Оценка термодинамического совершенства цикла Брайтона с регенерацией тепла. Расчёт теплообменного аппарата

Рис.2. Цикл Карно в p,v  координатах

«1 – 2» - адиабатический процесс сжатия;

«2 – 3» - изотермический процесс расширени –подвод теплоты к рабочему телу

«3 – 4» - адиабатический процесс расширения;

«4 – 1» - изотермический процесс сжатия –  отвод теплоты  от рабочего тела ;

3.2.5. Расчёт параметров  состояния рабочего  тела на входе  и выходе из  теплообменного аппарата:

1. холодный теплоноситель:

Вход (точка 2): Па;

  К;

;

 К;

  Па;

Выход (точка 2_та): ;

2. горячий теплоноситель:

Вход (точка 4): Па;

;

К;

;

Выход (точка ): Па;

К;

;

;

3.2.6. Количество теплоты,  полученное холодным  теплоносителем в  теплообменном аппарате:

;

3.2.7. Экономия топлива  (в процентах) при  использовании регенерации  тепла составляет:

;

3.2.8. Совершенство термодинамического цикла Брайтона с регенерацией тепла:

1. ;
2. ;
3. ;
4. ;

3.2.9. Оценка возможности  использования регенерации  тепла в цикле  Брайтона

1. Определяется максимальное значение степени повышения давления  из условия (Т₄³Т₂):

Часть 2. Расчёт теплообменного аппарата.

Исходными данными  для решения задачи являются:

1. Параметры состояния на входе в теплообменный аппарат холодного и горячего теплоносителей.
2. Параметры состояния на выходе из теплообменного аппарата холодного и горячего теплоносителей. Значения всех параметров состояния берутся из первой части контрольной работы при расчете цикла Брайтона с регенерацией тепла при оптимальном значении p_орт.
3. Массовый расход  холодного и горячего теплоносителей         G_хол=G_гор, кг/с.
4. Форма канала – равносторонний треугольник со стороной l₁ для холодного теплоносителя и l₂ для горячего теплоносителя.
5. Скорость течения холодного с₁ и горячего с₂ теплоносителей, м/с.

Значения  исходных данных, перечисленных в  п.3,4,5, берутся из табл. 3

3.3.1. При расчете цикла  Брайтона с заданной  степенью регенерации s_р становятся известными параметры состояния холодного (точка «2» или точка «к» и точка «2_та» или точка «к_та») и горячего (точка «4» или точка «т» и точка «4_та» или точка «т_та») теплоносителей на входе и выходе из теплообменного аппарата.

_{Точка 2:}

  Па;    Па;

  К;     К;

;    ;

 ;    ;

Точка 4:

 Па;    Па;

 К;      К;

;    ;

                        ; 

3.3.2. Далее рассчитываются:

1. определяющая температура для горячего (Т_оп1) и холодного (Т_оп2) теплоносителей (для расчёта критериев подобия):

K;

  К;

2. плотность горячего и холодного теплоносителей при данных температурах из уравнения состояния:

 
 

3. площадь проходного сечения потока для теплоносителей из уравнения расхода:

 
 

где G – массовый расход холодного и горячего теплоносителей, кг/с;

с₁ – средняя скорость движения холодного теплоносителя по каналам теплообменного аппарата,м/с;

с₂ – средняя скорость движения горячего теплоносителя  по каналам теплообменного аппарата,м/с;

4. необходимое количество каналов для теплоносителей:

 
 

где F_кан1, F_кан2 – соответствующие площади поперечного сечения каналов. Для равностороннего треугольника со стороной L₁ или L₂ имеем: 
 

5. по значению температуры  Т_оп1 (или Т_оп2) с помощью табл. 5 находятся коэффициенты теплопроводности l₁ (или l₂) и динамической вязкости m₁ (или m₂) теплоносителей методом линейной интерполяции:

 
 

6. эквивалентный гидравлический диаметр канала для  горячего и холодного теплоносителей:

 
 

7. число Рейнольдса:

 
 

8. число Нуссельта  из критериальных уравнений в  зависимости от характера движения теплоносителей:

Re£2000 – ламинарный,

2000<Re£10⁴ – переходный,

Re>10⁴ – турбулентный, 
 

9. коэффициенты  теплоотдачи от горячего теплоносителя  к стенке канала (a₁) и от стенки к холодному теплоносителю (a₂):

 
 

10. коэффициент теплопередачи:

 

11. количество  теплоты, переданное воздуху в теплообменном  аппарате:

 

12. средний температурный  напор в теплообменном аппарате, работающем по схеме противотока, определяется формулой:

 

13. потребная площадь  теплообмена:

 

14. потребная длина  каналов для теплоносителей:

 
 

15. ширина теплообменного аппарата:

 
 

16. принимая ширину теплообменного аппарата равной В=0.5…0.6 м, находим потребное количество рядов каналов для теплоносителей:

 
 

17. высота теплообменного аппарата:

 

3.3.3. Определяются потери  полного давления  по газовой и  воздушной сторонам  теплообменного аппарата:

1. ) при турбулентном движении теплоносителя:

 

где x - коэффициент сопротивления трения находится по формуле: