УДК 536.242
ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОСТИ В КАНАЛАХ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ
К. С. Гришина1, И. А. Новиков2, В. И. Перунова3
1Студент гр. бТТ-182,kseniya.grishina64@gmail.com
2Студент гр. бТТ-182,Novikov5560@mail.ru
3Студент гр. бТТ-192,vika2005519@mail.ru
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
В данной работе получены математические выражения для определения погрешности среднемассовой температуры жидкости в каналах круглого сечения. Произведён расчёт среднемассовых температур и энтальпии в расчётном сечении. Сделан вывод, что некоторые параметры могут быть найдены только в ходе эксперимента для конкретного режима работы.
Ключевые слова: жидкость, расход, режим течения, сечение, тепловой поток.
Известно, что среднемассовая температура жидкости определяется по энтальпии и давлению в расчётном сечении [1]:
tж =tж (iж , P). |
(1) |
Тогда абсолютная погрешность определения tж может быть записана
как
|
∂t |
|
|
∂t |
|
|
|
δtж = |
|
|
∂iж + |
|
|
δP . |
(2) |
|
|
||||||
|
∂iж P |
|
∂P iж |
|
|
||
Учитывая, что
∂∂iжt P =CPж ,
выражение (2) будет иметь вид
17
|
|
|
1 |
|
|
∂t |
|
|
||
δtж = |
|
|
|
∂iж + |
|
|
δP . |
(3) |
||
|
CPж |
|
||||||||
|
|
|
|
|
∂P i |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
ж |
|
|
где CPж –теплоёмкость жидкости,ккал/(кг°C). |
|
|||||||||
∂t |
|
|
|
|
|
|
|
|||
ЗначенияCPж и |
|
|
|
определяются для конкретного режима испы- |
||||||
|
||||||||||
∂P |
i |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
ж |
|
|
|
|
|
|
тания; δP принимается равным δPвх (δPвх –давление на входе, кг/см2). Энтальпия в расчётном сечении вычисляется следующим образом:
|
|
|
|
|
D |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
g(Dx)D Dx |
|
|
||
|
i |
=i + |
|
ш |
∫0 |
g(x)dx =i |
|
+ |
|
|
|
ш |
, |
(4) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
ж |
вх |
|
|
G |
|
|
вх |
|
|
|
|
G |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δiж |
|
|
δ g(Dx) + |
δDш + |
δDx + δG |
|
|
(5) |
|||||||||||
=δiвх + |
(iж −iвх ). |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
g(Dx) |
Dш |
|
|
|
Dx G |
|
|
|
|||||||
где G – расход жидкости, кг/час; g |
– удельный тепловой поток, |
||||||||||||||||||
ккал/(м2 час); D |
– определяющий размер расходомернойшайбы (диаметр); i |
||||||||||||||||||
ш |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вх |
|
–энтальпия, ккал/кг. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пренебрегая членами δDш |
и δ∆x |
|
в выражении (5) ввидуих малости, |
||||||||||||||||
получим |
|
|
|
|
|
Dш |
∆x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δ g(∆x) |
+ |
δG |
|
|
|
(6) |
||||||
|
δiж =δiвх + |
(iж −iвх ). |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
g(∆x) |
|
|
|
G |
|
|
|
|
||||
Здесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δiж =CPвхδtвх + |
|
∂i |
|
δPвх . |
|
|
(7) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂P |
t |
|
|
|
||||||
Таким образом,
18
|
δiж |
=CPвхδtвх |
|
|
∂i |
|
δPвх + |
|
|
|||||||||||||||||
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
∂P |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8) |
|||||
|
|
|
δ g(∆x) + δG |
(i |
|
|
|
|
|
|
|
). |
|
|
||||||||||||
|
+ |
|
−i |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
g(∆x) |
G |
|
|
|
ж |
|
|
|
|
вх |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Подставляявыражение(8) в (3), получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
∂i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
δiж = |
|
|
|
|
CPвхδtвх |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
δPвх + |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
CPж |
|
|
|
|
|
∂P |
t |
|
|
|
|
|
. |
(9) |
|||||||||
|
δ g(∆x) |
|
δG |
|
|
|
|
|
∂t |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
+ |
|
|
|
+ |
|
|
(iж |
−iвх ) + |
|
|
|
|
|
|
|
δPвх. |
|
|||||||||
g(∆x) |
G |
∂P |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iж |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
∂i |
δPвх , |
|
∂t |
|
|
|
|
|
δPвх , а также погрешно- |
||||||||||
Величины CPж , CPвх , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
∂P |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
∂P t |
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ж |
|
|
|
|
|
сти определения расхода G теплового потока g определяется непосредственно
из эксперимента для конкретного режима испытаний[2], а также с учётом наличия и величины отложений в каналах энергоустанвок[3].
Литература
1.Кулаков, М. В. Измерение температуры поверхности твердых тел / М.В. Кулаков, Б.И. Макаров.–М.:Энергия, 1989.–136с.
2.Осипова, В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена: учебное пособие для вузов/ В.А. Осипова. – 3-е изд., перераб. и доп.– М.:
Энергия, 1979. –320 с.
3.Myraviev A.V. Experimental studies of sediment formation in channels with
annular diaphragms of power plants / A. V. Myraviev, A. A. Nadeev, S. V. Dakhin, V.Yu. Dubanin, A.M. Naumov, Y. A. Vorobeva // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – Vol. 1683. – Pp. 042018. – Doi:10.1088/17426596/1683/4/042018.
19
УДК 536.248.2
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
Л. Н. Васина1, С. В. Дахин2
1Студент гр. мПТ-201,v-lida.2014@yandex.ru 2Канд. техн. наук, доцент, svdakhin@yandex.ru.ru
ФГБОУ ВО«Воронежский государственный технический университет»
Повышение эффективности газотурбинных установок сегодня является актуальной задачей, поэтому в данной статье рассматриваются некоторые из методов её решения, которые являются наиболее перспективными.
Ключевые слова: газотурбинная установка, температура, давление, мощность, энергоэффективность.
Одной из главных задач энерго- и ресурсосбереженияв энергетической области является решение вопроса о повышении эффективности производства.
На сегодняшнее время, большая часть электроэнергии в России производится тепловыми электростанциями, работающими на традиционных паротурбинных установках. КПД этих устройств не превышает 35-40 %. На основании этого сейчас при реконструкциях или строительстве станций применяют газотурбинные и парогазовые установки.Так как, паросиловые установки достигли определённого предела, а газотурбинные и парогазовые всеещё имеют потенциал для совершенствования.
Эффективность газотурбинной установки наблюдаетсятолько при высоких температурах газа и высоком КПД турбины и компрессора. Поэтому только во второй половине ХХ века началось динамичное развитие газотурбостроения, когда в технологии жаропрочных материалов был достигнутопределённый прогресс, а также приобретены требуемые знания в области аэродинамики турбомашин.
Такие параметры наружного воздуха, как температура, давление и влагосодержание существенно влияют на работу энергетической газотурбинной установки. По сравнению с колебаниями температуры наружного воздуха, изменение влагосодержания рабочего тела и колебания давленияоказывают небольшое влияние на работу ГТУ. В различных регионах России колебания температуры достигают отминус55°Сдо плюс45°С. В первую очередь, влияние темпратуры рассматривается принерасчётныхрежимах работы.
20
Параметры наружного воздуха оказывают непосредственное влияние на основные характеристики газотурбиннойустановки.
Преимущественное влияние оказывает изменение внешней температуры воздуха. На рис. 1 показана зависимость основных характеристик установки от внешней температуры.
Рис.1. Зависимость основных характеристик установки от внешней температуры
При анализе влияния температуры на свойства газовой турбины необхдимо учитывать одно изеё характерных свойств, которое отличает еёот других моделей тепловых двигателей: полезная мощностьявляется лишь малой частью мощности,которую производит газовая турбина.По сравнению с паротурбинной
21
установкой, газотурбинная более чувствительно реагирует на измнение потерь в своихагрегатах при высоких коэффициентах полезной работы.
Сегодняшние конструкции энергетических ГТУ позволяют стабилизровать температуру выходных газов. С этой целью применяют одновальныеагзотурбинные установки.Они способствуют снижению потока воздуха, проходящего через компрессор в камерусгорания, а также поддерживают неизменной температуру газовза нейи, следовательно, на входе вкотёл-утилизатор вопределённомдиапазоне частичных нагрузок(рис.2).
Рис.2. Зависимость основных характеристик установки от изменения угла открытия ВНА
После закрытия вращающихся лопастей нагрузка ГТУ продолжает снижаться. Это сопровождается падением температуры отработавших газов, что влечёт за собой понижение эксплуатационных характеристик турбины,вследствие того, что уменьшается температура пара, который генерируется в контуре высокого давления котла утилизатора, а также повышения конечной влажности пара и износа лопаток эрозией. Условно данное решение проблемы можно назвать внутренним.
Существуют и внешние решения проблемы стабилизации характеристик газотурбинных установок. Например, влияние на температуру наружного воздуха, который компрессор удаляет из атмосферы. Это метод применяютв
22
диапазоне отрицательных температур, что позволяет повысить температуру впускного воздуха. Таким образом, чрезмерное увеличение мощности установки и снижение температуры выхлопных газов ограничиваются.Для реализации такого метода используют теплообменники, пропускающие пар или воду. В настоящее время возможно подмешивание части выходных газов к засасываемому воздуху (рис. 3).
Рис.3. Тепловая схема с влиянием на температуру воздуха, поглощаемго компрессором
Дляповышения КПДГТУ также можно изменять температуру на входе в зоне высокой положительной температуры. Для реализации этого метода на установках устанавливают испарительный охладитель ли теплообменные поверхности. Они располагаются за воздушным фильтром на входе воздуха.
На рис. 4 видно, что в условиях сухого и жаркого климата достигается максимальная выгода использования испарительных охладителей. При этом из-за возможности обледенения компрессора при низких температурах диапазон наружного воздуха ограничивается 7 °С.
23
Рис.4. Зависимость основных параметров ГТУ от испарительного охлаждения
Из-за отсутствия возможности охлаждения атмосферного воздуха ниже температуры мокрого термометра, эффективность испарительного охлаждения ограничивается его относительной влажностью.
Более выгодными являются теплообменники длякоторых отсутствует ограничение температурой мокрого термометра. Чаще всего для этого используютустановки с холодильниками компрессорного или абсорбционного типа.
Таким образом, для решения задачи оптимизации работыгазотурбинных установок предложено большое количество способов, в статье были рассмотрены самыераспространённыеиз них.
Литература
1. Зысин, Л. В. Парогазовые и газотурбинные тепловые электростанции: учеб. пособие/ Л.В. Зысин. – СПБ.: Издательство политехнического университ-
та,2010. –368 с.
24
2.Цанев, С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций / С.В. Цанев, В.Д. Буров. –М.: Издательство МЭИ, 2002. –584 с.
3.Вяльцев, А.Ю. Обзор исследований способов понижения эффектив-
ности ГТУ за счет снижения температуры воздуха перед компрессором / А. Ю. Вяльцев, А.Ю. Трошин // Физико-технические проблемы энергетики,экологии и энергоресурсосбережения: труды 20-й научно-технической конференции. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018. –С.9-19.
25