Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок (3500,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

Стр.530

Стр.531

Стр.532

Стр.533

Стр.534

В.Л. Иванов, Э.А. Манушин и сисТеплообменные аппараты газотурбинных и комбинированных установок темы охлаждения Под общей pедакцией члена-корреспондента РАН А.Ю. Вараксина 3-е издание, переработанное и дополненное

Стр.3

УДК 621.4:536.27 ББК 31.36 И20 Издание доступно в электронном виде по адресу ebooks.bmstu.ru/catalog/127/book1992.html Рецензенты: профессор кафедры «Теплотехника и энергетическое машиностроение» Казанского национального технического университета им. А.Н. Туполева (КАИ), д-р техн. наук, профессор А.В. Щукин; профессор кафедры «Теплотехника и автотракторные двигатели» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ), д-р техн. наук, профессор И.Е. Иванов Иванов, В. Л. И20 Теплообменные аппаpаты и системы охлаждения газотуpбинных и комбиниpованных установок : учебник для вузов / В. Л. Иванов, Э. А. Манушин ; под общ. pед. чл.-корр. РАН А. Ю. Вараксина. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 534, [2] c. : ил. ISBN 978-5-7038-4813-5 Изложены основы pасчета и пpоектиpования теплообменных аппаpатов и сис тем охлаждения газовых туpбин как элементов газотуpбинного комплекса, все агpегаты котоpого влияют дpуг на дpуга, а их паpаметpы взаимосвязаны. Содержание учебника соответствует курсам лекций, читаемых авторами в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для студентов высших учебных заведений энергомашиностроительных специальностей. Может быть полезен аспирантам, инженерам и научным работникам. УДК 621.4:536.27 ББК 31.36 Фото на обложку предоставлено ООО «Сименс» ISBN 978-5-7038-4813-5 © Иванов В.Л., Манушин Э.А., 2019 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019

Стр.4

Оглавление Предисловие ............................................................................................................... 5 Условные обозначения .............................................................................................. 8 Принятые сокpащения ........................................................................................... 10 Введение .................................................................................................................. 11 Раздел I. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ГАЗОТУРБИННЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ УСТАНОВОК ........................................................................... 21 Глава 1. Теплообменные аппараты в составе газотурбинных и комбинированных установок ................................................................. 23 1.1. Назначение, использование и классификация теплообменных аппаратов ....................................................................................... 23 1.2. Поверхности теплообмена теплообменных аппаратов ................ 28 1.2.1. Конфигуpация повеpхности теплообмена ......................... 28 1.2.2. Используемые характеристики поверхностей теплообмена ........................................................................ 34 1.3. Влияние параметров теплообменного аппарата на теплотехнические показатели газотурбинной установки ....... 37 1.4. Технико-экономические требования к теплообменным аппаратам ....................................................................................... 47 Глава 2. Теплопередача и гидравлическое сопротивление теплообменных аппаратов поверхностного типа .............................................................. 49 2.1. Конвективный теплообмен в матрице теплообменного аппарата ......................................................................................... 49 2.2. Теплопередача через оребренную поверхность теплообмена .......... 53 2.2.1. Коэффициент эффективности ребра ................................. 53 2.2.2. Коэффициент эффективности оребренной поверхности, коэффициент теплопередачи чеpез оребренную поверхность .................................................................................56 2.2.3. Дополнительная информация об оребренных поверхностях .......................................................................... 57 2.3. Гидравлическое сопротивление теплообменного аппарата ......... 61 2.4. Теплогидравлические характеристики типовых поверхностей теплообмена ................................................................................... 69 2.5. Влияние свойств теплоносителя на основные показатели теплообменного аппарата ............................................................. 77 2.6. Влияние загрязнения на теплогидравлические характеристики поверхности теплообмена .............................................................. 80 2.7. Интенсификация процесса теплообмена в матрице теплообменного аппаpата ............................................................. 84

Стр.530

Оглавление 531 Глава 3. Теплогидравлический расчет теплообменных аппаратов ........................ 91 3.1. Теплообменные аппараты рекуперативного типа ........................ 91 3.1.1. Основные схемы и особенности расчета ............................. 91 3.1.2. Среднеинтегральный температурный напор ..................... 93 3.1.3. Эффективность теплообменного аппарата. Число единиц переноса теплоты .......................................101 3.1.4. Расчет теплообменного аппарата при заданных значениях потери давления газообразных теплоносителей ...............103 3.1.5. Расчет теплообменного аппарата при заданной площади поверхности теплообмена ..................................110 3.1.6. Особенности расчета теплообменного аппарата с заданными габаритными размерами ..............................112 3.1.7. Теплообменный аппарат с контуром промежуточного теплоносителя ....................................................................113 3.1.8. Теплообменные устройства на основе термосифонов и тепловой трубы ................................................................123 3.2. Теплообменные аппараты регенеративного типа .......................145 3.2.1 Схема и основные характеристики ...................................145 3.2.2. Регенеративный теплообменный аппаpат с неподвижной матрицей ...................................................148 3.2.3. Регенератор с вращающейся матрицей .............................156 3.3. Обобщенные хаpактеpистики теплообменников ГТУ ................164 Глава 4. Проектирование теплообменных аппаратов ...........................................176 4.1. Согласование параметров теплообменного аппарата с параметрами теплосиловой установки ......................................176 4.1.1. Выбор оптимальной степени регенерации .......................176 4.1.2. Зависимость площади поверхности регенератора от степени регенерации и заданного значения потерь давления теплоносителей ..................................................183 4.1.3. Оптимальное распределение суммарной площади поверхности теплообмена между теплообменными аппаратами ГТУ замкнутого цикла ...................................186 4.2. Выбор поверхности теплообменного аппарата ...........................190 4.3. Компенсация тепловых расширений ..........................................194 4.4. Прочностные характеристики теплообменных аппаpатов .........197 4.5. Примеры конструкций теплообменных аппаратов ....................200 4.5.1. Воздухоохладители ГТУ открытого цикла ........................200 4.5.2. Воздухоподогреватели (регенераторы) ГТУ открытого цикла ...................................................................................206 4.5.3. Маслоохладители ...............................................................215 4.6. Теплообменники ГТУ замкнутого цикла ....................................217 4.7. Радиационные теплообменные аппараты космических летательных аппаратов ..................................................................224 Заключение к разделу I .........................................................................................230

Стр.531

532 Оглавление Раздел II. СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ УСТАНОВОК ..........................................................................231 Глава 5. Теплообмен между газом и элементами проточной части лопаточных машин .....................................................................................................233 5.1. Системы охлаждения газовых турбин. Способы и схемы охлаждения турбинных лопаток ..................................................233 5.1.1. Особенности конструкций охлаждаемых турбин .............233 5.1.2. Конструкции охлаждаемых лопаток .................................248 5.1.3. Этапы и проблемы развития систем охлаждения турбин ..................................................................................266 5.2. Теплоотдача на наpужных повеpхностях лопаток газовых туpбин ...270 5.2.1. Особенности течения и теплообмена на наружных поверхностях лопаток ........................................................270 5.2.2. Расчетные методы определения коэффициентов теплоотдачи на поверхностях лопаток турбин ..................272 5.2.3. Обобщенные экспериментальные данные о теплоотдаче к турбинным профилям .....................................................283 5.2.4. Теплообмен на поверхностях лопаток турбин при пленочном и пористом oxлaждeнии ...........................295 5.3. Теплоотдача к элементам корпуса турбомашины .......................310 5.3.1. Схемы охлаждения корпуса ...............................................310 5.3.2. Теплоотдача на торцeвых поверхностях межлопаточных каналов осевых турбин .......................................................313 5.3.3. Теплоотдача к корпусу турбины в зоне осевого зазора .....315 5.3.4. Теплоотдача к корпусу турбины в радиальном зазоре ..........316 5.3.5. Теплоотдача к корпусу турбины за рабочим колесом .........317 5.3.6. Теплоотдача на торцевых поверхностях рабочих лопаток осевых турбин .......................................................319 5.3.7. Теплоотдача к стенке корпуса, противостоящей боковой поверхности ротора .............................................321 5.4. Теплоотдача к элементам ротора турбомашины .........................322 5.4.1. Схемы охлаждения роторов ...............................................322 5.4.2. Теплоотдача к торцевым поверхностям ротора ................324 5.4.3. Теплоотдача к цилиндрическим гладким участкам роторов и корпусов ............................................................336 5.4.4. Теплоотдача в замкнутых и слабовентилируемых полостях роторов ...............................................................................338 5.4.5. Теплоотдача в проточной части рабочих колес радиально-осевых (центростремительных) газовых турбин ...................................................................343 5.4.6. Теплообмен в монтажных зазорах замковых соединений .........................................................................349 5.5. Теплообмен в лабиринтных уплотнениях .........................351

Стр.532

533 Глава 6. Течение и теплообмен в каналах систем охлаждения сопловых и рабочих лопаток газовых турбин .........................................................357 6.1. Способы интенсификации теплообмена в каналах ....................357 6.2. Теплоотдача в охлаждающих каналах лопаток газовых турбин с воздушным охлаждением ..............................................366 6.2.1. Общие сведения ..................................................................366 6.2.2. Теплоотдача в охлаждающих каналах сопловых лопаток ...............................................................................367 6.2.3. Теплоотдача в охлаждающих каналах рабочих лопаток ...............................................................................372 6.2.4. Теплоотдача внутри проницаемых материалов оболочек лопаток ...............................................................375 6.2.5. Теплообмен при течении во внутренних каналах лопаток с проницаемым охлаждением .............................383 6.3. Теплообмен в каналах жидкостных и двухконтурных систем охлаждения ...................................................................................384 6.3.1. Жидкостное охлаждение ....................................................384 6.3.2. Двухконтурное охлаждение ...............................................389 Глава 7. Гидравлический расчет систем охлаждения ............................................397 7.1. Принципы построения гидравлических сетей и основы расчета гидравлических сопротивлений в типовых элементах систем охлаждения лопаток .....................................................................397 7.2. Гидравлические характеристики охлаждающих трактов составных проницаемых оболочек ..............................................409 7.3. Гидравлические сопротивления при течении охлаждающего воздуха вблизи диска ....................................................................412 Глава 8. Расчет температурного состояния охлаждаемых деталей газовых турбин в стационарных и нестационарных условиях ..............................417 8.1. Задачи расчета температурных полей в охлаждаемых деталях газовых турбин ..............................................................................417 8.2. Расчет температурного состояния сопловых лопаток с продольным и поперечным течениями охлаждающего воздуха ....420 8.3. Расчет распределения температуры по длине рабочей лопатки ...433 8.4. Расчет распределения температуры в стенках турбинных лопаток из пористых материалов и в многослойных проницаемых стенках ..................................................................................................435 8.5. Расчет распределения температуры по радиусу охлаждаемого диска турбины .......................................................444 8.6. Расчет температурного поля в сечениях охлаждаемых лопаток и дисков турбин в нестационарных условиях ...............447 8.7. Расчет температурного состояния лопаток турбин методом конечных элементов в нестационарных условиях ......................451

Стр.533

534 Оглавление Глава 9. Эффективность систем охлаждения, основные положения их конструирования ...............................................................................457 9.1. Эффективность систем охлаждения турбин ...............................457 9.2. Bлияние глубины и способа охлаждения на эффективность ГТУ .................................................................458 9.3. Основные положения конструирования охлаждаемых лопаток газовых турбин ................................................................461 Глава 10. Экспериментальные методы исследования в процессе конструирования систем охлаждения газовых турбин ...........................470 10.1. Цели экспериментальных исследований .....................................470 10.2. Исследования для уточнения гидравлической модели лопатки .........................................................................................471 10.3. Исследования в целях уточнения тепловой модели лопатки ......475 10.4. Экспериментальные исследования теплообмена на поверхностях лопаток .............................................................482 10.5. Расчет стационарных температурных полей в охлаждаемых деталях турбин методом электротепловой аналогии ..................488 Глава 11. Расчет температурного состояния основных деталей камер сгорания газотурбинных двигателей ......................................................................498 11.1. Основные характеристики конструкции камеры сгорания ........498 11.2. Процессы теплопередачи в камере сгорания .............................502 11.3. Расчет температуры неохлаждаемой жаровой трубы .................508 11.4. Пленочное охлаждение жаровой трубы камеры сгорания ..........511 11.5. Другие методы охлаждения стенок жаровой трубы ...................519 11.6. Расчет охлаждения пористой стенки ..........................................522 Заключение к разделу II ........................................................................................525 Литература .............................................................................................................527

Стр.534