Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Турбомашины и турбоустановки

Диссертационная работа:

Голдин Александр Сергеевич. Исследование сопл гидропаровой турбины при истечении жидкости с большим недогревом до температуры насыщения : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.12 : Калуга, 2004 150 c. РГБ ОД, 61:05-5/1030

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Основные обозначения 4

Введение 7

ГЛАВА I. Современное состояние вопроса. Обзор литературных данных и по
становка задачи 11

1.1. Особенности течения двухфазной среды в соплах 11

1.2. Теоретические исследования и модели течения вскипающего пото
ка 14

1.3. Результаты экспериментальных исследований 28

1.4. Анализ работ по исследованию двухфазных течений и постановка

задачи 48

ГЛАВА И. Экспериментальная установка и методика исследования 51

2.1. Экспериментальный стенд 51

2.2. Установка измерения реактивной тяги сопла 54

2.3. Геометрические характеристики исследуемых сопл 56

2.4. Система измерения параметров рабочего тела 61

2.5. Методика проведения эксперимента и обработки результатов

испытаний 64

2.6. Оценка погрешности измеряемых величин 69

ГЛАВА III. Истечение из сопл Лаваля вскипающей жидкости с большим

недогревом до температуры насыщения 77

3.1. Распределение давления и режимы течения в соплах Лаваля. 77

3.2. Расходные характеристики и коэффициент расхода 91

3.3. Коэффициент скорости сопла Лаваля 100

3.4. Коэффициент скольжения фаз в выходном сечении сопла 114

3.5. Коэффициенты тяги, потери энергии и КПД сопла 126

ГЛАВА IV. Влияние геометрической формы расширяющейся части на эффек
тивность работы сопл Лаваля 136

4.1. Влияние угла раскрытия 136

4.2. Влияние степени расширения при постоянном угле раскрытия рас
ширяющейся части сопла Лаваля 139

4.3. Предельный угол раскрытия расширяющейся части сопла Лава
ля 141

Выводы ....144

Литература 146

4 ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

Р- давление, Па;

ДР - перепад давлений, Па;

В — барометрическое давление, Па;

Т - температура, С;

к - показатель изоэнтропы;

ср - изобарная теплоемкость, Дж/(кг*С)

G - массовый расход, кг/с

F - площадь, м2;

х - степень сухости;

г - теплота парообразования, Дж/кг;

1 - длина, м;

є - отношение давлений;

D, d- диаметр, м;

с - скорость, м/с;

v - удельный объем, м3/кг;

Ї, I - удельный импульс, Н/кг или м/с;

Г - относительный импульс;

R - реактивная сила (тяга сопла), Н;

Н - теплоперепад срабатываемый в сопле, кДж/кг;

у - степень влажности;

h - энтальпия, кДж/кг;

S - энтропия, кДж/(кг*К);

пг - масса, кг;

f - степень расширения выходной части сопла Лаваля;

р - плотность, кг/м3;

у - угол раскрытия выходной части сопла Лаваля;

ц - коэффициент расхода;

5 X - коэффициент сопротивления, коэффициент безразмерной скорости;

v — коэффициент скольжения;

Т| - коэффициент тяги сопла;

j - удельный теоретический расход воды (плотность потока).

Индексы

-о, -«с. - значение величины на входе в сопло;

. -а, -вых. - значение величины в выходном сечении сопла; - г> горла. - значение величины в горле сопла; .. .2 - значение величины за соплом; .. .s — состояние насыщения; .. .т - теоретическое (расчетное) значение; --T.XB-теоретическое (расчетное) значение «холодной» воды; ...0(а) - изоэнтропное расширение до величины давления в выходном сечении сопла;

...0(2) - изоэнтропное расширение до величины давления за соплом; .. .в - жидкая фаза, вода; .. .п - паровая фаза, пар;

о (сопла) - действительная (измеренная) тяга сопла;

.. о - действительная (измеренная) тяга сопла в системе сопло - окружающая среда;

-э.уд - удельная тяга сопла; ...с —сопло;

-действ. - действительное значение;

Критерии (числа) подобия.

rc = число Рейнольдса;

К = — или К = — критерий Кутателадзе;

&* срТо

М = - - число Маха. с

Введение к работе:

В настоящее время нетрадиционные возобновляемые источники энергии, связанные с использованием солнечного излучения, энергии ветра, геотермальной энергии, энергии биомассы, достигли уровня промышленного применения. Масштабы их применения непрерывно и интенсивно возрастают. Главными стимулами развития нетрадиционных возобновляемых источников энергии являются постепенное истощение традиционных видов топлива и возрастающие экологические требования.

Указанные виды энергии в ближайшем будущем не могут стать существенными заменителями нефти, газа, угля, ядерной энергии, но они могут уже сегодня стать важным дополнительным источником энергии. Необходимо учесть, что значительный рост стоимости органического топлива также заставляет более серьезно подходить к использованию нетрадиционных энергетических ресурсов с целью выработки электрической и тепловой энергии.

Значительные запасы термальных и промышленных вод с температурой 100 4- 150С могут служить для выработки электроэнергии как по одноконтурной тепловой схеме с непосредственным использованием природного пара в конденсационных турбинах, так и по двухконтурной с низкокипящим рабочим телом.

Относительно новый прогрессивный способ выработки электроэнергии при использовании низкопотенциального тепла - это установка в одноконтурную тепловую схему полнопоточной гидропаровой турбины (II И). Такие схемы апробированы на опытных установках: в С-Петербургском государственном техническом университете (С.ПГТУ) [1], в лаборатории бифазных энергетических установок (США, штат Калифорния) [2, 3], на фирме Фудзуки Электрик Корпорейш в Японии [4], в ЗАО «Турбокон» [5].

Экспериментальная гидропаровая турбина С.ПГТУ - одноступенчатая турбина активного типа. Рабочим телом турбины является недогретая на 2-^-5 С до температуры насыщения горячая вода с давлением Р0 = 0,8МПа. Сопла Ла-

8 валя ГПТ выполнены с парогенерирующими решетками, создающими мелкодисперсный поток без заметного механического скольжения между фазами.

Экспериментальная гидропаровая турбина лаборатории бифазных энергетических установок (США) - жидкостная турбина, одноступенчатая, активная, ковшового типа. Турбина состоит из трех основных элементов: двухфазного сопла, ротационного сепаратора и жидкостной турбины. Двухфазное сопло представляет собой сопло Лаваля, в котором давление снижается постепенно за счет изменения сечения сопла. В ротационном сепараторе происходит отделение жидкости от пара. Поток отсепарированного пара отводится в паровую турбину, а отсепарированная жидкость (вода) в "жидкостную" турбину, где происходит преобразование в мощность.

В ЗАО «Турбокон» предложена простая и универсальная модель реактивной турбины типа «сегнерова колеса», работающая на горячей воде. Вода подается в центр рабочего колеса. Далее вода по радиальным каналам, в которых увеличивается давление, поступает к соплам Лаваля. В соплах происходит ускорение воды и ее вскипание. Выходя из сопл, пароводяная смесь создает тягу. Так как в данной конструкции нет традиционного турбинного рабочего колеса с лопаточным аппаратом, то нет потерь энергии в лопаточном аппарате, и нет проблем с эрозионным износом рабочих лопаток. «Сегнерово колесо» обеспечивает максимальную простоту конструкции турбины.

Эффективность работы турбины непосредственно связана с эффективностью ее основного элемента - сопла.

То обстоятельство, что в «сегнеровом колесе» на входе в сопло значительно увеличивается давление рабочей воды, а само сопло участвует в равномерном вращательном движении, ставит много вопросов при проектировании ГПТ данной конструкции. Ранее проведенные исследования истечения из сопл Лаваля жидкости сильно недогретой до температуры насыщения не дают ответов на поставленные вопросы.

Таким образом, актуальность выбранной темы диссертационного исследования определяется необходимостью разработки высокоэффективных

9 сопл Лаваля для 1 ill типа сегнерова колеса, и подтверждается соответствием

разрабатываемой проблемы современной межвузовской научно-технической программе «Энерго- и ресурсо- сберегающие технологии добывающих отраслей промышленности», утвержденной приказом Министерства общего и профессионального образования России от 16 марта 1998г. №717.

Целью диссертационной работы является исследование влияния геометрических и режимных параметров на эффективность работы сопл Лаваля при истечении воды с большим недогревом до температуры насыщения.

Конкретными задачами исследования являлись:

Проведение экспериментального исследования процессов истечения из сопл Лаваля вскипающей жидкости с большим недогревом до температуры насыщения;

Выбор оптимальной геометрии сопла Лаваля для установки в 1111 типа сегнерова колеса.

Научная новизна работы:

Проведены исследования процессов истечения из сопл Лаваля вскипающей жидкости с большим недогревом до температуры насыщения в ранее не исследованном диапазоне параметров, определены коэффициенты скорости и показатели эффективности сопл;

Выявлено влияние геометрических факторов на характеристики сопл (угла раскрытия, степени расширения, формы);

Определено влияние режимных факторов на характеристики сопл (начального давления, температуры, противодавления);

Дано объяснение поведения расходных характеристик и потерь энергии в соплах Лаваля при истечении воды с большим недогревом до температуры насыщения.

Практическая ценность работы:

Получены эмпирические зависимости для расчета давления в горле
сопла Лаваля при истечении воды с большим недогревом до температуры на
сыщения, расчета расхода рабочей воды через сопло, распределения импульсов

10 между жидкой и паровой фазами в выходном сечении сопла;

Создана методика расчета сопл, работающих на вскипающей воде;

Предложены оптимальные формы сопл для различных режимных параметров;

Полученные результаты используются в ЗАО «Турбокон» при выполнении проектных работ по созданию ГПТ мощностью 15 и 300 кВт.

Автор защищает: результаты экспериментальных исследований влияния режимных параметров при истечении вскипающей жидкости на характеристики сопл, на расходные характеристики и соотношение жидкой и паровой фаз в выходном сечении сопла; влияние геометрических факторов расширяющейся части сопл Лаваля на эффективность сопл.

Достоверность полученных данных подтверждается хорошей воспроизводимостью результатов эксперимента. Кроме того, достоверность полученных экспериментальных данных подтверждается тем, что разброс опытных данных не превышал максимально возможной оценки погрешности эксперимента.

Публикации. По теме диссертационной работы имеется четыре публикации, в том числе в центральной печати. Имеется одно авторское свидетельство.

Апробация работы. Основные материалы докладывались и обсуждались на семинарах КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, КГПУ им. К.Э. Циолковского, НТС ЗАО «Турбокон».

Подобные работы
Виноградов Александр Викторович
Исследование реактивного усилия при истечении метастабильной жидкости
Золотухин Михаил Николаевич
Исследование механизмов отжига и насыщения водородом дислокационных оборванных связей в кремнии
Анциферов Сергей Александрович
Исследование процессов упругогидродинамики в поплавковых приборах с несимметричным истечением жидкости при воздействии вибрации
Коченков Азат Геннадьевич
Характеристики и структура низконапорного двухфазного потока в плоских соплах при истечении жидкости в разреженную среду
Хузина Фанира Рифовна
Об истечении вскипающей жидкости из трубчатого канала и емкости конечного объема
Иванников Антон Викторович
Экспериментальное исследование истечения газожидкостной струи через слой жидкости
Киреев Виктор Николаевич
Численное моделирование течения жидкости с температурой аномалией вязкости
Аляев Валерий Алексеевич
Радиационно-кондуктивный теплообмен в плоских слоях органических жидкостей при повышенных температурах
Стрижак Павел Александрович
Тепломассоперенос при зажигании пожароопасных жидкостей одиночной нагретой до высоких температур частицей
Бурцев Сергей Анатольевич
Теплоемкость и температуропроводность жидкостей и водных растворов солей щелочных металлов при температурах от 298 до 348 К и давлениях до 147 МПа

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net