Цикл Брайтона газотурбинного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (МГТУ ГА)

Кафедра «Двигатели летательных аппаратов»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ТРАНСПОРТНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

Работу выполнила:

Студентка заочного факультета

Тимофеева Александра Ивановна

специальность: 230301

шифр: ОП - 161196

Москва - 2018



Задание

Расчет цикла газотурбинного двигателя (цикла Брайтона) с регенерацией тепла, определение потребной поверхности теплообмена и параметров теплообменного аппарата.

Исходные данные

Температура тела в начале цикла

Давление в данной точке цикла

Рабочее тело

Воздух

Расход воздуха

Степень повышения давления рабочего тела в цикле

Степень подогрева рабочего тела в цикле

газотурбинный двигатель теплообменный подогрев

Степень регенерации тепла

Параметры теплообменного аппарата:

1) Форма поперечного сечения канала для горячего и холодного теплоносителей:

Равносторонний треугольник со стороной



2) Скорость движения горячего и холодного теплоносителей

3) Схема движения теплоносителей

Противоток

4) Теплопроводностью через стенки канала пренебрегаем

Решение

1. Рассчитываем параметры состояния в контрольных точках цикла:

а) точка «1» (рисунок 1)

Удельный объем определяется из уравнения состояния идеального газа:

где - газовая постоянная для рабочего тела. Для воздуха

Плотность рабочего тела:



Рисунок 1 - Схема газотурбинного двигателя

к - компрессор; кс - камера сгорания; т - турбина; та - теплообменный аппарат; п - потребитель механической работы; G_т - подача топлива в камеру сгорания; q_та - количество теплоты, подводимое к воздуху в теплообменном аппарате

Рисунок 2 - Изображение цикла ГТД в p,v и T,S координатах



б) точка «2»

где k - показатель адиабаты для воздуха

Или

в) точка «3»

г) точка «4»



Или

Или

2. Определяем изменение внутренней энергии рабочего тела в термодинамических процессах цикла ГТД:

а) «1-2» - адиабатный

где - удельная теплоемкость рабочего тела при постоянном объеме

находится из уравнения Майера

Следовательно

Знак «+» означает, что внутренняя энергия тела возрастает в процессе

б) «2-3» - изобарный

Знак «+» означает, что внутренняя энергия тела возрастает в процессе

в) «3-4» - адиабатный

Знак «-» означает, что внутренняя энергия тела уменьшается в процессе

г) «4-1» - изобарный

Знак «-» означает, что внутренняя энергия тела уменьшается в процессе

3. Рассчитываем изменение энтальпии (теплосодержания) в термодинамических процессах цикла ГТД:

а) «1-2

где - удельная теплоемкость рабочего тела при постоянном давлении

б) «2-3»

в) «3-4»

г) «4-1»

Теплосодержание в процессах «1-2» (сжатие) и «2-3» (подвод теплоты) увеличивается (знак «+»), в процессах «3-4» (расширение) и «4-1» (отвод теплоты) - уменьшается (знак «-«).

4. Рассчитываем техническую работу в термодинамических процессах цикла ГТД ( эквивалентная площади фигуры в p, v -диаграмме под кривой процесса относительно оси давлений).

а) «1-2»

б) «2-3»

в) «3-4»

или

г) «4-1»

Знак «+» означает, что из внешней среды к рабочему телу подводится механическая работа, которая преобразуется в потенциальную энергию (при сжатии возрастает плотность газа). Знак «-« соответствует отводимой от рабочего тела во внешнюю среду механической работе за счет уменьшения потенциальной энергии тела (плотность газа уменьшается).

5. Находим количество теплоты, участвующее в термодинамических процессах цикла ГТД:

а) «1-2»

В адиабатном процессе теплообмен между рабочим телом и внешней средой отсутствует.

б) «2-3»

или



в) «3-4»

В адиабатном процессе теплообмен между рабочим телом и внешней средой отсутствует.

г) «4-1»

Знак «+» показывает, что рабочее тело получает из внешней среды теплоту (например, за счет горения топлива или из-за трения), знак «-« - рабочее тело отдает теплоту во внешнюю среду.

6. Взаимодействие энергий рабочего тела с внешней средой:

а) алгебраическая сумма изменений внутренних энергий в цикле должна быть равна 0, так как рабочее тело возвращается в исходное состояние:

б) алгебраическая сумма технических работ представляет собой полезную работу цикла ГТД (эквивалентную площади фигуры «1234» в p,v диаграмме)

в) сумма изменений энтальпий в цикле должна быть равна нулю, так как рабочее тело возвращается в исходное состояние

г) алгебраическая сумма теплот, участвующих в цикле ГТД, представляет собой полезно использованное тепло (эквивалентную площади фигуры «1234» в T.S диаграмме) и численно равна полезной работе цикла ГТД

Погрешность значений возникла из-за округлений расчетных данных.

Полезная работа цикла ГТД может быть также найдена по формуле:

7. Рассчитывается изменение энтропии в термодинамических процессах цикла ГТД (для определения направления теплообмена между рабочим телом и окружающей средой и для построения T.S диаграммы)

а) «1-2»

б) «2-3»

в) «3-4»

г) «4-1»

Знак «+» означает подвод теплоты из вне к рабочему телу, знак «-« - отвод от тела в окружающую среду.

8. Рассчитываем коэффициент полезного действия (термический КПД) цикла ГТД без регенерации теплоты:

Или

9. Находим температуру холодного теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата из выражения для степени регенераци

Следовательно

10. Определяем температуру горячего теплоносителя на выходе из ТА из уравнения баланса теплот для ТА

Следовательно

11. Рассчитываем термический КПД циклп ГТД с регенерацией теплоты:

Увеличение КПД в результате регенерации теплоты составляет:

12. Производим расчет потребной поверхности теплообмена и других параметров ТА.

а) определяющая температура для горячего и холодного теплоносителей (для расчета критериев пособия)

б) плотность горячего и холодного теплоносителей при данных температурах из уравнения состояния:

в) площадь проходного сечения потока для теплоносителей из уравнения расхода:

г) необходимое количество каналов для теплоносителей:

где , - соответствующие площади поперечного сечения каналов. Для равностороннего треугольника со стороной или имеем:

И тогда

д) по значению температуры с помощью таблицы находятся коэффициенты теплопроводности и динамической вязкости методом линейной интерполяции.

е) эквивалентный гидравлический диаметр канала для горячего и холодного теплоносителей:

где и - соответствующие периметры каналов

ж) число Рейнольдса

з) число Нуссельта в зависимости от характера движения теплоносителей:

переходный



и) коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке канала и от стенки к холодному теплоносителю :

к) коэффициент теплопередачи

л) средний температурный напор в теплообменном аппарате, работающем по схеме противотока:

м) потребная площадь теплообмена:

н) потребная длина каналов для теплоносителей:

о) производится приближенная компоновка теплообменного аппарата

m=50 рядов для горячего теплоносителя

m-1=49 рядов для холодного



Список литературы

1. Шулекин В.Т. Гидрогазодинамика и тепломассообмен. Конспект лекций. Ч.2. - М.: МГТУ ГА, 2002

2. Шулекин В.Т. Пособие к изучению дисциплины «Термодинамика и теплопередача» и выполнению контрольной работы для студентов 3 курса специальности 160901 «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей» заочного обучения

3. Теплотехника. Учебник для вузов /А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др; Под ред А.П. Баскакова. 2 - изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1991

Размещено на Allbest.ru

...