Информационно-измерительная система для исследования теплогидравлических характеристик теплообменного оборудования

• Автор: Тумаков, Алексей Григорьевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Волгодонск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Введение

1 Анализ предметной области и постановка задач исследования

1.1 Объекты и область исследований

1.2 Цель и задачи работы

2 Теоретическое обоснование экспериментальных методов определения теплогидравлических характеристик трубных пучков

2.1 Анализ факторов, определяющих эффективность поверхности теплообмена

2.2 Оценка эффективности теплогидравлических характеристик суперплотных трубных пучков

2.3 Выводы по главе

3 Синтез структуры информационно-измерительной системы

3.1 Общие принципы построения системы измерений

3.2 Обоснование выбора датчиков для информационно-измерительной системы
3.3 Организация вычислительного процесса получения уравнений подобия
3.4 Моделирование трубных пучков
3.5 Разработка экспериментальной установки
3.6 Описание структуры информационно-измерительной системы
3.7 Выводы по главе
4 Метрологический анализ информационно-измерительной системы
4.1 Анализ погрешностей прямых измерений параметров трубного
пучка
4.2 Погрешности косвенного измерения параметров трубного пучка
4.3 Выводы по главе
5 Расчетно-экспериментальное исследование внешнего обтекания
трубных пучков
5.1 Гидродинамика и теплообмен в обычных трубных пучках

5.2 Гидродинамика и теплообмен в суперплотных трубных пучках
5.3 Гидродинамика в байпасной перетечке
5.4 Исследование теплогидравлических характеристик воздухоподогревателей ГТУ
5.5 Выводы по главе
Основные выводы и результаты работы
Список литературы
Приложение А. Блок рекуперативного воздухоподогревателя РВП-2200-03. Отчет о внедрении мероприятий по повышению эффективности. ИЦТ0038.40.00.000Д5
Приложение Б. Акт об использовании изобретения
Приложение В. Акт соответствия объекта техники «Блок рекуперативного воздухоподогревателя РВП-2200-03». ИЦТ0038.40.00.000 и технического решения по патенту на изобретение №2294505 «Ограничитель перетечек теплоносителя между трубным пучком и кожухом теплообменника»

ВВЕДЕНИЕ
Современные тенденции развития газотранспортной системы России, связанные с увеличением дальности транспорта газа и мощности газовых потоков, сооружением и эксплуатацией компрессорных станций в сложных природно-климатических условиях, вынуждают эксплуатирующие организации повышать требования к надежности и экономичности оборудования на газопроводах. Основу компрессорного парка (77,6%) газовой промышленности Российской Федерации составляют газоперекачивающие агрегаты (ГПА) с газотурбинными установками (ГТУ). Технический уровень ГПА оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели транспорта природного газа, так как на работу газотурбинной установки ГТУ затрачивается 5-10% транспортируемого газа.
В последнее время широкое распространение получили также ГТУ, предназначенные для выработки тепловой и электрической энергии, это так называемые газотурбинные ТЭЦ, производимые, в том числе и крупнейшей в России группой предприятий энергетического машиностроения «Энергомаш». По планам масштабного проекта компании «Энергомаш» до 2015 г должно быть построено и введено в эксплуатацию порядка 1000 газотурбинных ТЭЦ единичной мощностью 9 МВт.
Одним из путей энергосбережения, как при транспортировке газа, так и при выработке тепловой и электрической энергии является снижение эксплуатационных затрат, т.е. уменьшение расхода топливного газа на ГТУ. Снизить расход топливного газа позволяет повышение к.п.д. ГТУ за счет применения регенеративного цикла. Утилизация тепла уходящих газов происходит в теплообменных аппаратах: регенеративных воздухоподогревателях. Уходящие газы отдают часть своего тепла воздуху, сжатому в компрессоре и поступившему в камеру сгорания. Достигнутый в настоящее время уровень к.п.д. ГТУ для ГПА составляет порядка 29% при предельном его значении до 42%.
Поэтому при проектировании воздухоподогревателей газотурбинных установок возникает проблема оценки эффективности теплообменной поверхности.

Суперплотные пучки, относительные шаги в которых находятся в диапазоне 1 < ст, < 1,1 , ранее практически не использовались в теплообменных аппаратах не только из-за технологических трудностей, но и в связи с дефицитом опытных данных по теплоотдаче и аэродинамическому сопротивлению таких пучков. Этот дефицит частично восполнен исследованием ЦКТИ, выполненным на двух пятирядных пучках гладких труб с относительными шагами сг, = 1,05 и 1,1 [24]. Наружный диаметр труб этих пучков составлял (1н = 56,5 и 54,3мм. Исследование выполнено методом полного моделирования при обеспечении практически неизменной температуры стенок труб. Диапазоны изменения чисел Рейнольдса, рассчитанных при средних скоростях иг в узких сечениях пучка, средних температурах воздуха и наружному диаметру труб, составили 15* 103 < Ие < З5*103 для пучка при сг, = 1,1 и 20*103< Яе <55*103 для пучка при сг, = 1,05 (рисунок 2.12). Авторы этого исследования, учитывая сравнительно малый объем опытных данных и заметное отклонение от результатов других исследований, не привели обобщенных зависимостей, как для теплоотдачи, так и аэродинамического сопротивления тесных пучков.
N4 10-*
Д - о, = 1,1 [23]; о - а, = 1,05 [23]; 1,2 - [25] для <ц = 1,027 и 1,052; 3 - [26] для а| = 1,026; 4 - [27] для 0| = 1
Рисунок 2.12 - Теплоотдача тесных трубных пучков
Опытные данные работы по теплоотдаче удовлетворительно согласуются с аналогичными, полученными В.И. Величко и др. [25] для пучка с сг, = 1,05. Теп-