Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Самарский Государственный Аэрокосмический Университет

им. Академика С.П. Королёва

Кафедра теплотехники и тепловых двигателей

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе

«Расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного двигателя»

Вариант № 5

Выполнил:

Студент гр.2202

Жестков Д.А.

Проверил:

Белозерцев В.Н.

Самара 2012

Содержание

• Введение
• 1. Описание работы и схема ГТД
• 2. Расчет состава рабочего тела
• 3. Расчет оптимального значения повышения давления в компрессоре ГТД
• 4. Определение коэффициента избытка воздуха
• 5. Расчёт состава продуктов сгорания и рабочей смеси
• 6. Расчет основных параметров состояния рабочего тела в узловых точках цикла ГТД
• 7. Расчет калорических величин цикла ГТД
• 8. Расчет параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения
• 9. Расчет энергетических характеристик ГТД
• 10. Определение работы и теплоты цикла графическим путем
• Заключение
• Список использованных источников

• Условные обозначения, символы, сокращения единиц и терминов
• С₀ - скорость набегающего потока; м/с
• С_s - скорость истечения газа; м/с
• C_с - изобарная теплоёмкость; Дж/кг*К
• C_v - изохорная теплоёмкость; Дж/кг*К
• R - газовая постоянная; Дж/кг*К
• G - масса; кг
• H - высота; м
• H_u - низшая теплотворная способность; кДж/кг
• k - показатель адиабаты;
• M - молярная масса; моль
• p - давление; Па
• T - температура; К
• с - плотность; кг/м³
• q - теплота; Дж/кг
• l - работа; Дж/кг
• R_уд - удельная тяга двигателя; м/с
• ?s - энтропия; Дж/кг*К
• ?h - энтальпия; Дж/кг
• ?u - внутренняя энергия; Дж/кг
• х - удельный объем; м³/кг
• б - коэффициент избытка воздуха;
• з₁ - термический кпд; %
• ф - время; ч
• ^/ - параметр (характеристика) относится к воздуху;
• ^// - параметр (характеристика) относится к продуктам сгорания

• Реферат
• Пояснительная записка:
• Рисунков: 1
• Таблиц : 8
• Источников: 7
• Рабочее тело, термодинамическая система, процесс, цикл, параметры состояния, закон идеального газа, теплота, внутренняя энергия, работа, топливо, рабочая смесь, продукты сгорания.
• Цель работы: расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик ГТД.
• В результате работы определены: параметры состояния рабочего тела в термодинамических процессах идеального цикла ГТД, его энергетические показатели. Результаты расчетов характеристик идеального цикла ГТД представлены в графической форме.
• газотурбинный двигатель компрессор

• Исходные данные
• Таблица 1 Заданные условия работы.

Заданные условия работы
Высота полета	Н, м	8000
Скорость	Число М	1.7
Время работы	ф, ч	1
Температура газа перед турбиной	Т3, К	1600
Тяга двигателя	R, H	6000

• Таблица 2 Данные международной стандартной атмосферы

Международная стандартная атмосфера	Состав атмосферы
Н; м	Т0; К	р0; Н/м2	р; кг/м2\3	µ*105; Н*с/м3	N2; %	O2; %	CO2; %	H2O; %
8000	236,2	35652	0,526	1,53	77,45	20,31	0,67	1,57

• Таблица 3 Состав топлива

Состав топлива
Марка топлива	Т
Химическая формула	С Н1,96
Низшая теплота сгорания	Hu; кДж/кг	43000
Плотность при 20оС	Ст; кг/м3	0,8

• 

Введение

Авиационные двигатели принадлежат к классу тепловых двигателей внутреннего сгорания, внутри которых происходит сжигание топлива и преобразование части выделившегося тепла в работу.

Все газотурбинные двигатели (ГТД) имеют газогенератор (турбокомпрессор), включающий в себя компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, преобразующий потенциальную энергию топлива в так называемую свободную энергию, которая затем с помощью специальных устройств преобразуется в тягу или мощность.

Поэтому данная работа посвящена расчету ГТД.



1. Описание работы и схема ГТД

1. - входное устройство;

2. - компрессор;

3. - камера сгорания;

4. - газовая турбина;

5. - выходной клапан;

6. - сопло;

В ГТД изображенном на рисунке, набегающая струя воздуха, движущаяся со скоростью полета, тормозится в диффузоре, где происходит предварительное сжатие воздуха. Дальнейшее сжатие осуществляется в компрессоре. Но на больших сверхзвуковых скоростях полета динамическое сжатие становится значительным, соизмеримым со всем повышением давления в двигателе. Из компрессора воздух поступает в камеру сгорания, куда форсунками подается топливо, и где происходит сгорание топливовоздушной смеси, сопровождающееся повышением температуры газа. В турбине происходит расширение газов, преобразование их потенциальной энергии в механическую работу на валу, за счет которой приводятся в движение компрессор и агрегаты двигателя. Окончательное расширение газа, увеличение скорости потока происходит в выходном сопле. Поскольку скорость на выходе из двигателя дальше скорости.



2. Расчет состава рабочего тела

Приложение ІІІ

при постоянном давлении:

С_сN2= 1039

С_сO2= 915

С_сCO2= 815

С_сH2O= 1859

Приложение ІV

при постоянном объеме:

С_vN2=742

С_vO2=655

С_vCO2=626

С_vH2O=1398

R_N2=297

R_O2=260

R_CO2=189

R_H2O=462



µ₁ -

R_µ - газовая постоянная

µ_N2==

µ_O2==

µ_CO2==

µ_H2O==

G_{воздуха}=1кг

µ_{воздуха}=28,9257 кг/моль

М_{0,1 кг воздуха}= M₁=0,0345 кмоль=

M_N2=0,7777 0,0345=0,0269 кмоль

M_O2=0,2063 0,0345=0,0071 кмоль

M_CO2=0,0035 0,0345=0,0002 кмоль

M_H2O=0,0125 0,0345=0,0005 кмоль

G₁=M₁ * µ₁

G_N2=0,0269 28=0,754 кг

G_O2=0,0071 32=0,226 кг

G_CO2=0,0002 44=0,0102 кг

G_H2O=0,0005 18=0,0098 кг

g_N2=0,754

g_O2=0,226

g_CO2=0,0102

g_H2O=0,0098

3. Расчет оптимального значения повышения давления в компрессоре ГТД

Для заданного числа М полета оптимальное значение можно получить аналитически из условия, про при его значении полезная работа цикла ГТД - наибольшая. Обычно решение сводится к отысканию максимума функции работы. Этот максимум в идеальном цикле достигается при значении р_k, равном:

(2.1)

= 5,76

Т₃=1600 K

Т₀=236,2 K

K=1,4

M=1,7



4. Определение коэффициента избытка воздуха

Основано на обеспечении заданной температуры перед турбиной. Для расчета примем соотношение j для заданного вида топлива С Н_1,96

=

= (1+40.51)=3.04 Дж/К

Промежуточные расчеты зависимости:

Коэффициент избытка воздуха:



5. Расчёт состава продуктов сгорания и рабочей смеси

- Массы компонентов:

-

- Моли компонентов

- Мольные (объемные) доли компонентов

=0,03362



- массовые доли компонентов

- количество топлива сгоревшего в 1 кг воздуха

- масса рабочей смеси воздуха и топлива

- теплоемкости рабочей смеси

- газовые постоянные:



Таблица 4 Состав воздуха и продуктов сгорания

Состав воздуха и продуктов сгорания
Характеристики	Компоненты
	N2	O2	CO2	H2O
Rµ; Дж/кгК	297,93	260	189	462
Cp; Дж/кгК	1039	915	815	1859
Cv; Дж/кгК	742	655	626	1398
µ; кг/кмоль	28	32	44	18
G, кг	Воздух	0,755	0,226	0,0102	0,0098
	Прод. Сгор	0,755	0,205	0,0295	0,0137
M, кмоль	Воздух	0,0269	0,0071	0,0002	0,0005
	Прод. Сгор	0,0269	0,0064	0,00006	0,00005
g	Воздух	0,754	0,226	0,0102	0,0098
	Прод. Сгор	0,752	0,204	0,0294	0,0136
r	Воздух	0,7752	0,2046	0,0058	0,0144
	Прод. Сгор	0,8	0,1915	0,02	0,0016

Таблица 5 Состав газовой смеси и её характеристики

Состав газовой смеси и её характеристики
Рабочее тело	Характеристики
Воздух	1016,7	727,5	289,15	1,4	1
Продукты сгорания	1017,5	729,2	288,3	1,395	1

6. Расчет основных параметров состояния рабочего тела в узловых точках цикла ГТД

Основные параметры состояния рабочего тела в узловых точках цикла, измерения калорических величин в процессах цикла и за весь цикл



Точка 1: процесс 0-1 - адиабатное сжатие воздуха в диффузоре

Точка 2: процесс 1-2 - адиабатное сжатие в компрессоре

Точка 3: процессы 2-3 - изобарный подвод тепла в камере сгорания

Точка 4: процесс 3-4 - адиабатное расширение продуктов сгорания в турбине

Точка 5: процесс 4-5 - адиабатное расширение в реактивном сопле ГТД:

7. Расчет калорических величин цикла ГТД

- изменения калорических величин в процессах цикла

· Внутренняя энергия в процессах цикла:

=

· энтальпия:



· энтропия:

- расчет теплоты процессов и тепла за цикл:

;

;



- расчет работы процессов и работы за цикл:

Таблица 6 Основные параметры состояния рабочего тела в узловых точках циклах измерения калорических величин в процессах цикла и за весь цикл

Значения	Узловые точки	Для цикла
	0	1	2	3	4	5
P; Па	35652	175939	1013408,6	1013408,6	572164,5	35652	-
u; м3/кг	1,9	0,61	0,175	0,45	0,68	4,98	-
Т; К	236,2	372,7	613,8	1600	1358,9	616	-
Значения	Процессы	Для цикла
	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-0
?u; Дж/кг	99309,6	175919	71894	-175762	-541355,4	-277093	-
?h; Дж/кг	138779,5	244313	1003458,5	-245319,2	-755595,5	-386650	-
?s; Дж/кгK	0	0	974,5	0	0	-976,2	-1,7
q; Дж/кг	0	0	1003255	0	0	-386650	616605
l; Дж/кг	-138779,5	-244313	0	245319	755595,5	0	617823



8. Расчет параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения

- Расчет для процессов изображаемых в p-v координатах:

Поскольку процессы 0-1, 1-2, 3-4, 4-5 адиабатные, то для любой пары точек на них справедливы соотношения:

Задаваясь значениями параметров используя известные величины и , определяем . Подбор значений производится в пределах полученных значений .

Точка а:

Точка b:



Точка c:

Точка d:

- Расчет процессов изображаемых в Т-S координатах;

Интервалы изменения температур разбиваем на три равные части. Для значений температур процессов , вычисляем соответствующие изменения энтропии рабочего тела в процессах 2-3, 5-0, по соотношениям

Точка а^/:



Точка b^/:

Точка c^/:

Точка d^/:

Дж/(кгК)

Таблица 7 Параметры состояния и изменения энтропии рабочего тела в промежуточных точках процессов цикла

Значения	Точки
	a	b	c	d
p; Па	2,44	4,25	6,8	4,22
v; м3/кг	0,475	0,325	0,6	0,84
Т; К	942,6	1271,3	490	362,6
Значения	Процессы
	При Та=896К	При Тb=1172K	При Тс=356K	При Тd=500
	436	740,5	743,3	435



9. Расчет энергетических характеристик ГТД

- Скорость набегающего потока:

- Скорость истечения рабочего тела из сопла двигателя:

- Удельная тяга двигателя:

- Секундный расход воздуха:

- Масса двигателя:

- Масса топлива, сгорающего в 1кг воздуха:



- Суммарная масса топлива за время полета:

- Термический коэффициент полезного действия:

Таблица 8 Энергетические характеристики ГТД

Энергетические характеристики ГТД
						кг
5.76	0,3393	10.8	709	8.46	134.5	216.8	60.8

10. Определение работы и теплоты цикла графическим путем

Работа цикла, найденная графическим путем:

1979.51

=330

650598,3

Погрешность

5,44%



Теплота цикла, найденная графическим путем:

5857,55

=585754,8

Погрешность:

5%



Заключение

В данной работе был произведен расчет термодинамических параметров и энергетических величин газотурбинного двигателя для заданного режима полета.

Был построен рабочий цикл ГТД в P-V и T-S координат.

Работа цикла была определена двумя методами - аналитическим и графическим, и была произведена оценка погрешности, ее величина составила 0,7% для P-V координат и 0,52% для T-S координат.



Список использованных источников

1. В.Н. Белозерцев, В.В. Бирюк, А.П. Толстоногов. Методические указания / Самар. Гос. Аэрокосм. Ун-т. Самара 2001-40стр.

Размещено на Allbest.ru

...