Расчет термогазодинамических процессов и определение к.п.д. холодильного центробежного компрессора, сжимающего реальные рабочие вещества, методом обобщенной политропы

• Автор: Попов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. РАСЧЕТЫ ПРОЦЕССА 8 СЖАТИЯ
ГЛАВА 2. ОБОБЩЕННЫЙ ПОЛИТРОПНЫЙ ПРОЦЕСС И РАСЧЕТ НА 52 ЕГО ОСНОВЕ ПАРАМЕТРОВ СТУПЕНИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА
2.1 Обобщенный политропный процесс
2.2 Расчет термогазодинамических параметров 58 в характерных сечениях: ступени центробежного компрессора
2.3 Расчет характеристик ступени и элементов проточной части по опытным 68 данным с использованием метода условных температур
2.4 Системы уравнений, определяющих термогазодинамические пара- 70 метры в характерных сечениях ступени центробежного компрессора с использование, метода условных температур
ГЛАВА 3. РАСЧЁТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАБОЧЕГО. 76 ВЕЩЕСТВА
3.1 Уравнение состояния реальных газов
ГЛАВА 4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПРЕДЕЛЕ- 91 НИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ХОЛОДИЛЬНОГО ТУРБОАГРЕГАТА НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИБЛИЖЕНЫХ МЕТОДОВ ШУЛЬЦА, УСЛОВНЫХ ТЕМПЕРАТУР СО СТОРОГИМ
МЕТОДОМ ОБОБЩЕННОЙ ПОЛИТРОПЫ
4.1 Объект исследования
4.2 Контрольные сечения и измеряемые величины
4.3 Сравнение результатов обработки экспериментального исследования 97 модельного компрессора
4.4 Сравнение результатов обработки экспериментального исследования

натурных компрессоров
4.4.1 Компрессор типа К60-82-1
4.4.2 Нагнетатель 95-81-1
4.4.3 Другие центробежные компрессора
4.4.4 Оценка влияния вида уравнения состояния на термодинамические 114 параметры турбокомпрессора
4.4.5 Расчет термических и калорических свойств реальных газов по 117 уравнению БВРЛ
4.5 Оценка погрешностей в определении к.п.д. процессов 119 сжатия в разных областях диаграмм состояния
4.5.1 Фреон И-12
4.5.2 Фреон Ы-134а
4.5.3 Фреон К-22
4.5.4 Аммиак Н-717
4.5.5 Пропан К-290
4.5.6 Этилен Д-1150
4.5.7 Метан И-50
4.5.8 Выводы по результатам численного эксперимента
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность проблемы: Развитие химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и ряда других отраслей промышленности, в которых все шире применяются холодильные центробежные компрессоры [108], обусловило разработку методов расчёта процессов в компрессорах, сжимающих реальные газы и их смеси, а также потребовало создания надёжных уравнений состояния.
Обработка данных детальных испытаний холодильных центробежных компрессоров вызывает затруднения, связанные с учетом реальности паров.
Рабочие процессы паровых холодильных компрессоров, в частности турбоагрегатов, происходят в области пара в непосредственной близости от правой пограничной кривой. Применение уравнений, основанных на модели идеального газа, для термодинамических расчетов машин, работающих в таких условиях недопустимо, так как приводит к появлению существенных погрешностей [2, 3, 33, 47, 50, 74, 92, 93, 97, 106, 111,112]. В таких случаях необходимо использовать уравнения для реального газа. Здесь возможно либо непосредственное применение таблиц или диаграмм состояния, либо аналитическое определение параметров с помощью уравнений состояния.
Существенным недостатком таблиц или диаграмм состояния является то обстоятельство, что их применение в расчетах на персональном компьютере затруднительно, т. к. требует ввода в память компьютера большого массива чисел и использование интерполяционных формул.
Графоаналитический метод расчета с помощью диаграмм состояния ввиду недостаточной густоты изолиний и необходимости приближенной интерполяции не дает удовлетворительных результатов. Погрешность расчетов резко возрастает при малых степенях повышения давления и становится недопустимой в случае применения недостаточно точных и подробных диаграмм, существующих для большинства рабочих веществ. Кроме того, использование диаграмм состояния не позволяет непосредственно определить политропическую работу сжатия и не исключает необходимости использова-

таких случаях. Тем не менее, относительная простота расчётов, основанных на использовании уравнения (1.1), оказалась настолько привлекательной, что вплоть до настоящего времени делаются попытки разработки уточнённых методов расчёта политропных процессов в реальных газах, основанных на использовании уравнения (1.1).
3. Одной из первых работ в этом направлении, и сейчас ещё оказывающей значительное влияние на развитие методов расчета центробежных компрессоров, сжимающих реальные газы, была работа Дж. Шульца [111]. Он предположил, что политропный процесс определяется тем, что в его ходе соотношение механической работы и соответствующего изменения энтальпии остается постоянным.
4. В настоящее время в термогазодинамике турбомашин наиболее часто используется уравнение состояния идеального газа (1.1), которое лежит в основе почти всех теоретических и прикладных методов расчета. Поэтому желательно сохранить преемственность в использовании таких методов применительно к процессам, происходящим в реальных газах. Этим требованиям удовлетворяет метод условных температур, идея которого была высказана В. Траупелем [106], а впервые применена к расчетам холодильных центробежных машин Ф. М. Чистяковым [109, 110]. В более завершенном виде метод условных температур сформулирован в работах [15-20, 32, 33, 35, 63].
Анализ и обобщения материалов по современному состоянию изучаемого вопроса позволяет сформулировать задачи исследования, решаемые в настоящей работе:
1. Разработка основных положений метода обобщённой политропы без допущений о свойствах сжимаемых веществ, основанного на применении наиболее общего уравнения политропного процесса, как процесса с постоянной теп-