Федеральное агентство по образованию

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика С.П. Королева

Факультет двигателей летательных аппаратов

Кафедра теплотехники и тепловых двигателей

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе по теплопередаче на тему

“Расчёт теплообменника газотурбинного двигателя замкнутого цикла”

Вариант №20

Выполнил: Рыбальченко М.Д.

Группа 2302

Проверил Угланов Д.А.

Оценка:

Самара 2011

СОДЕРЖАНИЕ

стр

ВВЕДЕНИЕ

1 Описание, конструкция и принцип работы теплообменника ГТД замкнутого цикла

2 Тепловой расчёт противоточного рекуперативного теплообменника

2.1 Определение массовых секундных расходов теплоносителей

2.2 Определение температурных условий работы теплообменника

2.3 Определение коэффициентов теплоотдачи

2.5 Определение площади поверхности охлаждения

3 Гидравлический расчёт теплообменника

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Реферат

Курсовая работа

Пояснительная записка:

ТЕПЛООБМЕННИК, ГТД, ЗАМКНУТЫЙ ЦИКЛ, ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ, КРИТЕРИЙ РЕЙНОЛЬДСА, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ, ПЛОЩАДЬ СЕЧЕНИЯ, ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, МОЩНОСТЬ.

Объектом исследования является теплообменник-холодильник газотурбинного двигателя замкнутого цикла.

Цель работы - конструкторский тепловой и гидравлический расчёт теплообменника.

В процессе работы использована методичка конструкторского теплового и гидравлического расчёта противоточного теплообменника-холодильника газотурбинной наземной установки замкнутого цикла.

В результате работы определено, что выбор оптимальных форм и размеров поверхности нагрева теплообменника оказывает влияние на соотношение между поверхностью теплообмена и расходом энергии на движение теплоносителей.

Эффективность работы заключается в выборе исходных конструктивных соотношений для компоновки теплообменника, в определении площади рабочей поверхности теплообменника и его основных размеров, потерь давления теплоносителя при прохождении его через аппарат, затрат мощности на прокачку холодного теплоносителя.

Введение

Аппараты теплообменные предназначены для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред в технологических процессах, теплообмена между технологическими средами с температурой от минус 60 С до плюс 550 С. В зависимости от назначения кожухотрубчатые аппараты могут быть теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями.

Холодильники -для охлаждения различных жидких или газообразных сред пресной, морской воды или хладагентами с температурой охлаждаемой среды в кожухе от 0 до+400 С и температурой охлаждающей среды в трубах от – 20 до +60 С. Конденсаторы – для конденсации и охлаждения парообразных сред пресной, морской водой или другими хладагентами с температурой конденсируемой среды в кожухе от 0до 400 С и температурой охлаждающей среды в трубах от -20 до+60 С. Испарители- для нагрева и испарения различных жидких сред с температурой греющей и испаряемой сред от минус 30 до плюс 450 С, для приема, хранения и выдачи жидких и газообразных сред, для систем отопления и горячего водоснабжения, работающих в режиме 70/150 C, 70/130C и 70/95 C.

Теплообменные аппараты изготовляются: по расположению - вертикальными и горизонтальными, и наклонными, в соответствии с требованиями технологического процесса или удобства монтажа.; по числу ходов в трубном пространстве - одноходовыми, двухходовыми, четырехходовыми и шестиходовыми; по компоновке – одинарными и сдвоенными; по материалу основных узлов и деталей – с деталями трубного и межтрубного пространства из коррозионностойкой стали, а межтрубного пространства – из углеродистой стали; с трубами из латуни или алюминиево-магниевого сплава и деталями межтрубного пространства из углеродистой стали.

Задание

Выполнить конструкторский тепловой и гидравлический расчёт противоточного теплообменника-холодильника газотурбинной наземной установки замкнутого цикла. Исходные данные в таблице 1:

Q, кДж	tв’,С	tв’’,С	tг’,С	tг’’,С	pг,МПа
					13,5

1 Описание, конструкция теплообменника ГТД замкнутого цикла

Принципиальная схема газотурбинной установки регенеративного цикла с промежуточным охлождением газа в теплообменнике-холодильнике представлена на рисунке 1.

Схема газотурбинного регенеративного цикла включает в себя 1- реактор, 2-турбина,3- компрессор, 4- электрогенератор, 5-теплообменник, 6 – холодильник, 7 – регенератор.

Рисунок 1 – Принципиальна схема газотурбинного цикла с промежуточным охлаждением газа.

Конструктивная схема теплообменника представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Конструктивная схема холодильника

Холодильник представляет собой кожухотрубчатый теплообменник, расположенный горизонтально. Теплопередающая поверхность его образована пучком труб 1, закреплённых в трубных решётках 2, которые охвачены кожухов 3, снабженными днищами 4 и потрубками 5 для входа и выхода газа и охлаждающей воды. Таким образом, получаются две полости, разделенные стенками труб трубное пространство, по которому движется горячий газ (воздух) и межтрубное пространство, по которому движется охлаждающая вода. Общий вид некоторых теплообменных кожухотрубчатых аппаратов представлен на рисунке 3.

2 тепловой расчет противоточного рекуперативного теплообменника

2.1 Определение массовых секундных расходов теплоносителей

На основе уравнения теплового баланса, при отсутствии потерь тепла в фазовых переходах теплоносителей (), массовый секундный расход теплоносителей определяется по формуле

G-массовый секундный расход,кг/с;

Q-тепловой поток, Вт;

∆і- изменение энтальпии, Дж/кг.

Где – средняя изобарная теплоёмкость, Дж/кг*К;

-изменение температуры, (для газа , для воды ) ºС

Температурные условия работы теплообменника, необходимые для вычисления массовых секундных расходов теплоносителей и значения массовых секундных расходов теплоносителей определены в пункте 2.2

2.2 Определение температурных условий работы теплообменника

Средняя по длине теплообменника температура воды определяется по формуле:

ºС

Где – температура на входе, ºС

-температура на выходе, ºС

Средняя по длине теплообменника температура газа определяется по формуле:

Где – среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями.

ºС

ºС

По полученным значениям и определяются теплофизические характеристики теплоносителей, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2-Теплофизические характеристики теплоносителей [1].

Параметр	Газ	Параметр	Вода
Т, К	396,7	,ºС	28,5
, кг/м³	0,898	, кг/м³	995,6
, кДж/кг×К	1,009	, кДж/кг×К	4,173
, Вт/м×К	3,34	, Вт/м×К	0,62
, м²/с	36,8	, кДж/кг	125,66
, м²/с	25,45	, Н×с/м²	81,7
	0.686		5,41
-	-	p, МПа	0,0043

2.3 Определение коэффициентов теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде (жидкости) вычисляется по формуле

,

- коэффициент теплоотдачи, Вт/м²×К

- диаметр трубки ( = 8…12 мм)

-коэффициент теплопроводности, Вт/м×К

- критерий Рейнольдса

- критерий Прандтля

=105 – коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для охлаждаемого газа

мм

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:

Где, - плотность газа, кг/м³;

- скорость газа, (), м/с

Скорость газа принимается равной 20 м/с

Число трубок округляется до 91

Определяется значение действительной скорости газа

Полученная скорость отличается на 5,5% от рекомендованной, что удовлетворяет погрешности 10%.

Критерий Рейнольдса определяется по формуле:

Где - коэффициент кинематической вязкости газа, м²/с

м²/с

Вт/м²×К

Коэффициент теплоотдачи от трубок к охлаждающей воде определяется по формуле:

Где - диаметр эквивалентный, м;

=1,05 – коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора для нагреваемой воды.

Определяется проходное (живое) сечение межтрубного пространства по формуле:

Где -плотность воды, кг/м³

-скорость воды, ( =1…3) м/с

Скорость воды принимаем равной 2 м/с;

м²

Внутренний диаметр кожуха определяется по формуле:

м

Где - толщина стенки трубы, ( = 2…4) мм

Толщину стенки трубы принимаем равной 2мм

м

На схеме трубной доски размещаются отверстия под трубки с шагом:

= (1,25…1,3) =1,25∙0,014=0,0175м

Шаг должен быть не меньше минимального шага:

= (1,23…1,28) =1,23∙0,014=0,0172м

Принимаем шаг равный 0,02м

Кожухотрубчатые теплообменники – наиболее распространённая конструкция теплообменной аппаратуры. По ГОСТ 9929-82 стальные кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготовляют следующих типов: ТН – с неподвижными трубными решётками; ТК – с температурным компенсатором на кожухе; ТП – с плавающей головкой; ТУ – с U-образными трубами; ТПК – с плавающей головкой и компенсатором на ней.

Данная работа посвящена расчету противоточного кожухотрубчатого теплообменника-холодильника газотурбинной наземной установки замкнутого цикла. Основными элементами кожухотрубчатых теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крышки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решётках развальцовкой, сваркой и пайкой.

Дата добавления: 2015-08-28