Расчет теплообменника газотурбинного двигателя замкнутого цикла

Оценим новое значение скорости воды в межтрубном пространстве:

Определим число Рейнольдса:

;

;

;

Вычислим коэффициент теплоотдачи:

.

Схема расположения труб в трубной решетке представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема расположения труб в трубной решетке

 

2.4 Определение коэффициентов  теплоотдачи.

 

Коэффициент теплопередачи определяется простым соотношением по формуле:

     

,                  (2.13)

где d - толщина стенки, м;

lст - теплопроводность стенки, Вт/мК

При вычислении среднего диаметра необходимо соблюдать следующие правило: так как aг < aв , то dср = dвн = 0,008 м.

При малой толщине стенки трубки (теплопроводность lст = 226,785 Вт/мК) можно воспользоваться соотношением для плоской стенки.

Если при этом dнар /dвн < 1,5, то погрешность расчета не превышает 3%. Коэффициент Rзаг , учитывающий загрязнение стенок в ходе эксплуатации теплообменника, снижает обычно коэффициент теплопередачи на 20 - 30%. В данном случае dнар /dвн = 1,75 > 1,5.

Таким образом, коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

                                  (2.14)

 

2.5 Определение площади  поверхности охлаждения.

 

Площадь поверхности охлаждения определяется по основному выражению теплопередачи:

                                          (2.15)

Откуда

.

 

Определяется длина труб по формуле:

.                         (2.16)

Остальные размеры теплообменника определяются с учетом устройства подводящих каналов для прохода воды. Основные размеры подводящих устройств холодильника представлены на рисунке 5.

 

Рисунок 5 - Основные размеры подводящих устройств холодильника

 

Скорости теплоносителя в подводящем коллекторе и штуцере должны быть примерно равны. В этом случае их подводящие сечения связаны между собой равенством:

То есть

Выполняется определение размеров подводящих каналов.

Определяется площадь сечения:

Откуда

Полученное значение округляется (в сторону увеличения) до ближайшего стандартного. Принимается dшт= 0,2 м.

Определяется ширина кольцевого коллектора по формуле:

                                (2.17)

Определяется высота кольцевого коллектора по формуле: 

       

                    (2.18)

Определяется высота круглого подхода к трубкам по формуле:

   

                            (2.19)

Определяется диаметр наружного кожуха кольцевого канала (коллектора) по формуле:

                         (2.20)

 
 

 

 

3 Гидравлический расчет теплообменника

Гидравлический  расчет  теплообменника  необходим,  потому  что  между  теплопередачей  и  потерей  давления  существует  тесная  физическая и экономическая связь. Чем больше скорость теплоносителей, тем выше коэффициент  теплопередачи   и  тем   компактнее  для   заданной  тепловой производительности  теплообменник,   а  следовательно,   меньше  капитальные затраты. Но при этом растет сопротивление потоку и возрастают эксплуатационные затраты.

Основной  задачей   гидромеханического  расчета   является  определение потери давления теплоносителя при прохождении его через аппарат.       

Полный  перепад  давления,  необходимый  при  движении жидкости или газа через теплообменник, определится по формуле:

где слагаемые - суммарные потери сопротивления трения на всех участках, местные потери давления, потери обусловленные ускорением потока в канале и затраты на преодоление самотяги. В нашем случае учтем первые три вида потерь, определяемые по формулам (для воды):

nкан - число подводящих воду каналов (штуцеров).                     

 

Т. к Reв>2500, то движение среды турбулентное и тогда

                                                                         

 

 

 

Местное сопротивление при продольном омывании пучков:

 

 

Потери в итоге:

 

Мощность, затрачиваемая на перемещение теплоносителей через межтрубное пространство, определяется по соотношению:

Выбираем насос AL-KO Drain 11001:

 

Тип	погружной дренажный
Глубина погружения	5 м
Максимальный напор	9.5 м
Пропускная способность	11.2 куб. м/час
Напряжение сети	220/230 В
Потребляемая мощность	850 Вт

 

При выборе оптимальных форм и размеров поверхности нагрева теплообменника принимают наивыгоднейшее соотношение между поверхностью теплообмена и расходом энергии на движение теплоносителей. Это соотношение устанавливается на основе специальных технико-экономических расчетов, которые в нашей курсовой работе не выполняются.

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной курсовой работе был произведен тепловой и гидравлический расчет противоточного рекуперативного теплообменника для газотурбинной наземной установки замкнутого цикла. Для заданных параметров рабочего тела определены оптимальные размеры рекуператора, которые соответствуют минимальным значениям суммарных потерь тепловой мощности. Оптимальный диаметр кожуха теплообменника - 0,29 метра, оптимальная длина труб – 1,51 метра.

Полный перепад давления, необходимый при движении жидкости или газа через теплообменник составил 26965,327 Па; мощность, затрачиваемая на перемещение теплоносителя через межтрубное пространство – 826,627 Вт.

 

 

 

 

 

.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Расчет теплообменника газотурбинного двигателя замкнутого цикла [Текст] / Методические указания / Сост. А. П. Толстоногов, Н. Д. Колышев. Куибыш. авиац. ин-т. Куйбышев, 1989. 20с.
2. Кутателадзе С. С., Боришанский В. М. Справочник по теплопередаче [Текст] / М.: Госэнергоиздат, 1969.
3. СТО СГАУ 02068410-004-2007. Общие требования к учебным текстовым документам [Текст] / Методические указания. – Самара, СГАУ, 2007. – 33 с.