Analýza vedení tepla a degradace palivové stěny kotle

Pavel Prokopec

Master's thesis

Heat conduction analysis and boiler fuel wall degradation

Abstract:

Diplomová práce se zabývá analýzou fyzikálních dějů probíhajících v místě svarového spoje výměníku tepla. Účelem je získat informace o teplotním průběhu v oblasti tlakového žebroví a mimo něj v závislosti na rosném bodu spalin. První část práce popisuje exponovanou část zařízení, definuje okrajové podmínky, dle kterých jsou následně vypočteny výsledky použité v dalších simulacích vedení tepla. V druhé části je práce zaměřená na teorii degradačních procesů probíhajících v redukčním prostředí palivového zásobníku dřeva. Na degradaci, korozi zde má vliv především chemické složení spalin, vlhkost paliva, množství vzduchu. Tuto závislost popisuje metoda rozměrové analýzy, kde jsou stanovena výsledná bezrozměrová kritéria. V další části je sestavena geometrie pro numerický model tlakového žebra a stěny palivového zásobníku. K provedení numerického výpočtu metodou sítí byl použit program Microsoft Excel. Pro porovnání byly vytvořeny i rozměrově, tvarově upravené modely. Výsledky jsou přehledně graficky porovnány a znázorněny. S využitím simulačního programu využívajícího metody konečných prvků lze vytvořit pomocí výsledných hodnot v této práci nestacionární teplotní model. Výsledný model je obdobně analyzován s přesnějšími výsledky. Obě metody jsou následně porovnány a vyhodnoceny v závěrečné části, kde čtenář měl získat ucelený přehled o dané problematice, výsledcích a podmětech pro další předměty zkoumání.

Abstract:

The diploma thesis deals with the analysis of physical processes taking place at the weld joint of the heat exchanger. The purpose is to obtain information about the temperature field in the region of the pressure fins and beyond, depending on the dew point of the flue gas. The first part describes the exposed part of the device, defines the boundary conditions according to which the results used in other simulations of heat conduction are subsequently calculated. The second part is focused on the theory of degradation processes taking place in the reducing environment of the wood fuel tank. Degradation, corrosion is mainly influenced by the chemical composition of the flue gas, the humidity of the fuel, the amount of air. This dependence is described by the method of dimensional analysis, where the resulting dimensionless criteria are determined. In the next part geometry for the numerical model of the pressure rib and the wall of the fuel tank is described. Microsoft Excel was used for numerical calculation using the mesh method. For comparison were also created dimensionally shaped models. The results are clearly graphically compared and shown. A non-stationary temperature model can be created by using a finite element simulation program with usage of the previously obtained values in this work. The resulting model is similarly analyzed with more accurate results. Both methods are then compared and evaluated in the final part, where the reader should get a comprehensive overview of the issue, results and subjects for other follow-up subjects.

Keywords

tlakové žebroví, součinitelé přestupu tepla, vedení tepla, degradace materiálu, koroze, rozměrová analýza, bezrozměrové kritérium, metoda sítí, metoda konečných prvků.

Keywords

pressure fins, heat transfer coefficients, heat conduction, material degradation, corrosion, dimensional analysis, dimensionless number, finite difference method, finite element method.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 30. 6. 2020
• Supervisor: Mario Machů
• Reader: Jindřich Szwed

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Master programme / field:
Metalurgické inženýrství / Tepelná technika a keramické materiály