Исследование неравновесного регенеративного теплообмена в объемных компрессорах

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Важной задачей при проектировании тепловых машин является оценка потерь мощности в различных процессах с целью определения эффективности установки. Одним из процессов, генерирующих потери мощности в компрессоре, является процесс неравновесного регенеративного теплообмена (НРТ) сжимаемого газа со стенками рабочей полости. Этот теплообмен происходит при значительной разности температур, что может приводить к заметным потерям мощности. Современные методики проектирования компрессоров не учитывают потери от неравновесного регенеративного теплообмена и не описывают их отдельно от других видов потерь.

Целью работы является исследование механизма возникновения потерь при регенеративном теплообмене между газообразным рабочим телом и стенками рабочей полости и оценка масштаба этих потерь.

Методы и полученные результаты. В работе дано качественное описание механизма формирования потерь от НРТ, в результате решения задачи нестационарной теплопроводности и на основе теоремы Гюи-Стодолы выведено аналитическое выражение для расчёта подобных потерь.

Заключение. Исследование показало, что потери мощности от НРМ составляют значительную долю в общем балансе потерь машины. Также были определены параметры, влияющие на величину этих потерь, выработаны рекомендации по их снижению.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Артем Витальевич Борисенко

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Автор, ответственный за переписку.
Email: borart@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4818-3702
SPIN-код: 2859-5006

канд. техн. наук

Россия, Москва

Антон Андреевич Жаров

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Email: zharov_a@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9945-0850
SPIN-код: 8581-1809

канд. техн. наук

Россия, Москва

Анна Викторовна Валякина

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Email: avaliakyna@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-7709-1209
SPIN-код: 7679-2022

канд. техн. наук

Россия, Москва

Список литературы

  1. Kondrat'eva T.F., Plastinin P.I. Piston Compressor Machines // Chemical and Petroleum Engineering. 1971. Vol. 7, N 9. P. 749–750. doi: 10.1007/BF01143289
  2. Harding E.C. Positive Displacement Compressors // General Engineer. 1985. Vol. 96, N 10. P. 290–303.
  3. Budagyan A.P., Plastinin P. I. Optimization of Reciprocating Compressors // Chemical and Petroleum Engineering. 1981. Vol. 17, N 3. P. 142–144. doi: 10.1007/BF01157950
  4. Arkharov A.M., Semenov V.Y. Analysis of Thermodynamic Efficiency of Small-Scale Natural Gas Liquefying Plant Operating on Medium-Pressure Cycle // Chemical and Petroleum Engineering. 2016. Vol. 51, N 9–10. P. 656–664. doi: 10.1007/s10556-016-0102-z
  5. Kolosov M.A., Borisenko A.V., Manylov V.V. et al. Losses of Power in Thermal Engines in Nonequilibrium Regenerative Heat Exchange // Chemical and Petroleum Engineering. 2018. Vol. 54, N 3–4. P. 239–246. doi: 10.1007/s10556-018-0469-0
  6. Arkharov A.M., Arkharov I.A., Beliakov V.P. et al. Cryogenic systems Vol. 2: Design of Apparatus, Plants System. Moscow: Bauman Moscow State Technical University Press; 2001.
  7. Arkharov A.M., Marfenina I.V., Mikulin YeI. Cryogenic Systems Vol. 1: Basis of Theory and Design. Moscow: Bauman Moscow State Technical University Press; 2000.
  8. Stodola A. Steam and gas turbines. New York City: P. Smith; 1945.
  9. Kolosov M.A. Theorem of Ideal Cycles of Refrigerating Machines // Chemical and Petroleum Engineering. 2016. Vol. 51, N 9–10. P. 674–682. doi: 10.1007/s10556-016-0104-x
  10. Arnold V.I. Mathematical Methods of Classical Mechanics. Berlin: Springer-Verlag; 1989.
  11. Arkharov A.M. Analysis of Energy Systems in a Single Thermodynamic Temperature Field // Chemical and Petroleum Engineering. 2010. Vol. 46, N 1. P. 17–24. doi: 10.1007/s10556-010-9283-z
  12. Kolosov M.A. The Guoy–Stodola Theorem Applied to Refrigeration Engineering. Kholod. Tekh. 2013; 8:40–44. EDN: SMJSFR [in Russian].
  13. Arkharov A.M., Butkevich K.S., Butkevich I.K. et al. Cryogenic Piston Expanders. Moscow: Mashinostroenie. 1974. [in Russian].
  14. Holmal J.P. Heat Transfer. MacGraw-Hill. 2010.
  15. Kudinov I.V., Kudinov V.A. Mathematical simulation of the locally nonequilibrium heat transfer in a body with account for its nonlocality in space and time // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2015. Vol. 88, N 2. P. 406–422. doi: 10.1007/s10891-015-1206-6
  16. Bubnov V.A. Remarks on wave solutions of the nonlinear heat-conduction equation // Journal of engineering physics. 1981. Vol. 40, N 5. P. 565–571. doi: 10.1007/BF00822128
  17. Lykov A.V. Application of the Methods of Thermodynamics of Irreversible Processes to Investigation of the Heat and Mass Transfer // Inzhenerno Fizicheskii Zhurnal. 1965. Vol. 9, N 3. P. 287–304. doi: 10.1007/BF00828333
  18. Novikov I.I., Evko L.S., Fotin B.S. et al. Trends in the Development of Piston Compressors // Chemical and Petroleum Engineering. 1981. Vol. 17, N 9. P. 462–465. doi: 10.1007/BF01148521
  19. Voronov V.A., Leonov V.P. Testing of a Scroll Expander in Various Modes // Chemical and Petroleum Engineering. 2015. Vol. 51, N 1–2. P. 33–36. doi: 10.1007/s10556-015-9993-3.
  20. Ivlev V.I., Bozrov V.M., Voronov V.A. Testing a scroll machine in pneumatic motor-expander modes // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2015. Vol. 44, N 2. P. 120–124. doi: 10.3103/S1052618815020053

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематизированная индикаторная диаграмма с изображением направления тепловых потоков: BDC и TDC — нижняя и верхняя мертвые точки соответственно; psuc, pdis — давления всасывания и нагнетания, соответственно; V–h — описанный объем за один оборот коленчатого вала.

Скачать (66KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Механизм генерации энтропии в процессе неравновесного регенеративного теплообмена.

Скачать (45KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Качественный характер изменения температур газа Tg и внутренней поверхности рабочей полости Ts.

Скачать (66KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.