Моделирование паротурбинных установок на органических рабочих телах

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

хода и коэффициентов теплоотдачи. Для проведения этой серии экспериментов собрана холодильная установка, работающая по обратному циклу Карно с необходимым диаметром труб (5-10 мм), размещенная в климатической камере объемом 10 м3.

Рис. 2. Температурное поле двухфазного теплообменника

На основе проведенных экспериментов по температурному полю (рис. 2) двухфазного теплообменника можно определить длину фазового перехода без разрыва первого рода.

Обработка экспериментальных данных будет служить основой верификации алгоритма расчета и проектирования системы терморегулирования космических аппаратов. На основе алгоритма планируется создать эффективный инструмент оптимизации подобных систем.

Библиографические ссылки

1. Гущин В. Н. Системы терморегулирования // Основы устройства космических аппаратов : учебник для вузов. М. : Машиностроение, 2003. С. 197-216.

2. Данилова Г. Н., Богданов С. Н., Иванов О. П. и др. Теплообменные аппараты холодильных установок / под ред. Г. Н. Даниловой. 2-е изд., перераб. и доп. Л. : Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. 303 с.: ил.

© Ходенков А. А., Мокеев В. В., 2013

УДК 658.26; 621.165.1

Д. В. Чикирда, Н. И. Степанов, Т. А. Тасенко, А. А. Ходенков

Научный руководитель - А. А. Кишкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева, Красноярск

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК НА ОРГАНИЧЕСКИХ РАБОЧИХ ТЕЛАХ

Рассматриваются вопросы моделирования рабочего процесса паротурбинной установки на органическом рабочем теле. Приводится цикл работы установки и его термодинамический анализ. Представлены методы расчета и проектирования подобных установок. Описывается экспериментальная установка.

В настоящее время все большее значение приобретают паросиловые циклы на органических рабочих телах (ОРТ) - фреоне, аммиаке, этаноле, изобутане и т. д. Такие циклы получили название Organic Rankine Cycle (ORC) [1]. С помощью таких циклов возможно использование низкопотенциальных тепловых источников в производстве механической и электрической энергии.

На сегодняшний день это направление энергетики сдерживается отсутствием эффективных методов расчета и проектирования паротурбинных установок (ПТУ), позволяющих утилизировать тепловую энергию с низкотемпературными параметрами теплоносителя. Такие методы возможно разработать с применением математического моделирования тепловых технических систем [2].

Авторами была разработана математическая модель ПТУ ОРТ, был составлен алгоритм расчета и проведены численные исследования рабочих режимов установки и энергетического баланса турбины. Алгоритм расчета характеризуется следующими параметрами. Исходные данные: температура нагревателя, температура холодильника, геометрия рабочих элементов (профиль соплового аппарата, площадь теплообмена испарителя и конденсатора, диаметр колеса турбины и т.д.). Рассчитываемые параметры: массо-

вый расход рабочего тела, адиабатная мощность турбины, потери в турбине, термодинамические параметры рабочего тела на входе и на выходе из турбины, скорости рабочего тела в проточной части турбины, потребная мощность насоса, КПД турбины.

Результаты расчета баланса турбины по модели приведены на рис. 1.

Мощьость Вт

7000 -1—

5000 6300 6600 6900 7100 7300 7Б00 оКмин

Обороты насоса Рис. 1. Баланс мощностей турбины

Установлена тенденция увеличения КПД с наращиванием адиабатной мощности турбины. Это связано с перестройкой треугольников скоростей и уменьшением потерь с выходной скоростью. Оптимальны-

Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»

ми по КПД получаются решения с большими напорами насоса.

Рис. 2. Паровая турбина экспериментальной установки

Для верификации модели был спроектирован испытательный стенд установки. Для испытаний изго-

товлена активная осевая турбина (рис. 2). Измерение эффективной мощности турбины производится пнев-мотермометрическим методом на потребителе - гидротормозе. В качестве него используется центробежный насос, перекачивающий воду.

Проведение экспериментальных исследований на опытной установке, обработка и анализ результатов эксперимента и верификация модели на эксперименте еще предстоят авторам.

Библиографические ссылки

1. Quoilin S., Lemort V., Lebrun J., Experimental study and modelling of organic Rankine cycle using scroll expander, Applied energy, 87 (2010). Р. 1260-1268.

2. Попырин Л. С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М. : Энергия, 1978. 416 с.

© Чикирда Д. В., Степанов Н. И., Тасенко Т. А., Ходенков А. А., 2013