Расчет термодинамического цикла ГТУ. Газотурбинной установки

• Название: Газотурбинной установки
• Дата: 16.04.2018
• Размер: 214.87 Kb.
• Имя файла: Расчет термодинамического цикла ГТУ.docx
• Тип: Документы; #41320

расчет термодинамического цикла

ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

Рассчитать термодинамический цикл газотурбинной установки (рис. 7), если рабочим телом является 1 кг смеси идеальных газов следующего состава:

• 
  кислород N₂ –m_N2 = 0.745
  
• 
  азот O₂ –m_{O2 =} 0.172;
  
• 
  углекислый газ – ;
  
• 
  водяные пары – .
  

Термодинамический цикл ГТУ

с изохорным подводом теплоты

Процессы сжатия и расширения в цикле политропные. Показатель политропы в процессе сжатия (1-2) равен , а в процессе расширения (3-4) – . Температура и давление рабочего тела на входе в осевой компрессор равны соответственно и . Кроме того, заданы степень повышения давления в осевом компрессоре , степень предварительного расширения в камере сгорания и расход рабочего тела .

1. Характеристики рабочего тела:

средняя молекулярная масса



газовая постоянная

,

теплоемкости компонентов смеси при (Приложение. Табл. 2) :

;

;

;

,

средняя удельная изобарная теплоемкость



средняя удельная изохорная теплоемкость

,

показатель адиабаты смеси идеальных газов

.

2. Термодинамические параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла (рис. 1).

Точка 1.

.

Точка 2.

;

;

;

.

Точка 3.

;

;

;

.

Точка 4

;

;

;

.

Значения параметров и функций состояния в характерных точках цикла

Номер точки
1	0,103	0,820441	20	293,15	217,219652	301,72506	0,068003964
2	0,618	0,226061	211,49	484,64095	359,111506	498,8174	0,06892849
3	0,9888	0,226061	502,28	775,42552	574,57841	798,10784	0,417193968
4	0,103	1,178182	147,82	420,97389	311,93519	433,28798	0,440476045

3. Значения функций состояния в характерных точках цикла:

- внутренняя энергия ;

- энтальпия ;

- энтропия ,

где – индекс точки цикла, в которой рассчитывается значение функции состояния, , .

4. Изменения функций состояния во всех процессах цикла определяются по соотношению

,

где ; – функция состояния в начальной точке процесса;
– функция состояния в конечной точке процесса.

Изменение функций процесса и состояния в процессах цикла

Процесс
1-2	141,89	197,0923	0,0009	-141,5397	-196,740177	0,3521583
2-3	215,47	299,2904	0,3483	0	0	299,29044
3-4	-262,6	-364,82	0,0233	276,15307	378,329702	13,509847
4-1	-94,72	-131,563	-0,372	-36,84738	0	-131,56292
Σ	0	0	0	97,765989	181,589524	181,58952

5. Удельные термодинамическая , потенциальная работы и теплообмен во всех процессах цикла.

Процесс 1–2 – политропное сжатие.

;

;

;

.

Процесс 2–3 – изохорный подвод теплоты.

;

;



Процесс 3–4 – политропное расширение.

;

;

;

.

Процесс 4-1 – изобарный отвод теплоты.



;



6. Работа цикла , термический КПД цикла и КПД цикла
Карно

;

или ;

;

или .

7. Цикл ГТУ в координатах и

Координаты промежуточных точек в процессах цикла.

Промежуточная точка в процессе 1-2:

;

.

Промежуточная точка в процессе 3-4:

;

.

Промежуточная точка в процессе 1-2:

;

;

.

Промежуточная точка в процессе 2-3:

;

;

.

Промежуточная точка в процессе 3-4:

;

;

.

Промежуточная точка в процессе 4-1:

;

;



8.



Рис. 9. Схема ГТУ

1 – осевой компрессор, 2 – камера сгорания,

3 – турбина, 4 – нагнетатель

9. Теоретическая мощность ГТУ

.

10. Изотермическое расширение.

Показатель политропы в процессе сжатия и расширения увеличивается на 10 %

Процесс 1–2 – политропное сжатие.

;

;

;

.

Процесс 2–3 – изохорный подвод теплоты.

;

;



Процесс 3–4 – политропное расширение.

;

;

;

.

Процесс 4-1 – изобарный отвод теплоты.



;



Работа цикла

.

Количество теплоты, подводимое к рабочему телу в цикле.

Термический КПД цикла



Термический КПД цикла Карно

или .

11. Термодинамическое совершенство цикла определяется при сопоставлении его термического КПД с КПД цикла Карно. Для цикла с политропным сжатием так называемый коэффициент заполнения равен

,

а для цикла с изотермическим расширением рабочего тела в осевом компрессоре

.

Термодинамический цикл с политропным расширением рабочего тела более совершенен чем с изотермическим расширением.