автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Тепловая эффективность рекуперативных теплообменников на частичных и неустановившихся режимах

Список принятых обозначений Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований

Выводы по главе

Глава 2. Тепловая эффективность теплообменников на частичных режимах

Выводы по главе

Глава 3. Тепловая эффективность теплообменников на неустановившихся режимах

3.1 Влияние неустановившихся режимов на работу двигателей и метод расчета переходных процессов в теплообменниках

3.2 Переходный процесс в теплообменнике с сосредоточенной массой

3.3 Влияние на переходный процесс в теплообменнике распределенности параметров, отношения а^/а^, \У1Л\>2 и характера тока

3.4 Переходный процесс в теплообменнике при произвольном изменении температур рабочих тел на входе

Выводы по главе

Глава 4 Экспериментальное исследование теплообменника

4.1 Испытание воздухо-водяного холодильника при разных расходах рабочих тел

4.2 Анализ результатов испытаний воздухо- водяного холодильника и сравнение результатов расчетов с экспериментами

Выводы по главе 4.

Основные выводы по работе.

1. Получены уравнения для определения тепловой эффективности рекуперативных теплообменников на частичных режимах холодильников и теплообменников- нагревателей при разных отношениях водяных эквивалентов рабочих тел, разных токах при разных теплоносителях. Использование этих уравнений позволит повысить на 2,5-3% максимальный крутящий момент дизелей с наддувом и охлаждением воздуха. Рост степени регенерации повышает на частичных нагрузках экономичность ГТД до 3,5%.

2. Чем больше отношение водяных эквивалентов отличается от единицы и меньше тепловая эффективность на расчетном режиме, тем сильнее растет Е при уменьшении расхода рабочих тел.

3. Испытания воздухо-водяного холодильника с противотоком и отношением водяных эквивалентов рабочих тел W10/W20 = 0,4 - 0,8 показали, что при уменьшении расхода воздуха на 35% тепловая эффективность увеличивается с 0,54 до 0,6 или на 10%. В воздухо-воздушном холодильнике наддувочного воздуха автомобильного дизеля с Wio/W2o= 0,2 при аналогичном уменьшении расхода воздуха тепловая эффективность увеличилась с 0,65 до 0,7 или на 8%. Результаты испытаний близко совпали с расчетами по полученным уравнениям.

4. На основе модели теплообменника с сосредоточенной массой (емкостью) получены уравнения переходных процессов в нагревателях и холодильниках при разных отношениях водяных эквивалентов, разных токах, отношениях aiFi/a2F2 с учетом распределенности параметров по длине каналов при скачках температур на входе. Применение этого уравнения позволит снизить заброс температур при пуске ГТД с теплообменником на 70-150% и уменьшить время разгона турбокомпрессора на 15-30%. В дизелях с охлаждением воздуха

112 использование этих уравнений позволит уточнить подачу топлива при разгоне.

5. Постоянная времени переходного процесса почти не зависит от 0^1/0^2 и растет с уменьшением отношений водяных эквивалентов и при переходе от прямотока к противотоку. Так, при уменьшении \\y\V2 с 1 до 0,5 постоянная времени увеличивается на 12 %, а при простом поперечном токе постоянная времени расчет на 20 - 25 % по сравнению с противотоком. Учет распределенности параметров по длине каналов увеличивает Т на 10 - 20 %.

6. Полученные уравнения переходного процесса могут быть использованы при любом законе изменения по времени температур рабочих тел на входе. При гармоническом изменении этих температур можно экспериментальным путем определить постоянную времени теплообменника, являющуюся функцией отношения амплитуд изменения температур и круговой частоты процесса.

7. Эксперименты, проведенные на двухвальном газотурбинном двигателе с теплообменником при близком к гармоническому закону изменении температуры газа на входе в теплообменник, позволили экспериментально определить постоянную времени теплообменника с поперечным током. Установлено, что постоянная времени, определенная экспериментально и расчетом по предложенному уравнению близки между собой.

113

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика- М.: Наука, 1990. 810с.

2. Алексеев А.П., Сеху Умар Сиссе, Соломон Кебеде Ядите. Тепловая эффективность воздухо- водяных холодильников на частичных режимах // Известия ВУЗОВ, Машиностроение, 1999 № 2-3, С56-58.

3. Алексеев В.П, Воронин В. Ф, Греков Л. В и Др. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа // М: Машиностроение, 1990, 283 с.

4. Антонов А.Н, Чиванов С. В., Клочков А.Ю. Инженерный метод расчета динамических характеристик теплообменных аппаратов систем регенерации теплоты ГТД. // Российская национальная конференции по теплообмену сборник докладов М.;1994 с 19-23.

5. Барский И.А. , Сеху Умар Сиссе. Переходные характеристики теплообменников при любых отношения водяных эквивалентов.// Сб „Актуальные проблемы научных исследований " М.: Машиностроение, 1999 с 99.

6. Баранов Ю.Ф. Садиков И. Н, Фролова Г.Я. Нестационарные процессы теплообмена в воздухо- воздушных теплообменниках прямоточных, противоточных и перекрестноточных. // Труды ЦИАМ. № 1282, 1991, с 97-109.

7. Барский И. А. Изменение степени регенерации ГТД на неустановившимся режимах // Автомобильная промышленность, N12,1962, с 10-12.

8. Барский И. А. Переходные характеристики теплообменников с распределенными параметрами // Известия ВУЗОВ, Машиностроение, 1974, N 1, с 45 48.114

9. Барский И.А. Переходные характеристики газовоздушного теплообменника. // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1974, N4, с 38-42.

10. Ю.Барский И.А., Шаталов И.К. Расчет характеристик одновальным и двухвальных ГТУ. / М. : РУДН, 1984, 84 с.11 .Барский И.А, Троицкий Н.И. Совершенствованиеэксплуатационных характеристик транспортных ГТД.// Труды НИИД, 1968, N20, с 297 -341.

11. Брский И.А, Орлова Г.В. Газотурбинный автомобиль. // Наука и жизнь 1984, N8, с 56-63.

12. Барский И.А. Параметры теплообменника ГТД при периодическом изменении температуры газа и воздуха на входе.

13. Рабочие процессы в турбинах и ДВС,- М.: РУДН, 1972 с 82 95.

14. Башмаков И.В. Трение и теплообмен в турбулентном потоке газа с высокочастотными периодическими пульсациями давления конечной амплитуды. // Рабочие процессы в турбинах и ДВС. М.: РУДН, 1972. С 34-50.

15. Дьяков А.Ф., Понырин Л.С., Фаворский О.Н. Перспективы применения промышленных ГТУ и ПГУ в энергетике России. // Теплоэнергетика, 1997, № 2. С 5 12.

16. Дьяченко Б.С., Ляшенко В.В., Крысенко Н.И. К расчету динамических характеристик газовоздушных перекрестноточных теплообменников. // Труды НКИ, вып 93. Николаев: 1975 с 25 37.

17. Дриз Е.Ф. Исследование переходных характеристик рекуперативных теплообменных аппаратов с однофазными теплоносителями. // Труды НКИ, вып 93, Николаев: 1975. с 40 48

18. Иванов А.К, Соломон Кебеде Ядите. Теплообменники в газотурбинных установках КС. // Газовая промышленность. 1999, №8, с 30 -31.115

19. Иваи М. Перспективы развития газотурбинных автомобилей. Перевод с английского // Дзндося Гидзюцу, 1985, vol 39, 27 с.

20. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача.-М.-Л.: Энергия, 1975. 350 с.

21. Кейс В.М., Лондон A.A. Компактные теплообменники. М.: энергия, 1967, 310 с.

22. Коссов М.А, Верин Г., Перетурин А.И. Совеременное состояние автомобильных ГТД за рубежом. М.: НАМИ, 1984, 40 с.

23. Кетляр И. В. Частичные и переходные режим работы судовых ГТУ. Л.: Судостроение, 1966, 290 с.

24. Котляр И.В, Ермальчик В.Н. Расчет изменения параметров регенератора на неустановившихся режимах ГТУ. // Теплоэнергетика. 1968, № 8 с 25 28.

25. Кустарев Ю. С, Николаев Ю.А. Оптимизация параметров охладителей сжатого воздуха автотракторных и комбайновых дизелей. // Тракторы и сельхозмашины, 1980, № 9, с 22 25.

26. Кустарев Ю.С. Новое в системе охлаждения ДВС. // Автомобильная промышленность, 1989, № 10, с 22 24.

27. Кусторев Ю.С., Субботин В.П. Регенеративные теплообменники автотракторных ГТД. / М: МАМИ, 1981, 68 с.

28. Лагун И.М. Конвективный теплообмен на переходных режимах. / Российская национальная конференция по теплообмену М.: 1994, с 162- 165.

29. Лобан М.В, Сеху Умар Сиссе, Барский И.А. Использование тепла отработавших газов для повышения экономичности ГТУ компрессорных станций. / Транспорт и подземное хранение газа. Научн техн. сб. М. 2000 №5. с.15-17

30. Мартьянов A.B. Установки для транспортировки тепла и охлаждения. М.: Энергоатомиздат, 1989, 200 с.116

31. Михеев М.А, Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973, 320 с.

32. Николаев Ю.А., Крылов М.В. Повышение параметров дизелей с турбонаддувом путем промежуточного охлаждениявоздуха-М.: НИИ. Автопром, 1982, 46 с.

33. Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия,- М.: МАШТИЗ, 1963, 640 с.

34. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы-М.: Энергия, 1978, 450 с.

35. Сафарова Е. М.Дабахпашева Е.М. Нестационарный теплообмен при резком снижении тепловыделения в стенке канала // Российская национальная конференция по теплообмену. Сборник докладов. М.: 1994, с 240-243.

36. Серов Е.П., Корольков Б.П. Динамика процессов в тепло и0массообменных аппаратах. М.: Энергия, 1967,190 с.

37. Сеху Умар Сиссе, Барский И. А. Переходный процесс в рекуператоре с распределенными параметрами при разных токах // Труды XXXVI конференции „Проблемы теории и практики инженерные исследований." М.: изд. РУДН 2000, 260 с.

38. Степанов Г.Ю. Основы теории лопаточных машин, комбинированных и газотурбинных двигателей. М.: МашГИЗ, 1958,280 с.

39. Уваров В.В. Газовые турбины. М.: ГОНТИ, 1935, 280 с.

40. Федоров В.И., Марцинюк З А. Метод элементарных балансов для расчета нестационарных процессов поверхностных теплообменных аппаратов Киев: Наукова думка, 1977, 144 с.

41. Хайндрих Г., Найроб X. Нестор В. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения. М.: Стройиздат, 1987, 310 с117

42. Шаталов И. К., Виноградов Л.В. Конденсационные установки ПТУ. М.: РУДН, 1996, 20 с.

43. Шварцман Э. Е. Метод расчета рекуперативного теплообменникана переходных режимах // Труды НАМИ, вып 125, М.: 1970, с 25 32

44. Швец И.Т., Федоров В.И. Динамика тепловых процессов стационарных ГТУ,- К.: Наукова думка, 1972, 279 с.

45. Шнеэ Я.И. Газовые турбины. М.: МАШГИЗ, 1960, 620 с.

46. Шевяков С.И., Яковлева Р.В. Инженерные методы расчета динамики теплообменных аппаратов. М.: Машиностроение, 1968, 240 с.

47. London A.L, Biancardi F.R., Mitchel J.W. The transient responce of gas turbine plant heat exchangers. // Transactions ASMI, series A, №4, 1959, pp 47 -58.

48. Pierson P., Pincon L, Padet J. Definition d une efficacité moyenne pour un echangeur fonctionant en regime thermique variable. // Int comm heat mass trransfer vol 17 1990 pp 567 576.

49. Boite W. Das ubertragunsverhalten von Gegenstrom warmetauscher. // Warme, vol 79, 1973, № 2 3, s 25 - 36.