Исследование процессов теплопереноса в теплообменниках энергоустановок, работающих на сверхкритическом диоксиде углерода

Одним из перспективных способов повышения топливной эффективности и экологической безопасности генерирующих объектов, использующих органическое или ядерное топливо, при условии сохранения уровня начальных температур является применение в качестве рабочего тела диоксид углерода, работающего при сверхкритических параметрах, что позволяет реализовать цикл Брайтона с низкими затратами собственных нужд на компрессорное оборудование. Переход на углекислотный теплоноситель также может привести к снижению стоимости энергетических установок за счет уменьшения габаритных размеров турбомашин и трубопроводов. В то же время конечная стоимость энергоустановки во многом будет зависеть от объемов регенеративной системы. Целью проекта является формирование научно-технического задела для перехода к высокоэффективным энергетическим циклам со сверхкомпактным основным оборудованием, работающем на сверхкритическом диоксиде углерода, на тепловых и атомных электростанциях большой мощности. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: 1) провести исследования термодинамических циклов на сверхкритическом диоксиде углерода применительно к энергетическим установкам тепловых и атомных электростанций и осуществить разработку их тепловых и конструкторско-компоновочных схем; 2) провести исследования процессов тепломассопереноса в теплообменниках-регенераторах энергоустановок, работающих на диоксиде углерода при сверхкритических параметрах, и осуществить разработку перспективных компоновочных схем сверхкомпактного теплообменного оборудования. Объектом исследования являлись энергетические установки, используемые для производства электроэнергии на природном газе, угле и ядерном топливе, работающие на сверхкритическом диоксиде углерода, а также сверхкомпактные рекуператоры, служащие для утилизации теплоты уходящих газов турбины. Методология проведения исследований включает в себя структурно-параметрическую оптимизацию на основе вариантных расчетов, методы конечно-элементного анализа, экспериментальные методы исследований. Полученные в ходе реализации проекта результаты ориентированы на создание научного задела, необходимого для разработки тепловых и атомных электрических станций большой мощности с компактным основным оборудованием, работающем на сверхкритическом углекислотном теплоносителе. Результаты работы могут быть использованы энергомашиностроительными и проектными предприятиями, инжиниринговыми компаниями, занимающимися проектированием и строительством электростанций, а также производителями теплообменного оборудования.