48607

Расчет состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного двигателя

Курсовая

Производство и промышленные технологии

В результате работы определены: характеристики воздуха на заданной высоте полета оптимальная степень сжатия воздуха в компрессоре состав продуктов сгорания и основные параметры в характерных точках цикла. Условные обозначения индексы Определение характеристик воздуха на заданной высоте полета Определение кopt оптимальной степени сжатия в компрессоре Определение коэффициента избытка воздуха Расчет состава продуктов сгорания адиабатное сжатие воздуха в...

Русский

2015-01-12

425 KB

5 чел.

Министерство образования Российской Федерации

Самарский государственный аэрокосмический университет

имени академика С. П. Королева

Кафедра теплотехники и тепловых двигателей

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе

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

Вариант № 2

Выполнил: Баданин Ю. Ю., гр. 235

Проверил:  Копотев А. А.

Оценка:

Дата:

г. Самара, 2004

Реферат

Пояснительная записка: 15 стр.

Рисунков: 1

Таблиц: 8

Источников: 8

Приложений: 2

СМЕСЬ, ТЕЛО РАБОЧЕЕ, ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ, ДИФФУЗОР, КОМПРЕССОР, ТУРБИНА, СОПЛО, ТОПЛИВО, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, ТЯГА

Цель работы: расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного двигателя.

В результате работы определены: характеристики воздуха на заданной высоте полета, оптимальная степень сжатия воздуха в компрессоре, состав продуктов сгорания и основные параметры в характерных точках цикла. Рассчитаны энергетические величины цикла в его процессах, построен рабочий цикл ГТД в p-v и T-S координатах.

Содержание

Реферат 2

Содержание 3

Условные обозначения, индексы 4

Введение 5

1 Определение характеристик воздуха на заданной  высоте полета H 6

2 Определение (к)opt — оптимальной степени сжатия в компрессоре 7

3 Определение коэффициента избытка воздуха 7

4 Расчет состава продуктов сгорания 8

4.1 Массы продуктов сгорания 8

4.2 Количества вещества продуктов сгорания 8

4.3 Массы топлива 8

5 Расчет основных параметров в характерных точках цикла 9

5.1 0-1 — адиабатное сжатие воздуха в диффузоре 9

5.2 1-2 — адиабатное сжатие воздуха в компрессоре 9

5.3 2-3 — изобарный подвод тепла к рабочему телу 10

5.4 3-4 — адиабатное расширение газа на турбине 10

5.5 4-5 — адиабатное расширение в сопле ГТД 10

6 Определение энергетических величин цикла в его процессах 10

6.1 Расчет теплоты процессов и тепла за цикл 8

6.2 Расчет работы процесса и работы за цикл 9

6.3 Определение параметров состояния в промежуточных точках 9

7 Расчет энергетических характеристик ГТД 10

8 Определение работы цикла графическим путем 10

Заключение {Error calculating value!: Bookmark "_Toc468683463" was not found in this document.}

Список использованных источников {Error calculating value!: Bookmark "_Toc468683464" was not found in this document.}

Приложение 1. Рабочий цикл ГТД в p-v координатах 16

Приложение 2. Рабочий цикл ГТД в T-S координатах 17

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.

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

6000

1,2

4

1450

4500

Данные МСА

Таблица 2

Высота, м

T0, К

p0, Па

0, кг/м3

Содержание компонентов воздуха

N2

O2

CO2

H2O

6000

249,2

47218

0,660

%

77,61

20,47

0,51

1,41

, кг

0,7761

0,2047

0,0051

0,0141

Состав топлива

Таблица 3

Марка топлива

Химическая формула

Низшая теплотворная способность, Hu, кДж/кг

Т

СH1,96

43000

Плотность при 20С 800 кг/м3

1.Определение характеристик воздуха на заданной высоте полета H.

— задано

(1)

R = 8314,3 Дж/кмольК

(2)

(3)

Аналогично:

(4)

---------------------

------------

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

2. Определение (к)opt — оптимальной степени сжатия в компрессоре.

(11)

3. Определение коэффициента избытка воздуха

CnHm  h = n/m = 1 /1,96 = 0,5102 = j; f = 1+4j =3,0408

(12), где

4. Расчет состава продуктов сгорания

4.1. Массы продуктов сгорания

(13)

(14)

(15)

4.2. Количества вещества продуктов сгорания

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

4.3. Массы топлива

(24)

Результаты расчета сведем в таблицы:

Состав воздуха и продуктов сгорания

Таблица 4

Характеристика

Компонент

N2

O2

CO2

H2O

1032

921

808

1819

735

661

619

1357

28

32

44

18

297

260

189

462

Gi, кг

Воздух

0,7761

0,2047

0,0051

0,0141

Пр. сгор.

0,7761

0,1327

0,0716

0,0407

Mi, моль

Воздух

27,72

6,40

0,116

0,783

Пр. сгор.

27,72

4,15

2,264

1,626

gi, кг/кг

Воздух

0,7761

0,2047

0,0051

0,0141

Пр. сгор.

0,7761

0,1327

0,0716

0,0407

Состав газовой смеси и ее характеристики

Таблица 5

Смесь

G, кг

Воздух

1,019103

728,4

291,2

1,4

1

Продукты сгорания

1,055103

758

297,27

1,392

1

5. Расчет основных параметров в характерных точках цикла.

5.1. 0-1 — адиабатное сжатие воздуха в диффузоре

(25)

(26)

(27)

5.2. 1-2 — адиабатное сжатие воздуха в компрессоре

(28)

(29)

(30)

5.3. 2-3 — изобарный подвод тепла к рабочему телу

T3 = 1450 К

p3 = p2 = 10,3105 Па

(31)

5.4. 3-4 — адиабатное расширение газа на турбине

(32)

(33)

(34)

5.5 4-5 — адиабатное расширение в сопле ГТД

p5 = p0 = 47218 Па

(35)

(36)

6. Определение энергетических величин цикла в его процессах.

(37)

(38)

(39)

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

47218

1,145105

10,3105

10,3105

4,95105

47218

1,515

0,805

0,17

0,42

0,708

3,83

Ti, K

249,2

321

601

1450

1179

608

В процессе

0,52105

2,04105

6,4105

-2,05105

-4,33105

-2,62105

0,73105

2,86105

8,96105

-2,86105

-6,02105

-3,66105

929

-910

19

0

0

8,96105

0

0

-3,66105

5,30105

0,73105

2,86105

0

-2,86105

-6,03105

0

-5,30105

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

2,23105

4,56105

8,04105

1,167105

0,5

0,3

0,5

2,0

Ti, K

814

1105

456

342

Значения

Процесс

2-a

2-b

0-c

0-d

309

620

-303

-607

7. Расчет энергетических характеристик ГТД

Скорость набегающего потока:

(40)

Скорость истечения газа:

(41)

Удельная тяга двигателя:

(42)

Секундный расход воздуха:

(43)

Масса двигателя:

(44)

Суммарная масса топлива:

(45)

КПД двигателя:

(46)

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

9,007

5,30105

2,84

382,4

1098,8

706,4

6,29

117,55

1909,8

59,2

8. Определение работы цикла графическим путем

, где Sц — площадь цикла

 pv = pv — масштаб

p = 5000Па/мм

v = 0,01

= 5,275105 Дж/кг

Оценим погрешность:


Заключение

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

Был построен рабочий цикл ГТД в p-v и T-S координатах.

Работа цикла была определена двумя методами — аналитическим и графическим, и был произведен подсчет погрешности.


Список использованных источников

  1.  Мухачев Г.А., Щукин В.Е. Термодинамика и теплопередача. М.: Высш. шк., 1991. — 400 с.
  2.  Кирилин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М: Энергоатомиздат, 1983. – 416 с.
  3.  Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче/ Под ред. Б.Н. Юдаева. М.: Высш. шк., 1968. – 372 с.
  4.  Требования к оформлению учебных текстовых документов: Метод. указания/ Сост. В.Н. Белозерцев, В.В. Бирюк, А.П. Толстоногов/ Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1988. – 29 с.
  5.  Белозерцев В.Н., Бирюк В.В., Толстоногов А.П. Методические указания по оформлению пояснительной записки к курсовой работе (проекту)/ Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1987. – 16 с.
  6.  Меркулов А.П. Техническая термодинамика: Конспект лекций/ Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1990. – 235 с.
  7.  Толстоногов А.П. Техническая термодинамика: Конспект лекций/ Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1990. – 100 с.
  8.  Варгафтик И.Е. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Наука, 1972.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

46329. Увеличение мощности пути железных дорог. Совершенствование машин с точки зрения ремонтопригодности 16.83 MB
  Увеличение мощности пути железных дорог требует усовершенствования технологии и организации ремонтнопутевых работ. Своевременный и качественный ремонт пути снижение затрат времени труда и эксплуатационных расходов повышение производительности труда достигает акиалной1 еханизацией путевых работ. Основным направлением в вопросе механизации путевых работ является создание высокопроизводительных машин обеспечивающих производство больших объемов работ в сравнительно небольшие окна и вынесение значительной части работ на путевые...
46330. Повышене результативности камерального контроля 172.9 KB
  Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить теоретические подходы к содержанию камеральной проверки определить её место и роль в системе государственного налогового контроля; исследовать нормативноправовой механизм камерального контроля в России; исследовать современное состояние контрольной деятельности на примере Межрайонной инспекции ФНС России; определить результативности камерального и выездного контроля сравнить их; разработать рекомендации по повышению результативности камерального контроля....
46331. Вольтметр электростатической системы, подключенный к источнику напряжения, имеющего форму прямоугольных однополярных импульсов, со скважностью 100 имеет показание 100 В 131.54 KB
  Решение: Рассчитаем в MthCD действующее значение напряжения которое измеряет вольтметр электростатической системы: Мгновенное значение напряжения Действующее значение напряжения Найдем Um из полученного выражения: В Рассчитаем в MthCD показание выпрямительного вольтметра с однополупериодной схемой выпрямления подключенного к тому же источнику. В Найти показания вольтметра вида В3 с детектором СКЗ и открытым входом при измерении им напряжения сигнала если Uv= В Um 0 Ut T t Вольтметр вида В3 с открытым...
46332. Гражданское и торговое право зарубежных стран 108.3 KB
  Обязательство это правоотношения в силу которого одно лицо кредитор имеет право требовать от другого лица должника выполнения какихлибо действий или воздержание от какихлибо действий. В обязательственном правоотношении участвуют кредитор лицо имеющее право требовать совершения обусловленных действий или воздержания от их совершения и должник лицо обязанное совершить оговоренное в обязательстве действие или воздержаться от его совершения. Этот пробел был восполнен французской правовой доктриной определяющей обязательство как...
46333. Конфликт в организации как управленческий процес 82.16 KB
  Исходя из поставленной цели определены следующие задачи: определить понятие конфликта и конфликтной ситуации выделить виды и типы конфликтов описать процесс развития конфликта а также изучить способы и методы управления конфликтами.
46334. Соблюдение условий и требований таможенных процедур 319.54 KB
  Понятие виды и классификация таможенных процедур. Этапы развития таможенных режимов. Понятие и принципы таможенных процедур. Классификация и виды таможенных процедур.
46335. Расчёт холодильных камер для хранения молочного продукта 99.4 KB
  Искусственное охлаждение можно осуществлять двумя способами: с помощью другого вещества, имеющего более низкую температуру передавая тепло при изменении его агрегатного состояния с помощью специальных охлаждающих устройств холодильных машин и установок.
46337. Общая философия 124.37 KB
  Человеческое сознание старается преодолеть толщу преходящего чтобы выйти к некоей краеугольной бытийной правде существования и предназначения человека на земле. Использование различных приборов и устройств рассматривалось лишь как простое усиление органов чувств человека. Субъективный дух душа сознание отдельного человека так называемый дух для себя . Он существует независимо от человека и общества от их сознания и воли.