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

2 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

17641. Организационные аспекты создания службы контроллинга 117 KB
  Тема 3. Организационные аспекты создания службы контроллинга 1. Принципы создания службы контроллинга. 2. Структура и персонал службы контроллинга. 3. Функции и задача службы контроллинга. 4. Информационные потоки на предприятии в системе контроллинга. 5.Возможны
17642. Амплітудні та фазові голограми 17.99 KB
  Амплітудні та фазові голограми. В залежності від того яким чином голограма модулює падаючий на неї світловий потік розрізняють: амплітудні голограми які модулюють світловий потік за рахунок зміни коефіцієнта пропускання середовища фазові голограми які модулюють лиш...
17643. Аналіз поляризованого світла 42.56 KB
  Аналіз поляризованого світла. Используя поляризатор можно определить направление поляризации линейно поляризованной световой волны. Для этого вращают поляризатор относительно оси светового пучка и наблюдают за изменениями интенсивности прошедшего света. Если при...
17644. Багатопроменева інтерференція еталон Фабрі-Перо 961.05 KB
  Багатопроменева інтерференція : еталон ФабріПеро. Дифракційна гратка – приклад багатопроменевої Інтерференції. Еталон ФабріПеро – 2 дзеркала розділені проміжком Пучок багато разів проходить через нього. форлиЕйрі: різниця фаз між 2ома сусідніми пучками: δ=2n ...
17645. Вектор Джонса для типових станів поляризації 83.63 KB
  Вектор Джонса для типових станів поляризації. Загальний вигляд для де tg=Ax/Ay Из конспекта Всё напечатанное далее взято из энциклопедии: При аналитич. описании пооляризации обычно не рассматриваються временные и пространственные изменений эл. магн. волны. Наиб. пр
17646. Властивості фотонів 30.19 KB
  Властивості фотонів. Поняття фотон вперше вивів Л’юіс 1929 р. Фотон – квант електромагн. поля. Властивості фотона: 1. Енергія і імпульс: стала Планка момент імпульсу фотона. / / коментар Для фотона: . Фотон завжди релятивіська частинка. 2. А точніше:...
17647. Голограма Лейта і Упатнієкса (позаосьова) 19 KB
  Голограма Лейта і Упатнієкса позаосьова. Голографія – метод запису та відновлення світлових хвиль що заснований на явищах інтерференції та дифракції когерентних пучків світла тобто безлінзове отримання оптичних зображень шляхом відновлення хвильового фронту. Іде
17648. Двопроменева інтерференція Інтерферометр Майкельсона 46.26 KB
  Двопроменева інтерференція: Інтерферометр Майкельсона. Світло від протяжного джерела світла S потрапляє на плоско паралельну розділювальну пластинку P1 покриту напівпрозорим тонким шаром срібла або алюмінію. Ця пластинка частково пропускає частково відбиває світло
17649. Двопроменева інтерференція інтерферометр Релея 23.48 KB
  Двопроменева інтерференція інтерферометр Релея Когерентні хвилі одержують поділом пучка хвиль. За допомогою двопроменевої інтерференції вимірюють : оптичну густину речовини дослідження зміни густини середовища в часі виміри лінійних зсувів тіл гравіметр