Расчет и анализ идеального цикла газотурбинных двигателей

Министерство образования Российской Федерации

Пермский государственный технический университет

Кафедра теплотехники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Расчет и анализ идеального цикла газотурбинных двигателей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. РКТ-11 Ложкин Е.А.

Проверил: Ошивалов М.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь 2012г.

 

          

  Дано:

Тип цикла ГТД, p=const,

Скорость полета М=1,5; на высоте h=5 км

Массовый состав топлива С=0,85 ,Н=0,12 ,О=0,03

Температура газа перед турбиной  =1260 K

Дополнительное задание:

Рассчитать энергетические характеристики цикла с политропным расширением в турбине.

Объяснить причину изменения термического КПД цикла.

  Данные взятые из таблицы:

   При высоте h=5 км: Температура =255,7 К,  Бар. Давление Р =54048 Па,

 

                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               

 

 

 

 

1.Определение параметров рабочего  тела цикла

Состав продуктов сгорания определяется однозначно определяется химическими реакциями сгорания элементов, если известно значение коэффициента избытка воздуха a, который равен отношению действительного количества килограммов воздуха L для сгорания 1кг топлива, к теоретически  необходимому L0

  

Теоретически необходимое кол-во воздуха L0 из условия полного сгорания углерода и водорода топлива равно

  кг

 

Находим низшую теплоту сгорания топлива

,где С, Н, S, O в  %           

       кДж/кг

 

Определяем коэффициент a методом приближений.

В первом приближении задаем показатель адиабаты k=1,4 ,

                                                                                          R=287 Дж/кг*K,

                                                                                          C =1000 Дж/кг*K.

 Степень повышения давления

Определяем коэффициент избытка воздуха

 

Массовый состав рабочего тела (газовой смеси)

                  

               

       Проверка:

   ;

1=1, равенство верно, проверка выполняется.

По полученному составу газовой смеси определяем средние для интервала температур, в пределах которого осуществляется цикл, теплоемкости СР и СV , показатель адиабаты k1.

Средние теплоемкости газов при постоянном давлении при температуре -17,3 °С

  

  

  

  

 

Теплоемкость для Т0

 

Средние теплоемкости газов при постоянном давлении при температуре 987 °С

  

  

  

  

Теплоемкость для Т3

Средняя изобарная теплоемкость в интервале температур

  

Средняя изохорная теплоемкость в интервале температур

  

Показатель адиабаты k

  

Найденное значение показателя адиабаты отличается от заданного в начале расчета более, чем на 2%,значит необходимо выполнить следующее приближение: по последнему значению к=1,3487 снова рассчитываем коэффициент избытка воздуха  a  и т. д.

Во втором приближении задаем показатель адиабаты k=1,3487

 по условию задачи

                            

Определяем коэффициент избытка воздуха

Проверка:

 

  

Массовый состав рабочего тела (газовой смеси)

                  

                

Проверка:

 

1=1, равенство верно проверка выполняется.

По полученному составу газовой смеси определяем средние для интервала температур, в пределах которого осуществляется цикл, теплоемкости СР и СV , показатель адиабаты k1.

Теплоемкость для Т0   

Теплоемкость для Т3

 

Средняя изобарная теплоемкость в интервале температур

  

        Определяем газовую постоянную R

  

 

Средняя изохорная теплоемкость в интервале температур

  

Показатель адиабаты k                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

  

Найденное значение показателя адиабаты не отличается от заданного в начале расчета более, чем на 2%,значит приближений больше не нужно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение параметров состояния в характерных точках цикла. Изменение в процессах внутренней энергии, энтальпии и энтропии.

 

Параметры в точке 0 (начальная точка):

  

  

                     

   Параметры в точке 2:

  

  

                     

  Параметры в точке 3:

  

  

                      

 

   Параметры в точке 5:

  

                    

                    

 

 

Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии.

 

Процесс 0-2

  

Процесс 2-3

  

Процесс 3-5

     

Процесс 5-0

  

 

	р, Па	Т, К	v,
0	54048	255,7	1,362
2	1621440	612,33	0,109
3	1621440	1260	0,224
5	54048	526,16	2,802

	Du	Di	Ds
0-2	297160,22	399813,24	0
2-3	539668,95	726095,82	808,97
3-5	-611471,18	-822701,91	0
5-0	-225357.98	-303207,16	-808,97

 

 

3. Определение цикловой работы и термического коэффициента полезного действия.

Определим подведенную и  отведенную теплоту

  

 

Определим цикловую работу

  

 

Определим термический КПД

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Дополнительное задание.

Задание: Рассчитать энергетические характеристики цикла с политропным расширением в турбине. Изобразить цикл на тепловой диаграмме. Объяснить причину изменения термического КПД цикла.

 

Найдем температуру в точке 1 и работу компрессора.

 

Так как параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла изменились, то пересчитываем значения параметров состояния в точках 4 и 5.

 

 

 

 

 

 

 

Определим подведенную и  отведенную теплоту

 

 

Определим цикловую работу

 

Определим термический КПД

 

 

 

Вывод: термический КПД цикла уменьшился потому, что работа цикла уменьшилась, а подведенная теплота увеличилась.