Размещено на http://www.allbest.ru/

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Петра Великого

Кафедраn "Турбины, гидромашины и авиационные двигатели"

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: “Камеры сгорания и теплообменники ГПА”

Тема: “РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА РЕКУПЕРАТИВНОГО ТИПА ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ”

Выполнил студент

Иванов Ю.И.

Группа 33232/6

Проверил Андреев К.Д.

Санкт-Петербург 2019



Содержание

Введение

Исходные данные

1. Расчёт средних параметров теплоносителя

2. Задание геометрических характеристик теплообменника

3. Коэффициенты теплоотдачи теплоносителей

4. Коэффициент теплопередачи

5.Средний температурный напор

6. Площадь поверхности теплопередачи

7. Средняя температура стенки

8. Компоновочный расчёт

9. Гидравлический расчёт

Литература



Введение

В регенеративном цикле газотурбинной установки (ГТУ) используют теплоту газа на выходе из газовой турбины для подогрева воздуха перед камерой сгорания. Нагрев воздуха производят в теплообменнике поверхностного типа и он является составной частью всей энергетической установки. Использование теплообменника в ГТУ позволяет снизить, в определенных условиях, расходы топлива. Движение потоков нагреваемого воздуха и охлаждаемого газа в каналах теплообменника сопряжено с образованием гидродинамического сопротивления, на преодоление которого затрачивается полезная механическая энергия установки.

Таким образом, выгода от применения регенеративного подогрева воздуха зависит от соотношения затрат механической энергии на прокачку теплоносителей через теплообменник и дополнительной механической энергией за счет совершенствования термодинамического цикла ГТУ. Гидродинамическое сопротивление проявляется снижением напора теплоносителя.



Исходные данные

1. Тип теплообменника - трубчатый;

2. Расход воздуха G_в = 51,3 кг/c;

3. Расход газа G_г = 52,3256 кг/c;

4. Давление воздуха перед теплообменником P_2в = 6,88 бар = 6,88 Па

5. Давление газа перед теплообменником P_4г = 1,02 бар = 1,02 Па;

6. Давление газа за теплообменником P_6г = 1,002 бар = 1,002 Па;

7. Температура воздуха перед теплообменником Т_2в = 257 = 530 К;

8. Температура воздуха за теплообменником Т_5в = 468 = 741 К;

9. Температура газа перед теплообменником Т_4г = 560 = 833 К;

10. Температура газа за теплообменником Т_6г= 390 = 663 К;

11. Размер трубки - 19х3 мм;

12. Скорость воздуха в трубках =30 м/c;

13. Расположение трубок - коридорное;

14. Оребрение - круглое;

15. Газовая постоянная воздуха ;

16. Газовая постоянная ;

17. Течение теплоносителей - перекрестное.



1. Расчёт средних параметров теплоносителя

Давление воздуха Р_5В за теплообменником зависит от коэффициента потерь давления , (ДР_В - потеря давления в воздушных каналах теплообменника). Зададим = 0,04.

= 6,605 Па ;

Параметры воздуха:

Средняя температура воздуха:

К;

Средняя изобарная теплоемкость воздуха:

==1057,7 Дж/ кг•К;

Коэффициент теплопроводности воздуха:

= 0,05 Вт/ м²•К;



Коэффициент динамической вязкости воздуха:

= 31,8 Н•с/м²;

Среднее давление воздуха:

= 6,74Па;

Плотность воздуха:

= 3,69 кг/м³.

Параметры газа:

Средняя температура газа:

= 748 К;

Средняя изобарная теплоемкость газа:

= 1079,4 Дж/ кг•К;



Коэффициент теплопроводности газа:

==0,056 Вт/ м²•К;

Коэффициент динамической вязкости:

= 35,52Н/м²;

Среднее давление газа:

= 1,011 Па;

Плотность газа:

= 0,469кг/м².

2. Задание геометрических характеристик теплообменника

Примем:

Размер трубки 19х3 мм;

Шаг оребрения t=7 мм;

Толщина ребер др=0.5 мм;

Высота ребер hp=5 мм;

Расстояние между ребрами соседних труб b=5 мм.

Степень регенерации:

0,696



Геометрические соотношения размеров трубного пучка:

Число ходов теплообменника:

;

Принимаем Z=2;

С₂=9

=0,54·

Скорость газа:

Коэффициент оребрения:

где U=t- =0.007-0.0005=0.0065 м , D=d₁+2h_p=0,029 м.



Условный определяющий размер пучка:

м

Где, -поверхность межрёберного участка гладкой трубы

поверхность ребра без учёта торцов

- полная поверхность теплообмена одной стороны теплообменник (поверхность ребра и межрёберного пространства)

Эквивалентный диаметр:

Критерий Рейнольдса теплоносителей:



3.Коэффициенты теплоотдачи теплоносителей

Определим критерий Нуссельта для воздуха при турбулентном течении:

;

Отсюда найдем коэффициент теплоотдачи:

Теплоотдача в газовом тракте при переходном течении:

где n = 0,6?ц^0,07=0,6•2,842^0,07=0,646

4. Коэффициент теплопередачи

К

-коэффициент теплопередачи, отнесенный к полной наружной поверхности оребренной трубы.



5. Средний температурный напор

где ДТ_д = Т₄ -Т₅=833-741= 92К - наибольшая разность температур, ДТ_М = Т₆ -Т₂=663-530=133К - наименьшая разность температур.

Для теплообменников ГТУ рекомендуется следующее выражение:

6. Площадь поверхности теплопередачи

Количество тепла, переданное от горячего источника к холодному, определяется уравнением:

;



7. Средняя температура стенки

Температура стенки со стороны холодного источника:

Температура стенки со стороны горячего источника:

=662,764К

Средняя температура стенки:

=651,517К

- это значение остается примерно постоянным для всего ряда

8. Компоновочный расчёт

теплоноситель трубный пучок турбулентный

Площадь проходных сечений теплоносителей:

для газа:

для воздуха:

Длина трубок в одном ходу, при числе ходов Z=2:



Общее число трубок в пучке (кол-во трубок далее округлено до большего целого):

=

Число просветов в ряду пучка:

=)

Число трубок в ряду

Число рядов трубок:

Высота трубного пучка:

100,034=0,34 м

Ширина трубного пучка:

1930,034=6,562 м



Объем теплообменника поверхности нагрева:

21,5730,346,562=7,018

9. Гидравлический расчёт

Коэффициент сопротивления прямой трубы (при 400<Re_в<10⁵)

,

Потеря полного давления теплоносителя вследствие трения потока в прямой трубе пучка одного хода, длиною , диаметром d₁:

Найдем отношение площади входа и выхода теплоносителя из пучка

=0,141

Коэффициент потерь при выходе потока из пучка :

=1,078-3,2180,141+4,687-3,125=0,709

Коэффициент потерь при входе потока в пучка :

(1-0,141)=0,392



Потери давления потока воздуха на входе в пучок труб

=

На выходе потока из пучка труб так же возникают потери полного давления, обусловленные внезапным расширением потока и потерями от смешения потоков из ряда соседних труб.

Потери давления потока воздуха на выходе из пучка труб

=

Потери давления воздуха, связанные с нагреванием:

=1105 Па

Потери полного давления воздуха при продольном обтекании пучка одного хода:

9299 Па

Коэффициент потерь полного давления воздуха при начальном давлении Р₁



Разница между задаваемым коэффициентом потерь полного давления воздуха и расчетным коэффициентом потерь давления воздуха составляет 32,5%. Необходимо делать итерационное приближение, потому что мы достигли разницы более 10%.



Литература

1.В.А. Рассохин, К.Г. Родин, Л.Н. Соболева Расчет теплообменника рекуперативного типа для газотурибнной установки. - СПБ:издательство СПБГПУ.65с.

2. Т. Г. Гавра, П. М. Михайлов, В. В. Рис. Тепловой и гидравлической расчет теплообменных аппаратов компрессорных установок. - Ленинград:ЛПИ. - 72с.

Размещено на Allbest.ru

...