Расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного двигателя
Определение характеристик воздуха на заданной высоте полета, оптимальной степени сжатия воздуха в компрессоре и основных параметров в характерных точках цикла. Расчет энергетических величин цикла в его процессах. Построение рабочего цикла двигателя.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.10.2014 |
| Размер файла | 294,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДАРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
(СГАУ)
Кафедра теплотехники и тепловых двигателей
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе
«Расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного двигателя»
Вариант № 13
Выполнил: Окойе Ч.Т.
Проверил: Некрасова С.О.
2013
СОДЕРЖАНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ
Введение
1. Определение характеристик воздуха на заданной высоте полета H
2. Определение (к)opt -- оптимальной степени сжатия в компрессоре
3. Определение коэффициента избытка воздуха
4. Расчет состава продуктов сгорания
4.1 Массы продуктов сгорания
4.2 Количества вещества продуктов сгорания
4.3 Массы топлива
5. Расчет основных параметров в характерных точках цикла
5.1 0-1 -- адиабатное сжатие воздуха в диффузоре
5.2 1-2 -- адиабатное сжатие воздуха в компрессоре
5.3 2-3 -- изобарный подвод тепла к рабочему телу
5.4 3-4 -- адиабатное расширение газа на турбине
5.5 4-5 -- адиабатное расширение в сопле ГТД
6. Определение энергетических величин цикла в его процессах
6.1 Расчет теплоты процессов и тепла за цикл
6.2 Расчет работы процесса и работы за цикл
6.3 Определение параметров состояния в промежуточных точках
7. Расчет энергетических характеристик ГТД
8. Определение работы и ТЕПЛОТЫ цикла графическим путем
Заключение
Список использованных источников
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ
C0 -- скорость набегающего потока, м/с
C5 -- скорость истечения газа, м/с
Cp -- изобарная теплоемкость, Дж/кгК
Cv -- изохорная теплоемкость, Дж/кгК
G -- масса, кг
H -- высота, м
Hu -- низшая теплотворная способность, кДж/кг
k -- показатель адиабаты
M -- молярная масса, моль
p -- давление, Па
q -- теплота, Дж/кг
R -- газовая постоянная, Дж/кгК
Rуд -- удельная тяга двигателя, м/с
S -- энтропия, Дж/кг
T -- температура, К
U -- внутренняя энергия, Дж/кг
v -- удельный объем, м3/кг
-- коэффициент избытка воздуха
-- изменение параметра
t -- термический к. п. д., %
0 -- плотность воздуха, кг/м3
-- время, ч
-- параметр (характеристика) относится к воздуху
-- параметр (характеристика) относится к продуктам сгорания
ВВЕДЕНИЕ
Авиационные двигатели принадлежат к классу тепловых двигателей внутреннего сгорания, внутри которых происходит сжигание топлива и преобразование части выделившегося тепла в работу.
Все ГТД имеют газогенератор, включающий в себя компрессор, камеру сгорания и газовую турбину (он называется также турбокомпрессором), преобразующий потенциальную энергию топлива в так называемую свободную энергию, которая затем с помощью специальных устройств преобразуется в тягу, или мощность.
воздух компрессор двигатель цикл
Рис.1 Устройство газотурбинного двигателя (на примере ТРД)
1 -- входное устройство; 2 -- компрессор; 3 -- камера сгорания; 4 -- газовая турбина; 5 -- выходной канал; 6 -- сопло
ТРД, изображенный на рис.1, имеет воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину и выходное сопло. Набегающая струя воздуха, движущаяся со скоростью полета, тормозится в воздухозаборнике, где происходит предварительное сжатие воздуха. Дальнейшее его 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 потенциальной энергии их в механическую работу на валу, за счет которой приводятся компрессор и агрегаты двигателя. Окончательное расширение газа, увеличение скорости потока происходит в выходном сопле. Поскольку скорость на выходе из двигателя больше скорости полета самолета, в двигателе создается тяга.
Данная работа посвящена расчету термодинамических параметров цикла ГТД для заданных условий работы: высоты полета, скорости, времени работы, температуры газов на выходе из сопла и требуемой тяги.
Таблица 1
|
Высота H, м |
Число М |
Время , ч |
Температура Т, К |
Тяга R, кН |
|
|
4000 |
1,5 |
3 |
1450 |
6000 |
Данные МСА
Таблица 2
|
Высота, м |
T0, К |
p0, Па |
0, кг/м3 |
Содержание компонентов воздуха |
|||||
|
N2 |
O2 |
CO2 |
H2O |
||||||
|
4000 |
262,7 |
61660 |
0,819 |
% |
77,77 |
20,63 |
0,35 |
1,25 |
|
|
, кг |
0,7777 |
0,2063 |
0,0035 |
0,0125 |
Состав топлива
Таблица 3
|
Марка топлива |
Химическая формула |
Низшая теплотворная способность, Hu, кДж/кг |
|
|
Т-1 |
СH1,85 |
43000 |
Плотность при 20С 800 кг/м3
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЗДУХА НА ЗАДАННОЙ ВЫСОТЕ ПОЛЕТА H
-- задано
R = 8314,3 Дж/кмольК
Аналогично:
---------------------
------------
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ (К)OPT -- ОПТИМАЛЬНОЙ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ В КОМПРЕССОРЕ
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗБЫТКА ВОЗДУХА
CnHm h = n/m = 7,2 /13,3 = 0,5414 = j; f = 1+4j =3,1656
,
где
4. РАСЧЕТ СОСТАВА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
4.1 Массы продуктов сгорания
4.2 Количества вещества продуктов сгорания
4.3 Массы топлива
Результаты расчета сведем в таблицы:
Состав воздуха и продуктов сгорания
Таблица 4
|
Характеристика |
Компонент |
|||||
|
N2 |
O2 |
CO2 |
H2O |
|||
|
1040 |
915 |
815 |
1860 |
|||
|
743 |
655 |
626 |
1398 |
|||
|
28 |
32 |
44 |
18 |
|||
|
297 |
260 |
189 |
462 |
|||
|
Gi, кг |
Воздух |
0,7777 |
0,2063 |
0,0035 |
0,0125 |
|
|
Пр. сгор. |
0,7777 |
0,157 |
0,0714 |
0,0213 |
||
|
Mi, моль |
Воздух |
26,8 |
7,1 |
0,1 |
0,4 |
|
|
Пр. сгор. |
26,8 |
4,9 |
1,6 |
0,57 |
||
|
gi, кг/кг |
Воздух |
0,7777 |
0,2063 |
0,0035 |
0,0125 |
|
|
Пр. сгор. |
0,7777 |
0,157 |
0,0714 |
0,0213 |
Состав газовой смеси и ее характеристики
Таблица 5
|
Смесь |
G, кг |
|||||
|
Воздух |
1,007103 |
720,468 |
286,7 |
1,4 |
1 |
|
|
Продукты сгорания |
1,02103 |
734 |
295,1 |
1,4 |
1 |
5. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ В ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧКАХ ЦИКЛА
5.1 0-1 -- адиабатное сжатие воздуха в диффузоре
5.2 1-2 -- адиабатное сжатие воздуха в компрессоре
5.3 2-3 -- изобарный подвод тепла к рабочему телу
T3 = 1450 К
p3 = p2 = 11,3105 Па
5.4 3-4 -- адиабатное расширение газа на турбине
5.5 4-5 -- адиабатное расширение в сопле ГТД
p5 = p0 = 61660Па
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЦИКЛА В ЕГО ПРОЦЕССАХ
6.1 Расчет теплоты процессов и тепла за цикл
q0-1 = 0
q1-2 = 0
q3-4 = 0
q4-5 = 0
6.2 Расчет работы процесса и работы за цикл
Работа сжатия в диффузоре:
Работа сжатия в компрессоре:
Работа турбины:
Работа сопла:
Проверка
Результаты расчета сводятся в таблицу 6.
Основные параметры ГТД в характерных точках цикла
Таблица 6
|
Параметр |
0-1 |
1-2 |
2-3 |
3-4 |
4-5 |
5-0 |
Для цикла |
||
|
В точке |
61660 |
2,26105 |
11,3105 |
11,3105 |
6,32105 |
61660 |
-- |
||
|
1,228 |
0,483 |
0,153 |
0,367 |
0,56 |
2,94 |
-- |
|||
|
Ti, K |
262,7 |
380,915 |
603,3 |
1450 |
1227,615 |
631,38 |
-- |
||
|
В процессе |
0,85105 |
1,6105 |
6,2105 |
-1,63105 |
-4,32105 |
-2,65105 |
0 |
||
|
1,2105 |
2,24105 |
8,64105 |
-2,27105 |
-6,08105 |
-3,71105 |
||||
|
-- |
-- |
895,116 |
-- |
-- |
-883,465 |
||||
|
0 |
0 |
8,64105 |
0 |
0 |
-3,71105 |
4,92105 |
|||
|
1,2105 |
2,24105 |
0 |
-2,27105 |
-6,08105 |
0 |
4,92105 |
6.3 Определение параметров состояния в промежуточных точках
, например
Задаваясь удельным объемом в точке а в пределах от v1 до v2 находим pa.
, например
Значения параметров в промежуточных точках сводятся в таблицу 7.
Значение параметров в промежуточных точках
Таблица 7
|
Значения |
Точка |
||||
|
a |
b |
c |
d |
||
|
Параметр |
|||||
|
0,94105 |
10105 |
2,8105 |
1,06105 |
||
|
0,9 |
0,167 |
1,0 |
2,0 |
||
|
Ti, K |
966 |
1283 |
519 |
391 |
|
|
Значения |
Процесс |
||||
|
2-a |
2-b |
0-c |
0-d |
||
|
474,27 |
760,19 |
151,64 |
436,95 |
7. РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГТД
Скорость набегающего потока:
Скорость истечения газа:
Удельная тяга двигателя:
Секундный расход воздуха:
Масса двигателя:
Суммарная масса топлива:
Вычислим термический КПД ГТД () и термический КПД цикла Карно () по формулам:
Рассчитанные величины сводятся в таблицу 5.
Энергетические характеристики ГТД
Таблица 8
|
С0, м/с |
С5, м/с |
Rуд, м/с |
Gвозд, кг |
Gдв, кг |
Gтоп,кг |
|||||
|
5 |
4,92105 |
3,24 |
487,35 |
1102,8 |
615,5 |
9,75 |
149 |
2211,3 |
56,97 |
8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ И ТЕПЛОТЫ ЦИКЛА ГРАФИЧЕСКИМ ПУТЕМ
1. , где Sц -- площадь цикла
pv = pv -- масштаб
Sц =3800 мм2
p = 5000Па/мм
v = 0,025
= 4,75105 Дж/кг
Оценим погрешность:
2. , где -- площадь цикла в T-S координатах
q = TS -- масштаб
=4500 мм2
T = 10 К/мм
S = 10
= 450000 Дж/кгК
Оценим погрешность:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведен расчет идеального цикла ГТД. Для заданного интервала температур термический коэффициент полезного действия двигателя цикла Карно равен 81,8%,термический коэффициент равен 56.97%. При этом масса двигателя равна 149 кг, расход топлива при длительности полета 3 часа на высоте полета 4000 м и числе Маха М=1,5 равен 2211,3 кг. Удельная тяга двигателя Rуд = 615.5 м/с.
В ходе расчета для поступающего в диффузор воздуха и продуктов сгорания определены массовые доли, изохорные и изобарные теплоемкости, газовые постоянные, показатели адиабаты. Рассчитано оптимальное значение степени повышения давления воздуха в компрессоре двигателя, коэффициент избытка воздуха в камере сгорания. Определены параметры рабочего тела в промежуточных точках 1,2,3,4,5, изменения внутренней энергии, энтальпии, энтропии в процессах за цикл и по результатам расчетов построены p-v и T-S диаграммы цикла. Графическим методом определены работа и теплота цикла, сравнены величины, полученные расчетным путем и графическим.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Мухачев Г.А., Щукин В.Е. Термодинамика и теплопередача. М.: Высш. шк., 1991. -- 400 с.
Кирилин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М: Энергоатомиздат, 1983. - 416 с.
Варгафтик И.Е. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Наука, 1972.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчёт оптимального значения степени повышения давления в компрессоре газотурбинного двигателя. Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах цикла, параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения.
курсовая работа [278,4 K], добавлен 19.04.2015Определение основных параметров состояния рабочего тела в характерных точках цикла. Вычисление удельной работы расширения и сжатия, количества подведенной и отведенной теплоты. Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах цикла.
курсовая работа [134,6 K], добавлен 20.10.2014Определение параметров рабочего тела. Процессы впуска и сжатия, сгорания, расширения и выпуска; расчет их основных параметров. Показатели работы цикла. Тепловой баланс двигателя, его индикаторная мощность. Литраж двигателя и часовой расход топлива.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 20.06.2012Расчет эффективности работы паросилового цикла Ренкина. Определение параметров состояния рабочего тела в различных точках цикла. Оценка потери энергии и работоспособности в реальных процесса рабочего тела. Эксергетический анализ исследуемого цикла.
реферат [180,6 K], добавлен 21.07.2014Определение показателя политропы, начальных и конечных параметров, изменения энтропии для данного газа. Расчет параметров рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 03.12.2011Расчет параметров рабочего тела в цикле с подводом теплоты при постоянном объеме. Анализ результатов для процесса сжатия. Значения температуры рабочего тела в отдельно взятых точках термодинамического цикла. Температура в произвольном положении поршня.
контрольная работа [36,2 K], добавлен 23.11.2013Устройство и принцип работы теплового газотурбинного двигателя, его схема, основные показатели во всех основных точках цикла. Способ превращения теплоты в работу. Определение термического коэффициента полезного действия через характеристики цикла.
курсовая работа [232,8 K], добавлен 17.01.2011Расчет параметров газовой смеси: ее молекулярной массы, газовой постоянной, массовой изобарной и изохорной теплоемкости. Проверка по формуле Майера и расчет адиабаты. Удельная энтропия в характерных точках цикла и определение термического КПД цикла Карно.
контрольная работа [93,6 K], добавлен 07.04.2013Молярная масса и массовые теплоемкости газовой смеси. Процесс адиабатного состояния. Параметры рабочего тела в точках цикла. Влияние степени сжатия, повышения давления и изобарного расширения на термический КПД цикла. Процесс отвода теплоты по изохоре.
курсовая работа [35,7 K], добавлен 07.03.2010Порядок расчета теоретически необходимого количества воздуха для сгорания топлива. Определение параметров процессов впуска. Вычисление основных параметров процесса сгорания, индикаторных и эффективных показателей двигателя. Основные показатели цикла.
контрольная работа [530,4 K], добавлен 14.11.2010Параметры рабочего тела. Количество горючей смеси для карбюраторного двигателя. Индикаторные параметры рабочего цикла. Расчет внешних скоростных характеристик двигателей. Силы давления газов. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [375,9 K], добавлен 07.07.2015Основные параметры двигателя. Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя. Среднее давление механических потерь. Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя. Удельная поршневая мощность. Эффективные показатели работы двигателя.
практическая работа [59,3 K], добавлен 15.12.2012- Расчет параметров теплоэнергетической установки с промежуточным перегревом пара и регенерацией тепла
Параметры рабочего тела во всех характерных точках идеального цикла. Определение КПД идеального цикла Ренкина. Энергетические параметры для всех процессов, составляющих реальный цикл. Уравнение эксергетического баланса. Цикл с регенеративным отводом.
курсовая работа [733,4 K], добавлен 04.11.2013 Расчет термодинамических процессов и цикла, когда в качестве рабочего тела используется смесь идеальных газов. Основные составы газовых смесей. Уравнение Kлайперона для термодинамических процессов. Определение основных характеристик процессов цикла.
контрольная работа [463,2 K], добавлен 20.05.2012Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Определение параметров в начале и в конце сжатия, а также давления сгорания. Построение политропы сжатия и расширения. Индикаторная диаграмма расчетного цикла. Конструктивный расчет деталей дизеля.
дипломная работа [501,1 K], добавлен 01.10.2013Принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания и его характеристика. Определение изменения в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенной и отведенной теплоты, полезной работы. Расчет термического коэффициента полезного действия цикла.
курсовая работа [209,1 K], добавлен 01.10.2012Тепловой расчет бензинового двигателя. Средний элементарный состав бензинового топлива. Параметры рабочего тела. Параметры окружающей среды и остаточные газы. Процесс впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла.
контрольная работа [588,6 K], добавлен 24.03.2013Выбор основных размеров асинхронного двигателя. Определение размеров зубцовой зоны статора. Расчет ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, рабочих потерь. Вычисление и построение пусковых характеристик. Тепловой расчет асинхронного двигателя.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 27.09.2014Исследование изобарных, изохорных, изотермических и адиабатных процессов. Определение показателя политропы для заданного газа, изменения энтропии, начальных и конечных параметров рабочего тела. Изучение цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания.
контрольная работа [347,5 K], добавлен 12.02.2012Определение параметров характерных точек цикла. Расчет давления, температуры и удельного объёма. Полезная работа за цикл. Вычисление параметров дополнительных точек для цикла, осуществляемого при заданных постоянных. Построение графика по точкам.
контрольная работа [244,4 K], добавлен 30.03.2015
