиме холостого хода (когда агрегат находится в резерве) для подачи воды в маслоохладители установлен «вспомогательный насос охлаждения трансформатора», отдельно для каждого трансформатора [1,2,18,19].
Разработка высокоэффективной новой техники, материалов с заранее заданными свойствами для различных отраслей народного хозяйства, как и в целом ускорение научно-технического прогресса, невозможно без знания свойств веществ и материалов.
Одним из важных свойств растворов является теплопроводность, теплоемкость, плотность, температуропроводность и вязкость, которые необходимы для калорического расчета процессов и аппаратов, входят в рите-риальных уравнения теплообмена и отражают особенности термодинамической поверхности.
Однако, современное состояние исследования их теплофизических свойств нельзя считать удовлетворительным. Как видно из изложенного исследования теплофизических свойств растворов имеют большое практическое значение.
Диссертационная работа посвящена исследованию теплопроводности, плотности, теплоемкости, температуропроводности и вязкости системы трансформаторного масла и воды (концентрации воды 25, 50 и 75% массовая) в интервале температур (293,5-393,2) К при атмосферном давлении.
Работа выполнена по плану координации научно-исследовательских работ в области естественных и общественных наук АН Республики Таджикистан на 1998-2003 годы по теме «Теплофизические свойства веществ» по проблеме 1.9.7-Теплофизика.
5
Актуальность диссертационной работы заключается в том, что результаты исследования используются для расчета тепло- и массообмена в различных процессах, а также для составления подробных таблиц.
Цель исследования заключается в модернизации экспериментальные установки для измерения теплопроводности, теплоемкости и температуропроводности, а также в получении эмпирических уравнений для прогнозирования теплофизических характеристик исследуемых объектов.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
1. Модернизация экспериментальной установки для измерения теплопроводности и теплоемкости растворов.
2. Получение экспериментальных значений теплопроводности, плотности, теплоемкости, температуропроводности и вязкости системы трансформаторного масло-вода в интервале температур (293,5-393,2) К и давлений Р=0,101 МПа.
3. Установление зависимости теплопроводности, теплоемкости, температуропроводности и вязкости исследуемых растворов от температуры и концентрации воды, с целью выявления механизма переноса тепла в исследуемых системах.
4. Получение аппроксимационных зависимостей, устанавливающих зависимость теплопроводности, теплоемкости, температуропроводности и вязкости для трансформаторного масла от температуры и концентрации воды.
Научная новизна и личный вклад автора:
1. Автоматизирована экспериментальная установка для измерения теплопроводности растворов (по методу монотонного разогрева). При автоматизации установок учтены специфические особенности исследуемых
6
систем, которые потребовали новых конструктивных и методических решений.
2. Получены экспериментальные данные по теплопроводности, теплоемкости, плотности, температуропроводности и вязкости системы трансформаторного масла и воды (концентрации воды 25, 50 и 75% массовая) в интервале температур (293,5-393,2) К при давлении Р=0,101 МПа.
3. Получены аппроксимационные зависимости описывающие Х-Т-х, Ср-Т-х, р-Т-х, г|-Т-х, д-Т-х, и-Т-х исследуемых объектов при различных температурах.
4. Выбрана модель структуры растворов, проведен анализ процесса теплопереноса и на ее основе рассчитаны теплопроводности исследуемых объектов.
5. Произведены расчеты калорических свойств исследуемых веществ.
Практическая значимость работы:
- Составлены подробные таблицы теплофизических характеристик системы трансформаторного масла и воды в интервале температур (293,5-393,2) К при Р=0,101 МПа, которые могут быть использованы проектными организациями;
- Полученные аппроксимационные зависимости по теплофизическим свойствам используются для инженерных расчетов на Байпазинской ГЭС и Каскад Варзобских ГЭС;
- Модернизированная экспериментальная установка может быть использована для скоростного определения теплопроводности технологических материалов в различных лабораториях;
- Модернизированная аппаратура для измерения теплопроводности растворов используется в научной и учебной лабораториях Таджикского технического университета им. академика М.С. Осими аспирантами для выполнения диссертационных работ и студентами при выполнении дипломных, курсовых и лабораторных работ.
7
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Модернизированные варианты экспериментальной установки и обоснование возможности их применения для исследования теплопроводности растворов.
2. Экспериментальные данные по теплофизическим свойствам системы трансформаторного масла и воды в диапазоне температур (293,5-393,2) К при Р=0,101 МПа.
3. Методы расчета теплопроводности растворов и анализ процесса теплопереноса в исследуемых объектах.
4. Аппроксимационные зависимости для расчета теплофизических свойств системы трансформаторного масла и воды в зависимости от температуры и концентрации воды.
Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов, различных расчетов подтверждаются проведением разработанных алгоритмов на большом количестве широко известных задач и соответствующих экспериментальных данных, полученных в результате независимых исследований.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка используемой литературы (207 наименований) и приложения. Содержание работы изложено на 134 страницах компьютерного набора, включая 23 таблиц и 30 рисунков.
В первой главе приводится литературный обзор по теме диссертации.
Во второй главе приводятся описание и схемы экспериментальных установок для исследования теплофизических свойств в зависимости от температуры, а также оценки погрешности экспериментальных данных.
В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования теплопроводности, плотности, удельной теплоемкости, температуропроводности и вязкости в системы трансформаторного масла и воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении.
8
- Киев+380960830922