Расчет идеального цикла газотурбинного двигателя (124173)

Посмотреть архив целиком

















Расчётно-пояснительная записка к курсовой работе


«Расчет идеального цикла ГТД»










Самара 2010


Задание


Рассчитать идеальный цикл ГТД тягой R при полёте с числом М за время τ (час) по заданной высоте Н при температуре Т3 газа перед турбиной. Исходные данные приведены в табл. 1, 2, 3, 4, 5. Масса воздуха G = 1 кг. Топливо – керосин Т-2 с начальной температурой TT = 300 K.


Таблица 1 – Исходные данные

Высота полёта H, м

Число М

Время , ч

Температура Т3, К

Тяга R, Н

10000

1,3

4

1350

4550


Таблица 2 – Данные МСА

Н, м

Т0, К

p0, Н/м2

кг/м3

µ105, Нс/м3

10000

223,3

26500

0,414

1,45


Таблица 3 – Состав топлива

Марка керосина

Химическая формула

Содержание серы и влаги, %

Плотность при 20ºС

Низшая удельная теплота сгорания топлива Нu, кДж/кг

Т-2

С1,1H2,15

0,005

0,755

43130


Таблица 4 – Объёмный состав воздушной смеси

Компонент

N2

O2

CO2

H2O

0,7729

0,2015

0,0083

0,0173


Таблица 5 – Молярная масса компонентов воздушной смеси

Компонент

 кг/кмоль

N2

28

O2

32

CO2

44

H2O

18



Реферат


Определены следующие параметры, характеризующие воздух в точке 0 цикла ГТД: молекулярные массы, количество вещества, мольные и массовые доли, удельные газовые постоянные, изобарные и изохорные теплоёмкости компонентов воздуха, поступающего в диффузор, показатель адиабаты.

Рассчитано оптимальное значение степени сжатия воздуха в компрессоре, обеспечивающее максимально полезную работу цикла для заданного значения температуры Т3.

Вычислен коэффициент избытка воздуха  в камере сгорания.

Найдены значения масс, количества вещества, мольных и массовых долей компонентов рабочего тела, как смеси продуктов сгорания и избыточного воздуха. Рассчитано количество топлива, сгорающего в 1 кг воздуха. Определена масса рабочей смеси, удельная изобарная и изохорная теплоёмкости, газовая постоянная и показатель адиабаты, характеризующие смесь при температуре Т3. Результаты расчётов сведены в таблицы.

Рассчитаны параметры состояния в характерных и нескольких промежуточных точках идеализированного цикла ГТД, определены изменения внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоты, удельные работы процессов и за цикл. Изображён идеальный цикл в p-v и T-S-координатах. Определены погрешности рассчитанных и . Рассчитаны энергетические характеристики ГТД.




Введение


Авиационный газотурбинный двигатель является сложной технической системой с высокими удельными параметрами. Конструкция доводилась до совершенства на основе большого объёма экспериментальных исследований, накопленной статистики. Технические достижения в области конструкции, материалов, технологии, различных методов повышения нагрузочной способности, усталостной прочности нашли в современном двигателе самое непосредственное воплощение. В мировой практике разработаны и освоены в производстве двигатели новых поколений, где в конструкцию привнесены качественные изменения, приведшие к существенному повышению удельных эксплуатационных параметров. Продолжающие находиться в эксплуатации и выпускаться, проверенные временем и доведённые на основе анализа результатов практического использования до высокого уровня совершенства ряд моделей ГТД сформировали большой объём практической информации.

Циклы ГТД подразделяются на две основные группы: с подводом тепла при p = const и с подводом тепла при v = const.




1. Описание работы двигателя


Принципиальная схема ГТД со сгоранием топлива при p = const показана на рисунке 1. Принцип его работы следующий: при полёте самолёта набегающий поток воздуха поступает в диффузор и там сжимается. Затем попадает в компрессор 2, где опять подвергается сжатию. Далее сжатый воздух поступает в камеру сгорания 3, где происходит сгорание топливно-воздушной смеси и, следовательно, осуществляется подвод тепла. Привод компрессора осуществляется от газовой турбины 4. Пройдя через газовую турбину, продукты сгорания расширяются в реактивном сопле до атмосферного давления, и, после истечения, изобарно охлаждаются в атмосфере. Поскольку адиабатно сжимаемый в компрессоре воздух и образовавшиеся продукты сгорания, расширяющиеся на лопатках турбины и в сопловом аппарате, имеют различный состав, параметры состояния рабочего тела в различных точках термодинамического цикла должны рассчитываться с учётом этой особенности. Расход воздуха на горение и количество продуктов сгорания определяются уравнениями химических реакций окисления элементов горючего с учётом содержания их в топливе.


Рисунок 1 – Принципиальная схема ГТД с подводом тепла при
p = const: 1 – топливный насос; 2 – компрессор; 3 – камера сгорания; 4 – газовая турбина


2. Расчёт состава рабочего тела


2.1 Предварительный расчёт состава воздуха


Расчёт количества вещества, массовых и мольных долей компонентов и теплоёмкостей производится для воздуха, потребляемого двигателем самолёта на высоте полёта Н=10000 м.

Рассчитаем массовые доли по формуле:



Обозначим как – молекулярная масса смеси:



Тогда:



Рассчитаем количество вещества:



Найдём удельную газовую постоянную для каждого компонента по формуле:


(3),


где R=8,314

Удельные изобарные теплоёмкости компонентов:

Удельные изохорные теплоёмкости компонентов найдём по формуле:


(4)


Для газовой смеси определим удельную изобарную теплоёмкость:



И удельную изохорную теплоёмкость:



Показатель адиабаты:



Удельную газовую постоянную:


2.2 Определение оптимальной степени сжатия в компрессоре ГТД


Для заданного числа М полёта оптимальное значение можно получить аналитически из условия, что при его значении полезная работа цикла ГТД наибольшая. Решение сводится к отысканию максимума функции .


Этот максимум в идеальном цикле достигается при значении


(5).


Подставив исходные и рассчитанные в разделе 1.1 значения в формулу (5), получим:



2.3 Определение коэффициента избытка воздуха


Основано на обеспечении заданной температуры перед турбиной.

Для расчёта примем соотношение для данного вида топлива :



Для топлива керосин Т-2 с химической формулой :

Коэффициент избытка воздуха определяется по формуле:


(6), где:




Тогда:



2.4 Расчёт состава продуктов сгорания и рабочей смеси


Массы продуктов сгорания:

Количества вещества продуктов сгорания:

Мольные доли компонентов:


(7)


Массовые доли компонентов:


(8)


Количество топлива, сгорающего в 1 кг воздуха:



Масса рабочей смеси:

Удельные теплоёмкости рабочей смеси:

Газовая постоянная:

Показатель адиабаты:

Результаты расчётов сведём в таблицы 6 и 7.


Таблица 6 – Состав рабочего тела цикла ГТД

Характеристика

Компонент

N2

O2

CO2

H2O

0,297

0,260

0,189

0,462

Воздух

1,039

0,915

0,815

1,859

Воздух

0,742

0,655

0,626

1,397

28

32

44

18

G, кг

Воздух

0,752

0,224

0,013

0,011

Пр. сгор.

0,752

0,2116

0,0244

0,0133

M, кмоль

Воздух

0,0268

0,007

0,000295

0,00061

Пр. сгор.

0,027

0,0066

0,000555

0,000642

g

Воздух

0,752

0,224

0,013

0,011

Пр. сгор.

0,751

0,2113

0,0244

0,0133

r

Воздух

0,7729

0,2015

0,0083

0,0173

Пр. сгор.

0,7759

0,1896

0,0159

0,0184


Случайные файлы

Файл
20929-1.rtf
22050-1.rtf
30815.rtf
169764.rtf
19878.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.