2.6. Безразмерные комплексы - критерии

- критерий Нуссельта. Он характеризует теплоотдачу на границе стенка-жидкость.

- критерий Пекле. Характеризует соотношение между теплом, переданным за счет конвекции и теплопроводности;

- критерий Грасгофа. Характеризует подъемные силы, обусловленные разностью плотностей нагретых и холодных частиц жидкости, находящейся в гравитационном поле. Является основным критерием при описании свободной конвекции;

- критерий Рейнольдса. Характеризует соотношение между силами инерции и вязкости и определяет режим движения жидкост

- критерий Эйлера. Характеризует соотношение между силами давления и инерции. В некоторых случаях критерий Pe удобнее представить как , где - критерий Прандтля. В отличие от предыдущих критерий Pr состоит целиком из физических параметров, поэтому сам является физическим параметром, только безразмерным.

3 Газотурбинные установки

3.1 Способы повышения экономичности гту

1. Регенеративный цикл гту ( способ повышения кпд гту).

2. Гту с промежуточным охлаждением воздуха

(способ увеличения удельной полезной работы). Чаще всего его реализуют в одном воздухоохладителе, а процесс сжатия – в двух компрессорах . При этом заметно падает работа сжатия, а удельная работа повышается.

Охлаждение воздуха при сжатии увеличивает затраты теплоты топлива, вводимого в камеру сгорания. В связи с этим охлаждение воздуха не всегда способствует повышению КПД установки.

Промежуточное охлаждение воздуха существенно увеличивает общую оптимальную степень повышения давления по сравнению с простой ГТУ.

Оптимальное значение для получения максимальных как полезной работы ГТУ, так и КПД ее выработки оказывается существенно выше, чем в ГТУ простой тепловой схемы.

3. Гту с промежуточным подводом тепла (способ увеличения удельной полезной работы).

Предусматривается включение дополнительных камер сгорания. Тепловая схема ГТУ с промежуточным подогревом газа в одной дополнительной камере сгорания Дополнительный ввод топлива прежде всего повышает удельную работу установки. Также увеличиваются затраты топлива.

Данная ГТУ может быть выполнена двухвальной, тогда степень понижения давления в турбинах определяется условием баланса мощности выделенного турбокомпрессорного блока

4. Гту с промежуточным охлаждением и с промежуточным подогревом.

Чаще всего они реализуются в схеме с выделенным валом высокого давления, который не вырабатывает полезной мощности (рисунок 3.1.4). Цикл представлен на рисунке 3.1.5. Промежуточное охлаждение и подогрев рабочего тела приводят к существенному росту как полезной работы установки, так и ее КПД. По сравнению с простой ГТУ полезная работа возрастает в 1,5-2 раза, КПД – на 3-5%. Для реализации столь высоких показателей ГТУ необходимо обеспечить высокую общую степень повышения давления в цикле.

3.2 Регенеративные гту. Степень регенерации. Достоинства и недостатки регенеративных гту

В регенеративных ГТУ теплота уходящих газов используется для подогрева воздуха после компрессора перед его поступлением в камеру сгорания. Схема такой ГТУ представлена на рисунке 3.2.1.а.

Тогда максимальный теоретический КПД регенеративного цикла

.

Для определения количества теплоты, сообщенной воздуху в регенераторе, используют такой показатель, как степень регенерации .

Температура воздуха после регенератора .

Эффективный КПД регенеративной ГТУ:

Максимум имеет место при значительно меньших , чем в простом цикле.

Влияние степени регенерации на требуемую поверхность противоточного поверхностного теплообменника представлено зависимостью , где G- средний массовый расход по воздушной и газовой сторонам; С_р – средняя теплоемкость; k – коэффициент теплопередачи.

Заметим, что при увеличении r, например, с 0,67 до 0,8 необходимая поверхность растет приблизительно в два раза, а с 0,8 до 0,9 – еще более чем в два раза.