Осьтік көмірқышқыл турбиналары қалақшаларының салқындату арналарының топологиясын әзірлеу және зерттеу
DOI:
https://doi.org/10.31489/2022No2/48-57Кілт сөздер:
салқындататын қалақшалар, аса критикалық көміртегі диоксиді, оттегі-отын энергетикалық циклі, көмір қышқыл турбинасы, қабырғалық турбулизаторлар, жылу алмасуАңдатпа
Қазіргі уақытта энергия секторынан көміртегі диоксидінің шығарындыларын азайту жөніндегі перспективті шешім оттегі-отын циклдерін енгізу болып табылады. Оттегі-отын циклі - Аллама циклі болып табылады. Бұл циклде жұмыс денесі аса сындық көмірқышқыл газы болып табылады. Турбинаның алдындағы СО2 –нің температурасы 1150 °C, ал қысымы 30 МПа құрайды. Жұмыс ортасының жоғары температурасымен байланысты көмірқышқыл турбинаның бастапқы кезеңдерін салқындату қажет. Берілген турбинаның салқындату жүйесінің ерекшелігі - көміртегі диоксиді салқындатқыш ретінде қолданылады. Бұл жұмыста көмірқышқыл турбинасының шүмек қалақшасының конвективті салқындату жүйелерінің екі топологиясы зерттелген, сонымен бірге цилиндрлік салқындатқыш арнасында бұрандалы қабырғалауды қолдану арқасында жылуалмасу қарқындылығын арттыру нұсқасы қарастырылған. ANSYS бағдарламалық пакетінің көмегімен шүмек қалақшасының денесінде салқындататын арналардың орналасуының екі топологиясының математикалық модельдеуі жүргізілді: 1 – конфигурация – диаметрі 1 мм 17 арнамен, 2-конфигурация-қалақша профилі пішінді үш арнамен. 1 конфигурация тиімдірек болды: Нуссельт саны 117, ал салқындатқыш жағынан жылу беру коэффициентінің орташа мәні - 6413 Вт/м2∙К. Зерттелетін қалақшаның салқындатқыш цилиндрлік арнасында бұрандалы қабырғалауды қолданудың әсері зерттелген, бұл металл температурасын орташа есеппен 54 °C-қа төмендетуге және жылу беру коэффициентін 2 есе арттыруға мүмкіндік берді.
References
Araujo G., Robalino-López A., Tapia N. Energy foresight: Exploration of CO2 reduction policy scenario for Ecuador during 2016–2030. Energetika. 2019. Vol. 65, No 1, pp. 51 – 70.
Bariss U., Laicane I., Blumberga D. Analysis of factors influencing energy efficiency in a Smart Metering Pilot. Energetika. 2014. Vol. 60, No 2, pp. 125 – 135.
Energy I. World Energy Outlook 2014. International Energy Agency (IEA). OECD. Paris. IEA Publications, 2014. Available at: https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2014
Kádár P. Pros and cons of the renewable energy application. Acta Polytech. Hung. 2014. Vol. 11, No 4, pp.211–224.
Phuangpornpitak N., Tia S. Opportunities and challenges of integrating renewable energy in smart grid system. Energy Procedia. 2013. Vol. 34, pp. 282 – 290.
Adar E. The State of the Art of Nuclear Energy: Pros and Cons. EurAsia Waste Management Symposium. Istanbul, 2020. pp. 26 – 28.
Boot-Handford M.E., et al. Carbon capture and storage update. Energy Environ. Sci. Royal Society of Chemistry. 2014. Vol. 7, No 1, pp. 130 – 189.
Rogalev A., et al. Research and Development of the Oxy-Fuel Combustion Power Cycles with CO2 Recirculation. Energies. 2021. Vol. 14, No 10, pp. 2927.
Scaccabarozzi R., Gatti M., Martelli E. Thermodynamic Optimization and Part-load Analysis of the NET Power Cycle. Energy Procedia. 2017. Vol. 114, pp. 551 – 560.
Rogalev A. et al. The flow path characteristics analysis for supercritical carbon dioxide gas turbines. E3S Web of Conferences, 2019. Vol. 124, pp. 01006.
Iwai Y. et al. Development Approach to the Combustor of Gas Turbine for Oxy-Fuel, Supercritical CO2 Cycle. ASME Turbo Expo 2015. Montreal, 2015. Vol. 9, pp. 1–7.
Allam R.J. et al. The Oxy-Fuel, Supercritical CO2 Allam Cycle: New Cycle Developments to Produce Even Lower-Cost Electricity From Fossil Fuels Without Atmospheric Emissions. ASME Turbo EXPO 2014. Düsseldorf, 2014. Vol 3B, pp. 1 – 9.
Allam R. et al. Demonstration of the Allam Cycle: An Update on the Development Status of a High Efficiency Supercritical Carbon Dioxide Power Process Employing Full Carbon Capture. Energy Procedia. 2017. Vol. 114, pp.5948–5966.
Sasaki T. et al. Development of Turbine and Combustor for a Semi-Closed Recuperated Brayton Cycle of Supercritical Carbon Dioxide. ASME Turbo Expo 2017. Charlotte, 2017. Vol. 1, 8 p.
Kindra V. et al. An experimental and numerical study of flow and heat transfer in cooling channels with pin fin-dimple and pin fin-groove arrays. 13 th European Conference on Turbomachinery Fluid dynamics & Thermodynamics. Lausanne, 2018, pp. 1 – 10.
Ying Q. et al. Vortex Patterns Investigation and Enstrophy Analysis in a Small Scale S-CO2 Axial Turbine. Energies. 2021. Vol. 14, No 19, pp. 1 – 22.
Rahimi J., Poursaeidi E., Khavasi E. Stress analysis of a second stage gas turbine blade under asymmetric thermal gradient. Mech. Ind. EDP Sciences. 2019. Vol. 20, No 6, pp. 607.
Kim K.M. et al. Analysis of conjugated heat transfer, stress and failure in a gas turbine blade with circular cooling passages. Eng. Fail. Anal. 2011. Vol. 18, No 4, pp. 1212 – 1222.
Bohn D., Ren J., Kusterer K. Cooling Performance of the Steam-Cooled Vane in a Steam Turbine Cascade. Turbo Expo 2005. Reno, 2005. Vol 3, pp. 217 – 226.
Wróblewski W. Numerical evaluation of the blade cooling for the supercritical steam turbine. Appl. Therm. Eng. 2013. Vol. 51, No 1 – 2, pp. 953 – 962.
Kaewchoothong N. et al. Effect of inclined ribs on heat transfer coefficient in stationary square channel. Theor. Appl. Mech. Lett. 2017. Vol. 7, No 6, pp. 344–350.
Jin W. et al. Effect of shape and distribution of pin-fins on the flow and heat transfer characteristics in the rectangular cooling channel. Int. J. Therm. Sci. 2021. Vol. 161, 106758 p.
Gupta S., Chaube A., Verma P. Review on Heat Transfer Augmentation Techniques: Application in Gas Turbine Blade Internal Cooling. J. Eng. Sci. Technol. Rev. 2012. Vol. 5, No 1, pp. 57 – 62.
Aljibory M.W., Rashid F.L., Alais S.M.A. An Experimental and numerical investigation of heat transfer enhancement using annular ribs in a tube. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 433, No 1, pp. 012057.
Yousefi A., Nejat A., Sabour M.H. Ribbed channel heat transfer enhancement of an internally cooled turbine vane using cooling conjugate heat transfer simulation. Therm. Sci. Eng. Prog. 2020. Vol. 19, pp. 100641.
Zheng N. et al. Effects of rib arrangements on the flow pattern and heat transfer in an internally ribbed heat exchanger tube. Int. J. Therm. Sci. Elsevier. 2016. Vol. 101, pp. 93–105.
