ЦИКЛ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ. Курсовая работа цикл работы газотурбинного двигателя при постоянном давлении

• Название: Курсовая работа цикл работы газотурбинного двигателя при постоянном давлении
• Анкор: ЦИКЛ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ
• Дата: 02.03.2022
• Размер: 496.5 Kb.
• Имя файла: ЦИКЛ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ.doc
• Тип: Курсовая; #379400

КУРСОВАЯ РАБОТА

«ЦИКЛ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДАВЛЕНИИ»

Содержание

Введение………………………………………………….……..…………………....	3
1. Исходные данные……………………..………………...…………………………	4
2. Расчет газотурбинного двигателя……………………………………..………….	4
Заключение…………………………………………………...………………………	13
Список литературы………………………………………...………………………...	14

ВВЕДЕНИЕ

Газотурбинный двигатель, в котором сгорание топлива происходит непосредственно в рабочем теле цикла, осуществляемого в потоке газа. Принципиальная схема газотурбинного двигателя, в которой сгорание топлива происходит при постоянном давлении, приведена на рис. 1, а осуществляемый в ней обратимый цикл представлен в p,v –диаграмме на рис. 2 и в T,s –диаграмме на рис. 3. В атмосферный воздух из окружающей среды, имеющий давление и температуру , поступает на вход компрессора К, вращающегося на одном валу с газовой турбиной Т. В компрессоре воздух адиабатно сжимается до давления , при котором подается в камеру сгорания КС, куда поступает и газообразное или жидкое топливо. Здесь при постоянном давлении происходит сгорание топлива, вследствие чего температура получившихся газообразных продуктов сгорания повышается до значения . При этой температуре и давлении = газ поступает в турбину, где при адиабатном расширении до атмосферного давления совершает работу, одна часть которой затрачивается на привод компрессора, а другая на привод генератора Г, вырабатывающего электроэнергию. Из турбины газ при давлении = выбрасывается в окружающую атмосферу, а в компрессор забирается из атмосферы новый чистый воздух. Таким образом, для данной порции воздуха процесс фактически является незамкнутым, но при построении термодинамического цикла (рис. 2, 3) охлаждение отработавшего газа в атмосфере рассматривается как изобарный процесс отвода теплоты от рабочего тела холодному источнику.

Газотурбинные установки, работающие по такой схеме, назы­вают установками открытого цикла. Большинство современных ГТУ работает по этой схеме.


Рис. 1


Рис. 2 Рис. 3
1-2 - адиабатное сжатие до давления ;

2-3 – подвод теплоты при постоянном давлении (сгорание топлива);

3-4 – адиабатное расширение до первоначального давления ;

4-1 – охлаждение рабочего тела при постоянном давлении (отвод теплоты );

1. 
   ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
   

р₁ = 0,1 МПа – давление перед компрессором.

Т₁ = 25⁰ C – температура воздуха перед компрессором.

= 6,5 – степень повышения давления в компрессоре .

ρ = 2,3 – степень изобарного расширения.

= 1 кДж/(кг·К) – теплоемкость при постоянном давлении.

R = 287 Дж/(кг·К) – газовая постоянная.

k = 1,4 – коэффициент адиабаты .

=760 мм. рт. ст. = Па – нормальное атмосферное давление.

К – начальная температура.

Схема расчета:

1. основных показателей во всех основных точках цикла;

2. количества теплоты участков цикла;

3. изменение параметров  изменение внутренней энергии;  изменение удельной теплоемкости;  изменение удельной энтропии;

4. работа каждого процесса цикла;

5. термический КПД цикла через характеристики цикла.

2. 
   РАСЧЕТ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
   

1. Основные показатели во всех основных точках цикла:

Точка 1:

.

.

Используя уравнение Клапейрона –

.

.

Воспользуемся уравнением Майера, оно не зависит от вида процесса

– уравнение Майера.

=0,713 .

Внутреннюю энергию найдем через теплоемкость при постоянном давлении:

.

Энтальпию найдем через теплоемкость при постоянном объеме:

.

Параметр определим выбрав начало отсчета, условно считая при T₀=0 ⁰C=273 K, Р₀ =760 мм рт. ст.= Па:

,

87,621–0=87,621 – абсолютное значение энтропии (исходное).

Точка 2:

;

MПа.

Процесс 1-2 адиабатный, воспользуемся уравнением адиабаты: .

Уравнение Клапейрона ;

, ;

;

;

.

Используя связь между параметрами в адиабатном процессе:

;

К.





В практике, как правило, интерес представляет не абсолютная величина энтропии, а ее изменение. Поэтому часто величине придают произвольное значение для условно принятого, так называемого стандартного состояния. Если стандартное состояние считать исходным и приписать ему значение энтропии , то для вычисления энтропии в точке 2 будет выражение:

;

В Ts-координатах адиабата изображается вертикальной прямой, рис. 3, потому что при q = 0 изменения энтропии нет, т.е. Δs = 0. В этом случае адиабатный процесс можно

называть изоэнропным процессом.
;

.
Точка 3:

Уравнение изобарного процесса записывается в виде , значит ;

.

Используем формулу степени изобарного расширения ;

.

Процесс 2-3 изобарный, воспользуемся уравнением изобара .

Используя уравнение Клапейрона: ;

, ;

;

.

.

.

;

;

.

Точка 4:

Процесс 4-1 изобарный, уравнение изобарного процесса записывается в виде , значит ;

МПа.

Процесс 3-4 адиабатный: ;

;

.

;

.

.

.

;

;

.

Таблица 1 – Результаты основных показателей во всех основных точках цикла:

№	р, МПа	v,	T, К	u,	i,	s,
1	0,1	0,855	298	212,474	298	87,621
2	0,43	0,308	448,314	319,648	448,314	87,621
3	0,43	0,708	1030,54	734,775	1030,54	919,965
4	0,1	1,965	685,309	488,625	685,309	919,965

2. Количество теплоты участков:

1-2: Адиабатный процесс будем считать частным случаем политропного: .

n–показатель политропы.

Выражение для вычисления n находится по формуле: ;

.

.

2-3: Принимая во внимание формулировку первого закона термодинамики для открытой системы, теплота, сообщаемая рабочему телу в изобарном процессе, расходуется на изменение энтальпии: .

3-4: Адиабатный процесс частный случай политропного: .

4-1: Изобарный процесс: .

.
3. Изменение параметров , , для процессов:

Процесс 1-2:

.

.

.
Процесс 2-3:

.

.

.

Процесс 3-4:

.

.

.
Процесс 4-1:

.

.

.

4. Работа каждого процесса:

1-2 (адиабатный процесс) : Выражение удельной работы изменения объёма, совершаемой рабочим телом при адиабатном процессе рассчитывается по формуле: ;

.

2-3 (изобарный процесс) : Выражение удельной работы изменения объёма, совершаемой рабочим телом при изобарном процессе рассчитывается по формуле: ; .

3-4 (адиабатный процесс) : .

4-1 (изобарный процесс) :

–107850,295+167098,862+247703,243+(–111157,683)=195794,127 Дж.

№	l, Дж	q, кДж	Δu,	Δi,	Δs,
1-2	-107850,295	0	107,174	150,314	0
2-3	167098,862	582,226	415,127	582,226	832,344
3-4	247703,243	0	-246,15	-345,231	0
4-1	-111157,683	-387,309	-276,151	-387,309	-832,344

Таблица 2 – Таблица изменения параметров и работа каждого цикла:

5. Термический КПД цикла через характеристики цикла:

Под термическим КПД понимают отношение теплоты, преобразованной в полезную работу цикла, ко всей подведенной теплоте.

Ввиду необходимости передавать часть энергии в форме теплоты теплоприемнику термический КПД любого цикла не может быть равен единице.
.

Полученное значение КПД сравнить со значением, определенным по формуле:
.

Для построения диаграммы цикла в p-v координатах определяем координаты трех промежуточных точек для каждого из процессов 1-2 и 3-4, поскольку процессы адиабатные зависимости между параметрами состояния: , .

Процесс 1-2. Подбор значений , , производится в пределах полученных значений , .

=0,4 ;

0,3МПа.

=0,5 ;

0,2МПа.

=0,6 ;

0,16МПа.

Процесс 3-4. Подбор значений , , производится в пределах полученных значений , .

=0,9 ;

0,3МПа.

=1 ;

0,27МПа.

=1,5 ;
0,15МПа.
Для построения цикла в T-s координатах необходимо интервалы изменения температур от Т₂ до Т₃ и от Т₄ до Т₁ разбить на три примерно равные части. Для значений температур процессов вычисляем соответствующие изменения энтропии рабочего тела по соотношениям:

, .
Процесс 2-3.

Т_а=600К;

=291 .

Т_b=750К;

=514 .

Т_с=850К;

=639 .

Процесс 4-1.

Т_а=370К;

=216 .

Т_b=400К;

=294 .

Т_с=550К;

=612 .

Диаграмма р-v:


Диаграмма T-s:



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте был более подробно анализирован циклы газотурбинного двигателя со сгоранием рабочего тела при постоянном давлении.

Также были сделаны необходимые расчёты и занесены в таблицы.

Был произведен расчет термического КПД через характеристики цикла и расчет КПД определенный по формуле .

Били построены графики термодинамического процесса в p-v и T-s координатах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Манташов А.Т. Теплотехника. Часть I. Термодинамика и теплопередача: учебное пособие. – Пермь: Изд-во ПГСХА, 2009 – 184 с.
2. Малахов А. В. Курс лекций по технической термодинамике. Часть I: учебное пособие. Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. – Нижний Новгород, 2013. – 129 с.