Ответы на вопросы. Варфоломеев С. А. А851 Ответы на вопросы по главе 10 общий анализ уравнений совместной работы узлов выполненного гтд
 Скачать 168.62 Kb.
|
|
Варфоломеев С.А. А851 Ответы на вопросы по главе 10 «ОБЩИЙ АНАЛИЗ УРАВНЕНИЙ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ УЗЛОВ ВЫПОЛНЕННОГО ГТД»: 1. Докажите, от каких факторов зависит коэффициент расхода дозвукового воздухозаборника. Расход воздуха через двигатель практически однозначно определяется компрессором в случае его работы с дозвуковым воздухозаборником. 2. Докажите, какие факторы влияют на положение рабочей точки на характеристике сверхзвукового воздухозаборника. В чем физический смысл влияния этих факторов? Положение рабочей точки на характеристике сверхзвукового входного устройства и параметры, характеризующие его работу, – коэффициент восстановления полного давления σвх и коэффициент расхода ϕ – определяются из условия совместной работы входного устройства и компрессора. Согласование работы этих узлов оказывает существенное влияние на эффективность двигателя. 3. Докажите, в чем заключается принципиальное отличие совместной работы дозвукового воздухозаборника и компрессора от совместной работы сверхзвукового воздухозаборника и компрессора. Расход воздуха через двигатель практически однозначно определяется компрессором в случае его работы с дозвуковым воздухозаборником, а также на докритических режимах работы сверхзвукового ВУ. На сверхкритических режимах расход воздуха определяется входным устройством, а коэффициент восстановления давления σвх – не гидравлическими и газодинамическими потерями, а условиями согласования узлов. 4. От чего зависит степень понижения давления в турбине ГТД, выполненного с неизмененными проходными сечениями? Каков физический смысл влияния этих факторов? Степень понижения давления в турбине выполненного двигателя определяется из условия совместной работы турбины и сопла. Для двигателя с нерегулируемыми характерными сечениями π*т сохраняется постоянной на режимах сверхкритического истечения газа из сопла; на режимах докритического истечения π*т однозначно определяется степенью понижения давления газа в канале сопла; ее изменение обусловлено изменением пропускной способности сопла. 5. Докажите, как определяется степень понижения давления в турбине проектируемого и выполненного ТРДД? В чем заключается различие? В случае проектируемого двигателя, из условия обеспечения заданных значений π*кНД и степени двухконтурности с помощью уравнения баланса определяется степень понижения давления в турбине π*тНД.. Степень понижения давления в турбине выполненного двигателя определяется из условия совместной работы турбины и сопла. 6. Объясните физический смысл влияния регулирования минимального сечения сопла и минимального сечения соплового аппарата турбины на степень понижения давления в турбине. Степень понижения давления газа в турбине можно изменять путем регулирования площадей минимального сечения сопла и соплового аппарата турбины. Уменьшение площади выходного сечения F с. кр приводит к снижению π*тНД, что объясняется уменьшением пропускной способности сопла: через уменьшенную площадь сечения газ может пройти только при увеличенном давлении p*т , что приводит к снижению π*тНД . При уменьшении площади Fс.аНД значение π*тНД возрастает. (Уменьшение Fс.кр и Fс.аНД приводит к повышению давления. Но в первом случае давление повышается за турбиной, и это ведет к снижению π*тНД . Во втором случае давление растет перед турбиной, в результате степень понижения давления в турбине повышается). 7. Докажите, от каких факторов зависит приведенная скорость на входе в камеру сгорания λк? В чем физический смысл влияния этих факторов? При Fк=const приведенная скорость за компрессором зависит от коэффициента восстановления полного давления σк.с, пропускной способности турбины μс.а q(λс.а)Fс.а , коэффициента νк–с.а и степени подогрева газа в камере сгорания T*г/T*к . При уменьшении σк.с плотность газа уменьшается, что ведет к снижению λк. Снижение проходной способности μс.аq(λс.а )Fс.а приводит к уменьшению λк. В результате уменьшения отбора воздуха на самолетные нужды Gотб (увеличения νк–с.а) приведенная скорость λк снижается, что объясняется уменьшением пропускной способности сети самолетного отбора, на которую также работает компрессор. С увеличением T*г / T*к приведенная скорость λк снижается из условия неразрывности потока, что является следствием уменьшения плотности газа на выходе из камеры сгорания. 8. Выведите и проанализируйте постоянной пропускной способности λк = const. Как положение этой линии зависит от пропускной способности сети, на которую работает компрессор?  Уменьшение λк, т.е. уменьшение пропускной способности сети, приводит к смещению линии вверх (при nпр.вВД = const или λвВД = const). 9. Какие ограничения на положение рабочей точки на характеристике компрессора ВД накладывает уравнение неразрывности потока, проходящего через компрессор и турбину ВД? Уравнения неразрывности потока, баланса мощностей и степени двухконтурности накладывают определенные ограничения на положение рабочих точек на характеристике компрессора НД двухвального ТРДД, поскольку они связывают π*кНД и q(λв) с рядом параметров. Из этих уравнений следует, что положение рабочей точки на характеристике кНД зависит от положения рабочей точки на характеристике кВД, и, кроме того, от КПД, коэффициентов и параметров, характеризующих работу турбокомпрессора НД (например, от π*тНД, η*тНД ), а также наружного контура (например, от Fс. кр II , λс. кр II ). 10. Какие параметры связывает уравнение баланса мощности компрессора и турбины ВД? Проанализируйте эту связь.  Где NкВД – мощность развиваемая компрессором, NтВД – мощность развиваемая турбиной, Nпот – мощность на нужды потребителя, ηmВД – механический КПД (учитывает потери мощности в трансмиссии и на привод агрегатов двигателя). 11. Каким условиям должна удовлетворять совместная работа компрессора и турбины ВД? Сделайте вывод и краткий анализ уравнения совместной работы узлов газогенератора. Работа компрессора и турбины на установившихся режимах должна удовлетворять трем условиям: неразрывности потока; балансу мощности; равенству (соответствию) частот вращения роторов. Для вывода уравнения совместной работы узлов газогенератора необходимы два уравнения: 1)  - уравнение неразрывности потока:2)  .Решаем совместно эти 2 уравнения: из 2-го определим отношение температур и подставим в 1-ое. После преобразования имеем:  12. От каких факторов в общем случае зависит положение рабочей точки на характеристике компрессора ВД ГТД? 1) степени повышения температуры в газогенераторе T*г / T*вВД; 2) площадей характерных сечений Fс.а , FвВД и Fс.аНД; 3) коэффициента отбора мощности η отб ВД; 4) коэффициента νг, который зависит от величины отбора воздуха на самолетные нужды, т.е. от характера работы двигателя; 5) числа Мп , поскольку степень понижения давления в турбине π*т ВД (lт ВД ) определяется величиной πс. р , зависящей от степени повышения давления πV; 6) КПД узлов и коэффициентов потерь, которые в общем случае зависят от условий эксплуатации. 13. От каких факторов зависит степень двухконтурности ТРДД (выведите формулу для m и проанализируйте ее)? Для вывода степень двухконтурности выражаются величины расходов воздуха GII и GI:  откуда, пренебрегая радиальной неравномерностью параметров потока в сечении за компрессором НД и потерями полного давления между компрессорами, получим:  где σкан – коэффициент восстановления давления в канале наружного контура; σс II – коэффициент восстановления давления в сужающейся части сопла наружного контура; Fс. кр II – эффективная площадь минимального сечения сопла наружного контура. Степень двухконтурности изменяется обратно пропорционально относительной плотности тока q(λвВД), т.е. однозначно определяется положением рабочей точки на характеристике компрессора ВД:  14. Выведите уравнение баланса мощности компрессора и турбины НД двухвального ТРДД (без подпорных ступеней) и представьте его в трех видах. Проанализируйте это уравнение. 1) Для компрессора и турбины НД двигателя без подпорных ступеней оно имеет вид:  2) Поделив левую и правую части этого уравнения на величину расхода воздуха через внутренний контур GI , получим:  3)  Из уравнения баланса мощности компрессора и турбины НД следует, что соотношение между π*кНД и π*тНД зависит от отношения температур, коэффициентов νг НД , ηотб НД (как и для газогенератора) и, кроме того, от степени двухконтурности. С увеличением степени двухконтурности π*кНД уменьшается. В системе выполненного двигателя из уравнения баланса мощности определяется в большинстве случаев степень повышения давления в компрессоре π*кНД. А в случае проектируемого двигателя, наоборот, из условия обеспечения заданных значений π*кНД и степени двухконтурности с помощью этого уравнения определяется степень понижения давления в турбине π*т НД. 15. От каких факторов зависит положение рабочей точки на характеристике компрессора НД двухвального ТРДД (выведите уравнение неразрывности потока для сечений В, вВД и С.КРII и проанализируйте его совместно с уравнением баланса мощности компрессора и турбины НД)? Условие неразрывности потока между сечениями В, вВД и С.КРII двухконтурного двигателя без подпорных ступеней (см. рис. 1.1) представим в виде уравнения: GΣ = GI (m + 1). Выражая GΣ и GI через параметры потока в сечениях В и вВД, получим:  Уравнение для степени двухконтурности m и уравнение выше накладывают определенные ограничения на положение рабочих точек на характеристике компрессора НД двухвального ТРДД, поскольку они связывают π*кНД и q (λв) с рядом параметров. Из этих уравнений следует, что положение рабочей точки на характеристике кНД зависит от положения рабочей точки на характеристике кВД, и, кроме того, от КПД , коэффициентов и параметров, характеризующих работу турбокомпрессора НД, а также наружного контура. 16. Совместная работа всех узлов ГТД. (Какими уравнениями описывается совместная работа узлов двухвального ТРДД с раздельным истечением потоков?) Уравнение неразрывности потока, проходящего через входное устройство (ВУ) и компрессор:  Степень понижения давления газа в турбине НД:           17. Сформулируйте основные выводы (резюме) по теме "Общий анализ уравнений совместной работы узлов выполненного ГТД". 1) Положение рабочей точки на характеристике сверхзвукового входного устройства и параметры, характеризующие его работу, – коэффициент восстановления полного давления σвх и коэффициент расхода ϕ – определяются из условия совместной работы входного устройства и компрессора 2) Степень понижения давления в турбине выполненного двигателя определяется из условия совместной работы турбины и сопла. 3) Из условия совместной работы камеры сгорания и турбины следует, что приведенная скорость λк, т.е. пропускная способность сети, расположенной за компрессором, определяется в основном пропускной способностью турбины и степенью подогрева газа в камере сгорания. 4) При заданном значении q (λв ) или nпр величина λк однозначно определяет положение рабочей точки на характеристике компрессора. 5) Из уравнения баланса мощности узлов газогенератора следует, что относительная работа компрессора lкВД определяется относительной работой турбины l тВД и отношением температур на входе в турбину и компрессор T*г / T*вВД, а в общем случае зависит также от коэффициентов, характеризующих отбор мощности ηотб ВД и воздуха ν г. 6) Совместное решение уравнений неразрывности и баланса мощности компрессора и турбины ВД дает уравнение совместной работы узлов газогенератора. Оно накладывает определенные ограничения на положение рабочей точки на характеристике компрессора ВД. 7) Степень двухконтурности в общем случае зависит от нескольких факторов, но для двухвального ТРДД с нерегулируемыми сечениями без подпорных ступеней при λс.кр II = 1 она обратно пропорциональна приведенной плотности тока q (λвВД ) и однозначно определяется положением рабочей точки на характеристике компрессора ВД. 8) Работа вентилятора lкНД пропорциональна работе турбины вентилятора lтНД , отношению температур T*гНД / T*н и обратно пропорциональна отношению расходов рабочего тела через вентилятор и внутренний контур (т+1), а также зависит от коэффициентов, характеризующих отбор мощности ηотб НД и воздуха νг НД . 9) Положение рабочей точки на характеристике компрессора НД определяется по уравнениям баланса мощности, неразрывности потока и уравнению для степени двухконтурности. Оно зависит от положения рабочей точки на характеристике компрессора ВД, а в общем случае также и от других факторов. 10) Положение рабочих точек на характеристиках компрессоров и закономерности совместной работы узлов ГТД зависят главным образом от отношения температур T*г / T*н , типа двигателя (ηотб ), его схемы, условий работы (νотб ), числа Мп , от изменения площадей характерных сечений, а также от условий эксплуатации и других факторов. 11) Условие неразрывности потока связывает отношение пропускных способностей двух характерных сечений с отношением полных давлений и температур в них: отношение большей пропускной способности к меньшей пропорционально степени повышения (понижения) давления и обратно пропорционально корню квадратному из степени повышения (понижения) температур. 13) Произведение плотности тока q(λi) на эффективную площадь какого-либо сечения μiFi (а при неизменной эффективной площади – приведенная скорость) характеризует пропускную способность данного сечения, узла или сети, расположенной за этим сечением. |