Розробка рівнорозвинених поверхонь теплообміну для регенераторів теплоти ГТУ газотранспортних систем і дослідження їх теплоаеродинамічних характеристик

Газотурбінні установки (ГТУ) є домінуючим типом приводу газотранспортної системи України. Проте велика частина з них морально і фізично застаріла, що приводить до надмірних витрат газу на власні потреби, які в 2010 році склали 4,9 млрд. м3. Для поліпшення роботи ГТУ найменш витратним є застосування повітронагрівачів (регенераторів) для утилізації теплоти відпрацьованих в турбіні газів. В той же час регенератори при сьогоднішньому рівні їх використання є громіздкими і металоємними, часто мають низьку експлуатаційну надійність. Тому створення нових ГТУ з високими техніко-економічними показниками і модернізація існуючих неможливо без використання в їх конструкціях надійних і ефективних поверхонь теплообміну. Таким вимогам відповідають розроблені нові поверхні – гвинтоподібні труби з рівнорозвиненою поверхнею.

В межах пропонуємої науково-дослідної роботи розроблені та виготовлені лабораторні макети трьохзахідних гвинтоподібних труб з рівнорозвиненою поверхнею з різними геометричними характеристиками за допомогою відносно дешевої технології трьохроликового обкочування тонкостінної круглої труби.
Проведені дослідження твердості стінки труби та її товщини після деформації. Результати експериментів показали, що найбільші інтенсивності напружень та деформацій досягалися біля округлених кромок ролика, гвинтове руйнування труби з’являлося в області найбільшої глибини канавки (h ≥ 5 мм) при максимальній деформації εк ≥ 0,6.

Досліджена структура течії у вигляді ліній току на поверхні труб. Результати з візуалізації течії показали існування тривимірних відривних зон та вихрових структур, які є ефективним засобом додаткового породження турбулентності у примежовому шарі та потоці в цілому, що сприяє інтенсифікації тепловіддачі.
Експериментальні дослідження конвективного теплообміну та аеродинамічного опору досліджених пакетів гвинтоподібних труб свідчать, що інтенсивність теплообміну залежить від геометрії труб та крокових характеристик пакету. В залежності від режимних параметрів вона на 10-30% вища ніж для аналогічних за компонуванням гладких круглих труб.

За результатами експериментальних досліджень отримані методики розрахунків теплообміну і аеродинамічного опору пакетів (поверхонь) з гвинтоподібних труб. Створені методики базуються на емпіричних узагальнених залежностях для розрахунків коефіцієнтів тепловіддачі і втрат тиску зовнішнього та внутрішнього теплоносіїв для теплообмінних апаратів типу „газ-газ”. Розроблені рекомендації із технології виготовлення трьохзахідних гвинтоподібних труб трьохроликовим обкочуванням тонкостінних гладких круглих труб. Створено установку для виготовлення трьохзахідних гвинтоподібних труб з рывнорозвиненою поверхнею.

Результати теплоаеродинамічних розрахунків показали, що поверхня з гвинтоподібних труб дозволяє підвищити компактність теплообмінного апарату на (30-40) %, тобто відповідно зменшити його габаритні розміри і масу.