Термодинамика. записка. Курсовая работа по дисциплине Термодинамика энергосистем на тему Расчет цикла гту с регенерацией теплоты

• Название: Курсовая работа по дисциплине Термодинамика энергосистем на тему Расчет цикла гту с регенерацией теплоты
• Анкор: Термодинамика
• Дата: 20.12.2022
• Размер: 248.47 Kb.
• Имя файла: записка.docx
• Тип: Курсовая; #854873
• страница: 2 из 7

Введение

Газотурбинными установками называются установки, работающие по принципу использования кинетической энергии потока газов, образующихся в камерах сгорания.

ГТУ обладают следующими важнейшими достоинствами:

реализацией цикла с полным расширением газа до давления во внешней среде и, тем самым, с большим термическим КПД;  получением больших мощностей в одном агрегате (до 1 МВт и более) при относительно малых габаритах; применением относительно дешевых видов топлива; отсутствием поступательно движущихся частей механизмов и получением больших чисел оборотов вала ротора, что позволяет существенно снизить массу и габариты установки при относительно большой мощности и возможности непосредственного соединения с электрогенератором.

Эти достоинства ГТУ способствовали их применению во многих областях техники. В настоящее время ГТУ как двигатели широко применяются в авиации, на флоте, для привода тяжелых машин (тепловозы на железнодорожном транспорте, тягачи, танки и т.д.), на магистральных трубопроводах для привода компрессоров.

ГТУ также свободна от таких недостатков ДВС, таких как: неизбежная неравномерность работы двигателя по времени, ограниченный объем цилиндра, использование кривошипно-шатунного механизма для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала, резкое изменение давления и температуры. Эти обстоятельства не позволяют сосредоточить большую мощность в одном агрегате. Однако в ГТУ термодинамические процессы, составляющие ее цикл, происходят в различных агрегатах установки, что позволяет ее оптимизировать. Так как в ГТУ механическая работа выполняется за счет кинетической энергии потока газов, то использование непрерывного потока дает возможность сосредоточить в малогабаритных аппаратах большие мощности с высоким термическим КПД.

В ряде случаев экономически более выгодно пользоваться газовой турбиной, чем любым другим двигателем. В настоящее время ГТУ широко применяются в авиации, на флоте, для привода тяжелых машин, на магистральных трубопроводах для привода компрессоров.

В простейшей схеме ГТУ продукты сгорания после выхода из газовой турбины через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу, и теплота рабочего тела теряется безвозвратно. В связи с этим представляется целесообразным использовать хотя бы часть этой теплоты для предварительного подогрева воздуха, поступающего в КС после компрессора и тем самым снижая расход топлива по установке в целом.
Исходные данные
Вариант №4

1. Рабочее тело – воздух;

2. c_p = 1004 Дж/кг*K;

3. c_v = 717 Дж/кг*K;

4. R = 287 Дж/кг*K;

5. k = c_p/c_v = 1,4;

6.  = 28,97 кг/кмоль;

7. p_a =10⁵ Па;

8. T_a = 280 K;

9.  = 6,7;

10. t_z = 1260^oC;

11.  = 0,55;

12. Топливо - Керосин Т-1;

13. С = 0,860;

14. H = 0,140;

15. Hu = 43000 кДж/кг;

Теоретические основы

Основы теплового расчета

Одним из основных требований, предъявляемых к современным двигателям транспортных машин, является наиболее экономичное преобразование химической энергии топлив в механическую работу. Успешное решение этой задачи невозможно без знания основополагающих законов термодинамики и термодинамических процессов, осуществляемых в двигательных агрегатах летательных аппаратов, автомобилей, тепловозов и судов. Изучение процессов, происходящих в двигателях, основано на термодинамическом методе исследования, суть которого заключается в замене реальных процессов идеальными термодинамическими процессами.
Цикл газотурбинной установки с регенерацией теплоты

В ГТУ с регенерацией воздух из компрессора 1 поступает в теплообменник-регенератор 5, где подогревается газами, вышедшими из турбины 4. После подогрева воздух направляется в камеру сгорания 2, в которую насосом 6 через форсунку 7 подается топливо. Продукты сгорания через сопловой аппарат 3 поступают в турбину, расширяются и производят работу.


На рисунке изображен этот цикл в диаграмме T-s.



Цикл включает следующие процессы: ac– адиабатное сжатие в компрессоре, c1 – изобарный подогрев воздуха в регенераторе, 1z – подвод тепла в камере сгорания, ze – адиабатное расширение газа в турбине, e2 – отдача тепла в регенераторе, 2a – отвод тепла в окружающую среду. В цикле с регенерацией теплоты за счет внутреннего теплообмена между различными участками цикла удается сэкономить топливо и повысить коэффициент полезного действия ГТУ.

Термический КПД цикла без регенерации: .

Количество тепла, переданное от продуктов сгорания в регенераторе q_р = c_p(T_e - T_c). Количество тепла, подведенного к воздуху q^_р=c_p(T₂ - T_c). Степень регенерации  = q^_р/q_р =1 для идеального регенератора (полная регенерация). Для реальных условий < 1 - задано в варианте задания.

Работа компрессора: l_к = c_p(T_c - T_a)

Работа турбины: l_т = c_p(T_z - T_e)

Работа цикла: l_ц = l_т - l_к

Количество подведенного тепла с учетом регенерации:



Термический КПД: