Разработка рекомендаций по выбору рабочего тела и режимных параметров замкнутой газотурбинной установки
Введение
Проблемы, связанные с нарастающей конкуренцией в борьбе за ресурсы и защитой окружающей среды, занимают сегодня одно из первых мест среди важных задач человечества. На фоне этого наблюдается соперничество различных видов агрегатов преобразовывающих тепловую энергию в механическую, далее в электрическую.
Выделены два важнейших вида: тепловые агрегаты и безмашинные преобразователи энергии. Главное преимущество безмашинных преобразователей энергии заключается в отсутствии у них вращающихся частей. Исходя из этого, они характеризуются упрощенной принципиальной схемой. Но у данных установок низкая единичная мощность.
Машинные преобразователи разделяют на два типа: двигатели внутреннего сгорания и двигатели с внешним подводом теплоты.
Одним из видов двигателей с внешним подводом теплоты является замкнутая газотурбинная установка, которая способна обеспечить потребителя электроэнергией и теплом
Для оптимизации режимных и геометрических характеристик замкнутых газотурбинн
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 6
1.1. Разомкнутые газотурбинные установки 6
1.2. Замкнутые газотурбинные установки 7
1.3. Способы повышения эффективности замкнутой газотурбинной установки 10
1.3.1. Диапазоны параметров цикла замкнутых газотурбинных установок 10
1.3.2. Анализ теплообменных аппаратов замкнутой газотурбинной установки 14
1.3.3. Выбор рабочего тела замкнутых газотурбинных установок 16
1.3.4. Выбор схем замкнутых газотурбинных установок 16
2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧИХ ТЕЛ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ 19
2.1. Теплофизические характеристики газов 19
2.2. Сравнительная характеристика теплопроводности разных газов 21
2.3. Сравнительная характеристика динамический вязкости разных газов 21
2.4. Сравнительная характеристика теплоёмкостей разных газов 22
2.5. Азот 23
2.6. Углекислый газ 25
2.7. Аргон 26
3. ПАРАМЕТРЫ ЗАМКНУТОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ПРИ РАБОТЕ НА РАЗНЫХ ТЕЛАХ. РАСЧЕТ И АНАЛИЗ 29
3.1. Описание математической модели замкнутой газотурбинной установки с рабочим телом азот 29
3.2. Анализ параметров замкнутой газотурбинной установки при работе на разных телах 42
4. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ ЗАМКНУТОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ 44
4.1. Параметры замкнутой газотурбинной установки с рабочим телом азот при различных степенях сжатия 44
4.2. Анализ фазового состояния рабочего тела – азот 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Арбеков А.Н. Выбор параметров и эффективных тепловых схем газотурбинных установок замкнутого цикла для наземного и космического применения: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва 2010. 333 с.
2. Арбеков А.Н., Голубев С.В., Егоров К.С., Новицкий Б.Б. и др. Исследование теплогидравлических характеристик высококомпактных поверхностей теплообмена/Сборник тез. докл. XII Всеросс. Межвуз. Научно-техн.конф. «ГТ и КУ», М.: МГТУ, 2010. С.186-187.
3. Арбеков А.Н., Бурцев С.А. Исследование цикла замкнутой газотурбинной тригенерационной установки последовательной схемы. М.: Машиностроение, 2012, С.47.
4. Арбеков А.Н. Выбор рабочего тела для замкнутых газотурбинных установок мощностью от 6 до 12 кВт, работающих на органическом топливе, ТВТ, 2014. -243.
5. Бекнев В.С. и др. Состояние и перспективы развития ГТУ замкнутого цикла для атомной энергетики за рубежом, 2015. – 48 с.
6. Арбеков А.Н. и др. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок: учебник для вузов/под общ. ред. А.Ю. Вараксина. – 4-е изд., испр. – Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. – 678 с.
7. Манушин Э.А., Михальцев В.Е., Чернобровкин А.П. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. М. «Машиностроение», 2014. 447 с.
8. Злобин В.Г., Верхоланцев А.А. Газотурбинные установки. Часть 1. Тепловые схемы. Термодинамические циклы: учебное пособие/ВШТЭ СПбГУПТД. – СПб., 2020. – 114 с.
9. Манушин Э.А., Бекнев В.С., Осипов М.И., Суворцев И.Г. Ядерные газотурбинные и комбинированные установки. М.: Энергоатомиздат, 2018. 272 с.
10. Иванов В.Л., Леонтьев А.И., Манушин Э.А., Осипов М.И. Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 592 с.
11. Автономная замкнутая газотурбинная холодоэнергетическая установка мощностью 1-3 кВт, работающая
В основном все теплообменные аппараты в составе газотурбинной установки поверхностные. Самым распространенным из перечисленных выше аппаратов считается пластинчатый теплообменный аппарат, т.к. он обладает наименьшими габаритами, по сравнению с другими видами теплообменных аппаратов, еще отличается простотой обслуживания - разборные, полусварные и сварные теплообменные аппараты просто промывать, поскольку они могут быть полностью разборными, или частично, так открывается доступ к пластинам, высокая производительность – КПД около 95%, ценовой диапазон пластинчатых теплообменных установок ниже, нежели подобных кожухотрубных, спиральных или блочных агрегатов. Пластинчатый теплообменник – это актуальный вид теплообменных аппаратов, которые энергично побеждают аналоги устаревших типов, такие как кожухотрубные агрегаты. Этому помогает их компактность, низкая цена, высокие показатели техническ