Реферат: Расчет рекуперативного теплообменника газотурбинного двигателя

--PAGE_BREAK--ВВЕДЕНИЕ. 1. Цели и задачи курсовой работы.
Различают конструктивный и поверочный тепловой расчет теплообменного аппарата.

Цель конструктивного расчета состоитв определениивеличины рабочей поверхности теплообменника, которая является исходным параметром при его проектировании. При этомдолжно быть известно количество передаваемой теплоты или массовые расходы теплоносителей и изменение ихтемпературы.

Поверочный расчет выполняется для теплообменника с известной величиной поверхности.

Цель теплового расчета состоитв определении температур теплоносителя на выходе из теплообменника и количества передаваемой теплоты.Подробно с основными схемами теплообменных аппаратов, конструкцией и методикой их расчета можно ознакомиться в  учебной испециальной литературе[1-4].

В задании на курсовую работу необходимо, руководствуясь данной методикой, произвести конструктивный, тепловой и гидравлический расчеты противоточного теплообменника газотурбинной наземной установки замкнутого цикла. В ходе расчета следует выбрать исходные конструктивные соотношения для компоновки теплообменника. определить рабочую поверхность теплообменника. подобрать тепловую изоляцию и основные размеры, сделать эскизную схему аппарата. Необходимо определить затраты мощности на прокачку холодного и горячего теплоносителей.

Учебные пособия, справочники и литература, использованные в курсовой работе, указаны в библиографическом списке.

Конструктивная схема теплообменника представленарис.1

<img width=«395» height=«192» src=«ref-1_556745255-29000.coolpic» v:shapes="_x0000_s1089">
Рис.1. Конструктивная схема теплообменника.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРОТИВОТОЧНОГО РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА 1.Определение массовых секундных расходов теплоносителей.
<img width=«235» height=«39» src=«ref-1_556774255-481.coolpic» v:shapes="_x0000_s1026">
На   основе уравнения теплового баланса (при отсутствии потерь тепла и фазовых переходов теплоносителей)

<img width=«471» height=«67» src=«ref-1_556774736-1430.coolpic» v:shapes="_x0000_s1027 _x0000_s1028 _x0000_s1083">
где изменение энтальпии теплоносителей находится по формуле                

<img width=«373» height=«66» src=«ref-1_556776166-803.coolpic» v:shapes="_x0000_s1084">
Где Gв, Gг -массовый секундный расход теплоносителей,  в котором для газа 

D
t
г
=t’
г
-
t’’
г
=250-35=215 0С, для воды D
tв=t’’в
-
t’
в
=65-15=500С.
2.Определение температурных условий работы теплообменника.
<img width=«288» height=«63» src=«ref-1_556776969-586.coolpic» v:shapes="_x0000_s1029">
Находим среднюю по длине теплообменника температуру жидкости (воды) при условии, что нагрев ее в теплообменнике сравнительно мал:

<img width=«376» height=«37» src=«ref-1_556777555-596.coolpic» v:shapes="_x0000_s1031">
Средняя по длине теплообменника температура газа                                                                           

где среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями

<img width=«554» height=«97» src=«ref-1_556778151-1492.coolpic» v:shapes="_x0000_s1030">
( рис.3)

 

<img width=«249» height=«58» src=«ref-1_556779643-537.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1048"><img width=«119» height=«64» src=«ref-1_556780180-399.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1033">

Если                      то                                                     

<img width=«267» height=«60» src=«ref-1_556780579-677.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1086">                                                                           
По полученным  значениям  t
ср.в   и t
ср. гиз табл.1  и 2  (все таблицы см. в прил.2)   определяются необходимые теплофизические характеристики теплоносителей:                                            

Pr,
m
, Cp,
n
,
l
,
r
:

rг=Pг/RTг=8500000/287*387=76.53 кг/м3
    продолжение
--PAGE_BREAK--3. Определение коэффициентов теплоотдачи                           
Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемого газа к стенке трубки определяют с учетом числа трубок, по которым он протекает, ориентировочно это число может быть найдено по формуле:

<img width=«473» height=«70» src=«ref-1_556781256-970.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1034">

(1)
Принимаем количество трубок n=61.

Скорость газа в трубах принимается равной wг=20…60 м/с при р<0.5 МПа. В нашем случае при р>0.5 МПа скорость принимаем wг= 30 м/с. Для воды скорость принимаем wв= 2 м/с, а диаметр трубки dвн= 10 мм.  Вычислив число  трубок и  округлив его согласно табл.3  так, чтобы  они заполняли  всю трубную  решетку, по nпол=61 находим значение действительной  скорости газа  из формулы  (1).

<img width=«522» height=«70» src=«ref-1_556782226-1014.coolpic» v:shapes="_x0000_s1087">
Полученная скорость  отличается на 5% от рекомендованной (или желаемой), что удовлетворяет погрешности 10%. Определяем предварительно критерий Рейнольдса:

<img width=«499» height=«57» src=«ref-1_556783240-915.coolpic» v:shapes="_x0000_s1036 _x0000_s1037">
или

<img width=«91» height=«50» src=«ref-1_556784155-323.coolpic» v:shapes="_x0000_s1038">
вычисляем  значение  коэффициента  теплоотдачи  из  уравнения:

<img width=«613» height=«31» src=«ref-1_556784478-900.coolpic» v:shapes="_x0000_s1039">
учитывая также критериальное уравнение (применимо к газу и воде):
Имеем

<img width=«625» height=«50» src=«ref-1_556785378-1024.coolpic» v:shapes="_x0000_s1040">
Где y
г
= 1
.
05— коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для охлаждаемого газа.

<img width=«297» height=«62» src=«ref-1_556786402-690.coolpic» v:shapes="_x0000_s1041">
Находим коэффициент теплоотдачи от трубок охлаждающей воде, для чего предварительно определяем проходное (живое) сечение межтрубного пространства.
<img width=«559» height=«53» src=«ref-1_556787092-963.coolpic» v:shapes="_x0000_s1042">
Геометрические размеры поперечного сечения теплообменника должны удовлетворять условию,

<img width=«624» height=«62» src=«ref-1_556788055-1133.coolpic» v:shapes="_x0000_s1047">
где dн
ар
=
d
вн
+2
d=0.01+2*0.002=0.014
м  и d
= 2 мм. Следовательно, внутренний диаметр кожуха:

<img width=«515» height=«51» src=«ref-1_556789188-892.coolpic» v:shapes="_x0000_s1051">
На схеме трубной доски размещаем отверстия под трубки с шагом b=(1.25..1.3)d
вн

 или b=D
вн
/m=0.140/9=0.016,  где m=9 — число трубок, укладываемых на диагонали (табл.3,[4]).В любом случае шаг не должен быть менееbmin
=(1.25...1.3)
d
нар
=9*1.25
=
=0.018м.Т.к шаг не удовлетворяет этому условию, то его надо увеличить и, определив вновь диаметр кожуха D
вн
=b
×
m=0.018*9=0.158 м, оценить новое значение скорости воды в межтрубном пространстве, используя формулы:

<img width=«432» height=«55» src=«ref-1_556790080-1095.coolpic» v:shapes="_x0000_s1049 _x0000_s1052">
Вновь полученная скорость должна быть не менее 0,5 м/ В нашем случае скорость воды удовлетворяет этому условию. В дальнейшие расчеты вводить только скорректированные размеры. Для удобства следует изобразить схему и все размеры межтрубной доски и кожуха. Число Рейнольдса для воды:
<img width=«259» height=«57» src=«ref-1_556791175-584.coolpic» v:shapes="_x0000_s1054">
где                                                                                    

<img width=«501» height=«33» src=«ref-1_556791759-824.coolpic» v:shapes="_x0000_s1055">
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде (жидкости) вычисляется по формуле:

<img width=«652» height=«54» src=«ref-1_556792583-1100.coolpic» v:shapes="_x0000_s1053">
где yв = 1.02 — коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для нагреваемой воды.
    продолжение
--PAGE_BREAK--