Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе (стр. 9 )

                                       (2.4)

                                               (2.5)

                               (2.6)

где:

                                       (2.7)

и - числа Рейнольдса для пара и плёнки;

- число Галилея;

- коэффициент теплоотдачи, рассчитанный по формуле Нуссельта при отнесении всех физических параметров конденсата к температуре насыщения;

- плотность, кг/м3;

- коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К);

- динамическая вязкость, Па*с;

- кинематическая вязкость, м2/с;

- теплота парообразования, Дж/кг;

- диаметр, м;

- средняя в сечении х скорость пара;

и - расход пара на входе и выходе из участка соответственно.

Индексы «с» и «н» означают, что данный коэффициент нужно брать по поверхности стенки и температуре насыщения. При этом параметры, входящие в формулу Нуссельта нужно брать по температуре насыщения.

- поправка на волновое течение;

- содержание неконденсирующихся газов.

Для расчёта потерь давления использовано уравнение [19]:

                       (2.8)

где:

С использованием вышеуказанных формул разработана программа расчета теплосъема с поверхности четырёхканального теплообменника в среде программирования Delphi. В её основе лежит процедура, обрабатывающая введённые пользователем данные:

общий (для 4-х трубок) расход пара на входе; расход охлаждающего воздуха; коэффициент теплоотдачи от воздуха; температура охлаждающего воздуха на входе; длина, внутренний и внешний диаметр трубок, коэффициент оребрения; содержание примеси неконденсирующихся газов на входе в трубки.

Важнейшая часть расчёта – распределение теплосъёма по длине труб с вычислением зон неэффективной работы. После завершения расчёта, кроме численных значений длин участков конденсации, на главном окне программы отображается рисунок (схема рабочего ВКУ), на котором показаны зоны неэффективной работы (рисунок 2.2).

Также предусмотрена возможность увеличения точности расчета (задания «разбиения» трубок), уменьшения времени работы программы (задание изначального диапазона поиска расходов пара), расчёта процесса переохлаждения конденсата. При этом в случае возможного замерзания конденсата выводится соответствующее сообщение во время расчёта.

После нажатия на кнопку «Пересчёт» программа считывает исходные данные, на их основе формирует начальные массивы данных, подбирает наиболее вероятные значения расходов пара, переходит к расчёту первой, по ходу охлаждающего воздуха трубке.

Расчёт теплообмена в трубке происходит с последовательным вычислением параметров процесса на отдельных её участках (частоту разбиения задаёт пользователь) с применением множества рекурсий, вложенных друг в друга. С их помощью вычисляется температура насыщения пара (для первой трубки), температура стенки, коэффициент теплоотдачи со стороны пара и в итоге количество образовавшегося конденсата, расход пара на выходе из участка, температура воздуха после его прохождения. После удачного выполнения расчёта участка происходит переход к следующему. Этот процесс продолжается до окончания длины трубки. В случае удачного расчёта первой трубки (весь пар сконденсировался на длине, не большей длины трубки), происходит переход ко второй, по ходу движения охлаждающего воздуха, трубке. В противоположном случае, происходит корректировка начального для рассмотренной трубки расхода пара. Перед началом расчёта следующей трубки программе уже известен массив расхода охлаждающего воздуха, вероятный расход пара. Таким образом, просчитывается все четыре трубки. Результат считается успешным, если длина конденсации в последней трубке будет равной длине самой трубки, суммарный расход сконденсировавшегося пара равен начальному общему расходу, соблюден тепловой баланс. После завершения расчёта пользователь получает:

температуру насыщения и давление пара; количество пара, сконденсировавшегося в каждой трубке; длины участков активной конденсации; график температур воздуха на выходе.

Общий вид главного окна программы сразу после завершения расчёта представлен на рисунке 2.3-а.

При нажатии на кнопку «Построить график температур» на экран выводится форма для печати с изображённым на ней графиком температур воздуха после прохождении каждой из трубок. Кроме того, на форме дублируются исходные и полученные в ходе вычисления данные (рисунок 2.3-б).

Рисунок 2.2 Общий вид главного окна программы. На начальной стадии работы задаются исходные данные

Рисунок 2.3-а Результат работы программы. Вид главного окна

Рисунок 2.3-б Результат работы программы. Форма для печати с графиком температур воздуха до и после прохождении каждой из трубок

2.3 Вычислительный эксперимент

На рисунке 2.4-а представлена зависимость температуры насыщения от начального расхода пара при различных температурах охлаждающего воздуха, построенная по результатам расчёта на ЭВМ. Расчёт производился при фиксированном расходе охлаждающего воздуха (0,9 кг/с) на один ряд труб по глубине, коэффициента теплоотдачи от воздуха (50 Вт/м2ЧК) и геометрических характеристик теплообменных труб (длина 5 м, диаметр 38Ч3 мм, коэффициент оребрения 15). Здесь использованы геометрические параметры ВКУ производства Калужского турбинного завода для компрессорной станции «Чаплыгин» Первомайского управления . В случае практически полной конденсации уменьшение температуры охлаждающего воздуха при неизменном расходе пара влечёт за собой изменение температуры насыщения пара в меньшую сторону. В рассмотренном диапазоне значений зона недостаточной эффективности составила около 18% от общей площади поверхности теплообменных труб (для каждого из графиков).

На рисунке 2.4-б представлена зависимость температуры насыщения от начального расхода пара при различных расходах охлаждающего воздуха для случая фиксированной температуры охлаждающего воздуха (100С), коэффициента теплоотдачи от воздуха (50 Вт/м2ЧК) и геометрических характеристик (длина 5 м, диаметр 38Ч3 мм, коэффициент оребрения 15). Из графиков следует, что увеличение расхода охлаждающего воздуха влечёт за собой изменение температуры насыщения в меньшую сторону. При этом зона недостаточной эффективности при наибольших расходах пара (около 14 г/с) составила около 18% при любом из рассмотренных расходов охлаждающего воздуха. Однако при большем расходе пара (около 24 г/с) наблюдалось уменьшение неэффективной зоны до 14% (рисунок 2.5-а).