Авторы

Сравнительный анализ различных форм каналов для пластинчато-ребристого теплообменника малоразмерной газотурбинной энергетической установки

DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-4-11-21
УДК 621.565.954

Сравнительный анализ различных форм каналов для пластинчато-ребристого теплообменника малоразмерной газотурбинной энергетической установки

Благин Е.В., Угланов Д.А., Шиманов А. А. , Шиманова А. Б.

Ссылка для цитирования: Благин Е.В., Угланов Д.А., Шиманов А.А., Шиманова А.Б. Сравнительный анализ различных форм каналов для пластинчато-ребристого теплообменника малоразмерной газотурбинной энергетической установки. // Вестник Международной академии холода. 2023. № 4. С.11-21. DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-4-11-21

Аннотация
В данной работе приведен сравнительный анализ работы пластинчато-ребристых теплообменников малоразмерных газотурбинных установок с различной формой каналов. Сравнение проводилось в контексте сравнения эффективности теплообмена, гидравлических потерь и массогабаритных параметров установок. Всего было рассмотрены девять различных форм каналов. Результаты анализа показали, что наиболее всего для малоразмерных газотурбинных установок подходят три вида каналов: полукруглый прямой, полукруглый зигзагообразный и канал со спиралевидной вставкой. В зависимости от приоритетов можно предложить следующие решения: если в приоритете наименьшие гидравлические сопротивления, то рекомендуется использовать прямой полукруглый канал; если в приоритете компактность теплообменника – зигзагообразный полукруглый канал; если в приоритете наименьшая масса теплообменника – рекомендуется использовать канал со спиралевидными вставками.

Ключевые слова: пластинчато-ребристый теплообменник, малоразмерная газотурбинная установка.

Список литературы

1. Пащенко Д.И. Термохимическая рекуперация тепла отходящих дымовых газов в парогазовых установках: термодинамический анализ. // Теплоэнергетика. 2023. № 1. С. 58-65. DOI: 10.56304/S0040363623010058.

2. Sahoo A., Sanjay R., Jain M. Analysis of recompression-regenerations CO₂ Combined cycle utilizing marine gas turbine exhaust heat: Effect of operating parameters. Paper presented at the SAE Technical Papers. 2022. DOI:10.4271/2022-01-5059

3. Kalashnikov D., Borisov Y., Kalashnikova E. Natural gas intracyclic attachment for energy generating unit based on gas turbine plant. Paper presented at the E3S Web of Conferences. 2019. DOI: 10.1051/e3sconf/201911406004

4. Pashchenko D. Energy optimization analysis of a thermochemical exhaust gas recuperation system of a gas turbine unit. // Energy Conversion and Management. 2018. Vol. 171. P. 917-924. DOI: 10.1016/j.enconman.2018.06.057

5. Saebea D., Authayanun S., Patcharavorachot Y., Arpornwichanop A. Effect of anode-cathode exhaust gas recirculation on energy recuperation in a solid oxide fuel cell-gas turbine hybrid power system. // Energy. 2016. Vol. 94. P. 218-232. DOI: 10.1016/j.energy.2015.10.138

6. Vaulin S.D., Degtyar B.G., Kartashev A.L., Kartasheva M.A., Safonov E.V., Martynov A.A. Research of optimal operating regimes of power micro gas turbine installation with heat recuperation. Paper presented at the Lecture Notes in Engineering and Computer Science. 2014. no 1. P. 272-275.

7. El Achkar G., Septet C., Le Metayer O., Hugo J. Experimental thermohydraulic characterisation of flow boiling and condensation in additive manufactured plate-fin heat exchanger. // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2022. Vol. 199. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123465

8. Abbas A.S., Mohammed A.A. Augmentation of plate-fin heat exchanger performance with support of various types of fin configurations. // Mathematical Modelling of Engineering Problems. 2022. 9(5), 1406-1414. doi:10.18280/mmep.090532

9. Lemmon E.W., Jacobsen R.T. Viscosity and Thermal Conductivity Equations for Nitrogen, Oxygen, Argon, and Air. // Int. J. Thermophys., 2004. Vol. 25. No 1. P. 21-69. https://doi.org/10.1023/B:IJOT.0000022327.04529.f3

10. Span R., Lemmon E.W., Jacobsen R.T., Wagner W., Yokozeki A. A Reference Equation of State for the Thermodynamic Properties of Nitrogen for Temperatures from 63.151 to 1000 K and Pressures to 2200 MPa. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2000. 29. 6. 1361-1433. https://doi.org/10.1063/1.1349047

11. Schmidt R., Wagner W. A New Form of the Equation of State for Pure Substances and its Application to Oxygen. // Fluid Phase Equilib. 1985. Vol. 19. No 3. P. 175-200. https://doi.org/10.1016/0378-3812(85)87016-3

12. Span R., Wagner W. A New Equation of State for Carbon Dioxide Covering the Fluid Region from the Triple-Point Temperature to 1100 K at Pressures up to 800 MPa. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1996. Vol. 25. no 6. P. 1509-1596. https://doi.org/10.1063/1.555991

13. Laesecke A., Muzny C.D. Reference Correlation for the Viscosity of Carbon Dioxide. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2017. Vol. 46. No 1. P. 013107. https://doi.org/10.1063/1.4977429

14. Huber M.L., Sykioti E.A., Assael M.J., Perkins R.A. Reference Correlation of the Thermal Conductivity of Carbon Dioxide from the Triple Point to 1100 K and up to 200 MPa. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2016. Vol. 45. no 1. P. 013102. https://doi.org/10.1063/1.4940892

15. Wagner W., Pruss A. The IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Scientific Use. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2002. Vol. 31. no 2. P. 387-535. https://doi.org/10.1063/1.1461829

16. Huber M.L., Perkins R.A., Laesecke A., Friend D.G., Sengers J.V., Assael M.J., Metaxa I.N., Vogel E., Mares R., Miyagawa K. New International Formulation for the Viscosity of H₂O. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2009. Vol. 38. No 2. P. 101-125. https://doi.org/10.1063/1.3088050

17. Huber M.L., Perkins R.A., Friend D.G., Sengers J.V., Assael M.J., Metaxa I.N., Miyagawa K., Hellmann R., Vogel E. New International Formulation for the Thermal Conductivity of H₂O. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2012. Vol. 41. No 3. P. 033102. https://doi.org/10.1063/1.4738955

18. Tegeler Ch., Span R., Wagner W. A New Equation of State for Argon Covering the Fluid Region for Temperatures from the Melting Line to 700 K at Pressures up to 1000 MPa. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1999. Vol. 28. No 3. P. 779-850. https://doi.org/10.1063/1.556037

19. White Martin, Bianchi Giuseppe, Chai Lei, Tassou Savvas, Sayma Abdulnaser. Review of supercritical CO2 technologies and systems for power generation. // Applied Thermal Engineering. 2020. Vol. 185. 10.1016/j.applthermaleng.2020.116447.

20. Kim Seong, Lee Youho, Ahn Yoonhan, Lee Jeong. CFD aided approach to design Printed Circuit Heat Exchangers for Supercritical CO₂ Brayton cycle application. // Annals of Nuclear Energy. 2016. Vol. 92. P. 175-185. 10.1016/j.anucene.2016.01.019.

21. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. М:, Энергия, 1977. 344 с.

22. Ибрагимов У.Х., Шамуратова С.М., Рахмонов Б.А. Интенсификация теплообмена в каналах. // Молодой ученый. 2016. № 8 (112). С. 225-229.

23. Расчет эксплуатационных параметров теплообменника с рассеченной пластинчато-ребристой рабочей поверхностью для регенерации тепла в авиационных ГТД: Метод. указания /Сост. Н.Д. Колышев, В.Т. Кирильцев. Куйбышев, 1989. 24 с.

24. Wen Jian, Huizhu Yang, Tong Xin, Li Ke, Wang Simin, Li Yanzhong. Configuration parameters design and optimization for plate-fin heat exchangers with serrated fin by multi-objective genetic algorithm. // Energy Conversion and Management. 2016. Vol. 117. P. 482-489. 10.1016/j.enconman.2016.03.047.

25. Dong Junqi, Jiangping Chen, Zhijiu Chen, Yimin Zhou, Wenfeng Zhang. Heat transfer and pressure drop correlations for the wavy fin and flat tube heat exchangers. // Applied Thermal Engineering. 2007. Vol. 27. P. 2066-2073. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2006.11.012.

26. Ngo Tri, Kato Yasuyoshi, Nikitin Konstantin, Ishizuka Takao. Heat transfer and pressure drop correlations of microchannel heat exchangers with S-shaped and zigzag fins for carbon dioxide cycles. // Experimental Thermal and Fluid Science. 2007. Vol. 32. P. 560-570. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2007.06.006.