Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика С. П. КОРОЛЕВА

(национальный исследовательский университет)

Факультет Двигатели летательных аппаратов

Кафедра теплотехники и тепловых двигателей

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по теплопередаче на тему

“Расчет теплообменника газотурбинного двигателя замкнутого цикла ”

Вариант №5

Выполнил: Усенов Ж.Б.

группа 9231

Проверил: Белозерцев В.Н.

Оценка:

Дата:

Самара 2016

ЗАДАНИЕ

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

Таблица 1 - Исходные данные

Q, кДж/с					Рг , МПа
2095	15	39	254	44	6

Реферат

Курсовая работа

Пояснительная записка: 18 с, 5 рисунков, 2 таблицы, 7 источников.

ТЕПЛООБМЕННИК, ГТД, ЗАМКНУТЫЙ ЦИКЛ, ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ, КРИТЕРИИЙ РЕЙНОЛЬДСА, КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ, ПЛОЩАДЬ СЕЧЕНИЯ, ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, МОЩНОСТЬ.

Объектом исследования является теплообменник-холодильник газотурбинного двигателя замкнутого цикла.

Цель работы - конструкторский тепловой и гидравлический расчет теплообменника.

В процессе работы использована методика конструкторского теплового и гидравлического расчета 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.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1 Описание, конструкция и принцип работы теплообменника ГТД замкнутого цикла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Тепловой расчет противоточного рекуперативного теплообменника

2.1 Определение массовых секундных расходов теплоносителей . . . . . . . 9

2.2 Определение температурных условий работы теплообменника . . . . . . 10

2.3 Определение коэффициентов теплоотдачи . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

2.4 Определение коэффициентов теплоотдачи . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.5 Определение площади поверхности охлаждения . . . . . . . . . . . . . . 16

3 Гидравлический расчет теплообменника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ . . . . . . . . . . . . . . . 22

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

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 пространств из углеродистой или коррозионностойкой стали; с деталями трубного 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.

Кожухотрубчатые теплообменники - наиболее распространенная конструкция теплообменной аппаратуры. По ГОСТ 9929-82 стальные кожухотрубчатые 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.

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 решетках развальцовкой, сваркой и пайкой.

1. Описание, конструкция теплообменника гтд замкнутого цикла

Принципиальная схема газотурбинной установки регенеративного цикла с промежуточным охлаждением 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 - Принципиальная схема газотурбинного регенеративного 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, закрепленных в трубных решетках 2, которые охвачены кожухом З, снабженным днищами 4 и патрубками 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.

Рисунок 3 - Аппараты теплообменные кожухотрубчатые

2 Тепловой расчет противоточного рекуперативного теплообменника

2.1 Определение массовых секундных расходов теплоносителей.

На основе уравнения теплового баланса, при отсутствии потерь тепла в фазовых переходов теплоносителей (Q = Gг iг = Gв iв ), массовый секундный расход теплоносителей определяется по формуле:

, (2.1)

где G - массовый секундный расход, кг/с;

Q - тепловой поток, Вт;

i - изменение энтальпии, Дж/кг.

, (2.2)

где - средняя изобарная теплоёмкость, Дж/кгК;

t - изменение температуры, (для газа , для воды ) С.

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:

, (2.3)

где - температура на входе, С;

- температура на выходе, С.

Средняя по длине теплообменника температура газа определяется по формуле:

, (2.4)

где t_ср - среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями.

(2.5)

По полученным значениям t_{ср в} и t_{ср г} определяются теплофизические характеристики теплоносителей, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Теплофизические характеристики теплоносителей [ 1 ]

Параметр	Воздух	Параметр	Вода
T, К	393 К	t, C	30
, кг/м3	0,898	, кг/м3	995,7
Сp , кДж/кгК	1,009	Сp , кДж/кгК	4,173
, Вт/мК *102	3,34	, Вт/мК	62∙10-2
а, м/с2	36,8*106	i, кДж/кг	125,6
0 , м/с2	25,4510-6	, Нс/м2	801,510-6
Pr	0,686	Pr	5,41
___	___	р, МПа	0,0043

;

.