Разработка методологии повышения энергетической эффективности высокотемпературных теплотехнологических установок, использующих в качестве топлива природный газ

Решена важная научная проблема создания методологии повышения энергетической эффективности высокотемпературных теплотехнологических установок, использующих в качестве топлива природный газ. Особое внимание уделено четырём ключевым направлениям: применению вихревых интенсификаторов теплообмена и оптимизации оребрённых поверхностей; использованию фильтруемой изоляции с учётом объёмного поглощения излучения; внедрению термохимической регенерации теплоты дымовых газов на основе паровой конверсии метана; а также эффективному применению труб Фильда в системах утилизации тепловых отходов. Отличительной особенностью работы является постановка и решение задачи условной оптимизации геометрических параметров прямоугольного ребра при фиксированной материалоёмкости с учётом разных условий теплообмена на его вершине, наличием связи геометрических параметров ребра через его объем и плотность используемого материала, а также трёхмерного характера теплопереноса. В отличие от классических одномерных моделей, автором получены аналитические зависимости, выявляющие наличие экстремумов (максимума и минимума) теплового потока в зависимости от высоты ребра и его теплопроводности, что позволяет определять действительно оптимальные конструктивные параметры теплообменных поверхностей, удовлетворяющих принятой целевой функции. Разработанные математические модели, программные комплексы и экспериментальные методики, позволяют снизить расход природного газа на 26–51 % (на примере стекловаренных печей). Отличительной особенностью программного комплекса является сочетание моделей с распределенными и сосредоточенными параметрами. Полученные в работе результаты обладают как теоретической новизной, так и практической значимостью, что подтверждается их внедрением в промышленности и учебном процессе НИУ «МЭИ».