В.Д. Галдин, В.И. Гриценко
ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТ ТЕПЛОХЛАДОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ
Омск – 2008
Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
(СибАДИ)
В. Д. Г а л д и н, В.И. Г р и ц е н к о
ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТ
ТЕПЛОХЛАДОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
АГРЕГАТОВ
Учебное пособие
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области строительства в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 270109 – "Теплогазоснабжение и вентиляция" направления 270100 – "Строительство"
Омск Издательство СибАДИ
2008
1
УДК 621.585:621.1 ББК 31.392
Г 15
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. Н.А. Цветков (ТГАСУ); д-р техн. наук, проф. М.Н. Чекардовский (ТюмГАСУ)
Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия для специальности 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция.
Галдин В.Д., Гриценко В.И. Основы теории и расчет теплохладоэнергетических агрегатов: Учебное пособие. Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. – 166 с.
ISBN 978–5–93204–417–9
Рассмотрены основы теории, выбор основных параметров, методика и пример расчета теплохладоэнергетического агрегата. Приведены элементы теории получения твердого диоксида углерода из продуктов сгорания топлива, расширяющихся в турбодетандере. Выполнено математическое моделирование и приведен расчетно-теоретический анализ вымораживания диоксида углерода из потока газовой смеси.
Пособие предназначено для студентов специальности 270109 – "Теплогазоснабжение и вентиляция", а также специалистов, работающих в области создания экологически чистых энергоустановок.
Табл. 12. Ил. 59. Библиогр.: 37 назв.
ISBN 978–5–93204–417–9 |
В.Д. Галдин, В.И. Гриценко, 2008 |
2
Оглавление
Список основных условных обозначений…….………………………… 4
Предисловие…….………………………………………………………… 5
1.Методы повышения тепловой и экологической эффективности энергоустановок с газовыми турбинами . . . ……………………….. 6
2. Термодинамический цикл теплохладоэнергетического агрегата 13
2.1.Теоретический цикл теплохладоэнергетического агрегата……… 13
2.2.Теоретический цикл с наддувом на входе в газотурбогенератор
ирегенерацией теплоты ………………………………………….. 17
2.3.Анализ эффективности циклов энергоустановок с газовыми турбинами при снижении температуры газов…………………….. 20
3.Расчет параметров теплохладоэнергетического агрегата………… 37
3.1.Методика расчета параметров ТХЭА…….…………………….. … 37
3.2.Пример расчета схемы теплохладоэнергетического агрегата….. 47
3.3.Расчет параметров ТХЭА на переменных режимах работы……. 53
3.4.Расчет теплообменных аппаратов ТХЭА ………………………... 58
4.Элементы теории процессов расширения продуктов сгорания топлива в турбодетандере ……………………………………………. 66
4.1. Компонентный состав ПСТ и его теплофизические свойства |
66 |
4.2.Особенности процесса получения твердого диоксида углерода из расширяющегося потока ПСТ в турбодетандере…………….. 71
4.3.Энергетические характеристики процесса расширения ПСТ в турбодетандере…………………………………………………… 79
4.4.Элементы кинетики фазового перехода…….……………………. 97
4.5.Математическая модель течения ПСТ с образованием твердой фазы диоксида углерода в проточной части турбодетандера..… 104
4.6.Алгоритм численного решения системы уравнений течения ПСТ 115
4.7.Аналитическая аппроксимация геометрических характеристик
детандера и выбор шага интегрирования при расчете течения… 118 4.8. Особенности течения ПСТ в проточной части турбодетандера.. 124
5. Экспериментальное исследование процессов производства теплоты и холода в теплохладоэнергетических агрегатах .…….. 129
5.1.Особенности конструкции экспериментального стенда…….….. 129
5.2.Теплофизические измерения при испытаниях ТХЭА…………… 145
5.3.Экспериментальное исследование и тепловой баланс ТХЭА на
режимах получения холода и твердого диоксида углерода …… |
148 |
Заключение……………………………………………………………….. |
157 |
Приложение…….………………………………………………………… |
158 |
Библиографический список…….……………………………………….. |
164 |
3
|
|
Список основных условных обозначений |
с, w, u |
абсолютная, относительная и окружная скорости, м/с; |
|
|
|
коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); |
, |
|
углы между вектором u и векторами с и w, град; |
h |
|
энтальпия, Дж/кг; |
l |
|
хорда профиля, м; работа, Дж/кг; |
x |
|
координата, отсчитываемая вдоль средней линии тока, м; |
F |
|
площадь, м2; |
1С |
|
выходной угол сопловых лопаток, град; |
1К |
|
входной угол рабочих лопаток, град; |
р, |
|
давление, Па; плотность, кг/м3; |
T, t |
|
температура, К, 0С; |
G, V |
|
массовый расход, кг/с; объемный расход, м3/с; |
Q |
холодопроизводительность, теплопроизводительность, Вт; |
|
|
|
степень расширения, степень сжатия; |
|
|
КПД, динамическая вязкость, кг/(м с); |
q |
|
теплота, Дж/кг; |
cP, с |
|
теплоемкости при постоянных давлении и объеме, Дж/(кг К); |
R |
|
газовая постоянная, Дж/(кг К); |
кпоказатель изоэнтропы, коэффициент теплопередачи,
Вт/(м2·К);
L |
|
удельная теплота сублимации, Дж/кг; |
, |
|
поверхностное натяжение; свободная поверхностная энергия |
N |
|
образования зародыша, Н/м; |
|
мощность, Вт; |
|
|
|
молекулярная масса, кг/кмоль; |
r |
|
объемная концентрация; радиус частиц, м; |
g |
|
массовая концентрация; |
, |
|
скоростные коэффициенты соплового аппарата и рабочего |
|
|
колеса; |
I |
|
скорость ядрообразования, 1/(м3 с); |
n, i |
|
число условных ступеней; номер сечения; |
|
|
удельный объем, м3/кг. |
Индексы и сокращения
0 – сечение на входе в сопловой аппарат; 1 – сечение за сопловым аппаратом; 2 – сечение за рабочим колесом; д – детандер; к – компрессор; т – турбина, твердый; н – нагнетатель; ех – эксергия; О – кислород; N – азот; С – диоксид углерода; ПСТ – продукты сгорания топлива; ВПГ – высоконапорный парогенератор; ПГУ – парогазовая установка; ГТУ газотурбинная установка; ВЦГ – внутрицикловая газификация.
4