Сравнительный расчет основных параметров регенеративного теплообменника для малоразмерной газотурбинной установки

УДК 621.452.3

Ахполов Д.А., Палагин Е.С., Ортикова Ю.Б.

Научный руководитель: Бирюк В.В., д.т.н., профессор.

Основной целью данной научной работы являлся выбор оптимального типа регенеративного теплообменника для малоразмерной газотурбинной установки. Критериями для выбора служили габаритные размеры, тепловые параметры и гидравлические потери в рекуператоре. Для сравнения были выбраны кожухо-трубчатый и пластинчато-ребристый теплообменники.

Кожухо-трубчатые теплообменники - наиболее распространенная конструкция теплообменной аппаратуры. По ГОСТ 9929-82 стальные кожухо-трубчатые теплообменные аппараты изготовляют следующих типов: ТН - с неподвижными трубными решетками; ТК - с температурным компенсатором на кожухе; ТП - с плавающей головкой; ТУ - с U-образными трубами; ТПК - с плавающей головкой и компенсатором на ней. Основными элементами кожухо-трубчатых теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крышки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решетках развальцовкой, сваркой и пайкой. По сравнению с пластинчато-ребристым, данный рекуператор имеет некоторые преимущества такие как легкая чистка теплопередающей поверхности, простая конструкция и сравнительно небольшая стоимость. Основным недостатком такого типа теплообменников являются большие габариты.

Конструктивно теплообменники с рассеченной пластинчато-ребристой рабочей поверхностью выполняются в виде чередующихся воздушных и газовых пакетов, которые, в свою очередь, представляют собой чередование тонких листов и гофрированных пластин. Перспективность применения теплообменников с рассеченной пластинчато-ребристой поверхностью теплообмена для регенерации тепла в ГТД обуславливается тем, что при прочих равных условиях их коэффициент компактности может превышать 1000 м2/м3. При прохождении теплоносителя вдоль длины каналов рассеченной пластинчато-ребристой поверхности периодически образуются граничные вихри, интенсивность которых определяется как газодинамическим эффектом входа потока в канал, так и конечной толщиной ребра.

К теплообменникам газотурбинных установок предъявляют следующие требования: высокая компактность, малая металлоемкость, возможность компоновки в цилиндрическом корпусе, герметичность и стабильность теплогидравлических характеристик в пределах эксплуатационного цикла. Первой стадией научной работы являлись конструкторский и проектный расчет описанных выше теплообменников. В результате расчетов определено, что пластинчато-ребристый теплообменник наиболее оптимален для газотурбинной установки по сравнению с кожухо-трубчатым. Этому способствуют следующие показатели: габаритные размеры, коэффициент компактности и масса рекуператора.

Таблица сравнения полученных характеристик рассчитанных теплообменников для ГТУ мощностью 100Вт.

	Кожухо- трубчатый теплообменник	Пластинчатый теплообменник
Габаритные размеры	D = 0,663м, L = 3м	0,77х0,55х0,71м
Коэффициент компактности	95,3
Выходные параметры (х/гор.):
Т_вых, К	901/536	861,7/576,8
Р_вых, кПа	431,6/106	438,2/104,1
N, Вт	7716/8373	3746/10623

Следующим этапом выполнения научной работы будут построение трёхмерной модели пластинчато-ребристого теплообменника в SolidWorks с последующим импортированием в систему конечно-элементного анализа ANSYS Fluent, для получения данных о математической модели. Далее будет проведен сравнительный анализ результатов, полученных при помощи математической модели, с первоначальным расчетом.

12 3 Следующая ⇒