Повышение эффективности теплообменных аппаратов газотурбинных установок замкнутого цикла

• Автор: Егоров, Кирилл Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.14, 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

И ТЕЧЕНИЙ В КАНАЛАХ СО ВДУВОМ

1.1. Технические требования к высокотемпературным

теплообменным аппаратам

1.2. Труба Фильда

1.3. Применение теплообменных аппаратов на основе трубы Фильда.

1.4. Предложения по улучшению теплогидравлических характеристик трубы Фильда

1.5. Анализ выбранного способа повышения тепловой эффективности теплообменного аппарата на основе трубы Фильда

1.5.1. Гидродинамика ламинарного течения в круглых трубах со

вдувом и отсосом
1.5.2. Теплообмен в круглых трубах со вдувом и отсосом при
ламинарном течении жидкости.
1.5.3. Турбулентное течение и теплообмен в трубах с проницаемыми стенками
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛЕ С РАВНОМЕРНЫМ ВДУВОМ.
2.1. Описание экспериментальной установки
2.2. Методические эксперименты.
2.3. Методика проведения и обработки эксперимента
2.3.1. Методика обработки эксперимента.
2.4. Результаты экспериментов
3. ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ПАКЕТЕ
3.1. Постановка задачи исследования
3.2. Уравнения для средних величин и модели турбулентности.
3.3. Приведение исходной системы уравнений к обобщенному виду
3.4. Граничные условия и теплофизические свойства моделируемой
3.5. Используемые разностные схемы.
3.6. Влияние шероховатости пористой стенки.
3.7. Влияние турбулентного числа Прандтля
4. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ ТРУБЫ ФИЛЬДА.
4.1. Обзор различных расчетных методик.
4.1.1. Первая методика.
4.1.2. Вторая методика.
4.1.3. Третья методика.
4.2. Результаты расчетов.
4.3. Модификация методики для расчета с пористой стенкой.
4.4. Результаты расчетов и их анализ.
5. ОПТИМИЗИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗГТУ С ВТГР ИЗ УСЛОВИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ПРИ МИНИМАЛЬНОЙ СУММАРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА ТА РЕГЕНЕРАТОРА,
КОНЦЕВОГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО ОХЛАДИТЕЛЯ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


На основе разработанной автором методики впервые исследован теплообменный аппарат на основе трубы Фильда с пористой внутренней трубой, позволивший увеличить эффективность теплообменного аппарата на - %. Практическая значимость. Полученные в диссертации результаты имеют прямое практическое значение, так как предложенная конструкция теплообменного аппарата позволяет полностью компенсировать температурные деформации, при сохранении достаточно высокой тепловой эффективности теплообменного аппарата. Достоверность результатов теоретического исследования обеспечивалась использованием пакета вычислительной гидродинамики Star-CD, который сертифицирован по ISO. ЭВМ, а также лицензионной программы обработке измерений ЬаЫчеу 6. Автором была проведена оценка погрешности для полученных экспериментальных данных, которая приведена в приложении. На защиту выносятся результаты численного и экспериментального исследования прямоугольного канала с односторонним одномерным вдувом, а также методика расчета теплообменного аппарата типа трубы Фильда с внутренней пористой трубой. Также представлены результаты расчетов такого теплообменного аппарата с применением этой методики. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения. В первой главе проводится анализ требований к высокотемпературным теплообменным аппаратам и приведены конструктивные особенности теплообменного аппарата на основе трубы Фильда. В первой части главы выполнен патентно-информационный поиск по методам и способам конструктивной доработки и модификации для улучшения тепловой эффективности теплообменников на базе трубы Фильда. На основе патентно-информацинного поиска выполнен анализ, позволивший выбрать возможный метод улучшения теплогидравлических характеристик теплообменного аппарата на основе трубы Фильда и сформулировать задачи исследования. Во второй части подробно проанализированы работы, посвященные исследованию гидродинамики и теплообмена в каналах со вдувом и отсосом. Многие авторы [7 -г- ] рассматривали лишь ламинарное течение в кольцевых каналах и трубах с односторонним и двусторонним вдувом, тогда как в большинстве случаев, представляющих практических интерес, течение в кольцевых каналах и трубах турбулентное. Такому течению посвящено гораздо меньше работ и оно изучено недостаточно. Вторая глава содержит описание задачи численного моделирования течения в экспериментальном канале с применением пакета инженерного анализа1 Star-CD фирмы Computation Dynamics, Ltd. Уделено внимание постановке математической задачи, граничным условиям и представлены результаты численных расчетов гидродинамики и теплообмена канала с равномерным вдувом на одной из стенок и другой нагреваемой стенкой. Такие пакеты прикладных программ представляют большой практический интерес при решении инженерных задач. Третья глава посвящена экспериментальному исследованию течения в кольцевом канале теплообменного аппарата на основе трубы Фильда с равномерным вдувом через внутреннюю трубу. Полученные экспериментальные результаты подтвердили зависимости для коэффициента теплоотдачи и коэффициента трения в канале с равномерным вдувом на одной из стенок и другой нагреваемой стенкой, полученные при численном моделировании. Четвертая глава имеет прикладной характер, в ней результаты теоретического и экспериментального анализа применяются к расчетам теплообменного аппарата на основе трубы Фильда с пористой внутренней трубой. В данной главе дан обзор методов расчета теплообменного аппарата на базе трубы Фильда. На основе анализа нескольких методов расчета был выбран метод численного решения системы одномерных дифференциальных уравнений, описывающих конвективный теплообмен в теплообменном аппарате на основе трубы Фильда. Проведены расчеты теплообменного аппарата с внутренней трубой из материалов с различной теплопроводностью. Анализ этих данных позволил обосновать применение внутренней стенки из материала с постоянной пористостью по длине теплообменного аппарата. В названии на английском языке такие программы носят аббревиатуру Computer Aided Engineering (CAE).