48638

РАСЧЕТ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Пояснительная записка СКОРОСТЬ ДАВЛЕНИЕ УДЕЛЬНЫЙ ОБЪЕМ ТЯГА ТЕМПЕРАТУРА ЭНТРОПИЯ УДЕЛЬНАЯ РАБОТА ЭНТАЛЬПИЯ ЧИСЛО МАХА КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛИТРОПЫ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА УДЕЛЬНАЯ РАБОТА ТЕРМИЧЕСКИЙ КПД ЦИКЛА. Содержание Список условных обозначений Индексы Введение Расчёт состава рабочего тела цикла Расчёт состава воздуха Расчёт оптимального значения степени повышения давления в компрессоре ГТД Вычисление коэффициента избытка воздуха Расчёт состава продуктов сгорания...

Русский

2013-12-13

487 KB

6 чел.

26

  1.  

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С. П. КОРОЛЕВА

Кафедра “Теплотехника”

Курсовая работа по курсу ”Термодинамика”

РАСЧЕТ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Выполнил студент гр. 235

         Буланова Е.А.

Проверил преподаватель

Диденко А.А.

САМАРА 2001


Реферат

Пояснительная записка

СКОРОСТЬ, ДАВЛЕНИЕ, УДЕЛЬНЫЙ ОБЪЕМ, ТЯГА, ТЕМПЕРАТУРА, ЭНТРОПИЯ, УДЕЛЬНАЯ РАБОТА, ЭНТАЛЬПИЯ, ЧИСЛО МАХА, КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛИТРОПЫ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ, ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ, КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА, УДЕЛЬНАЯ РАБОТА, ТЕРМИЧЕСКИЙ КПД ЦИКЛА.

В курсовой работе рассчитан состав рабочего тела цикла, рассчитаны параметры состояния рабочего тела в характерных точках, калорические и энергетические характеристики двигателя. Построен цикл ГТД в PV и TS координатах.


Содержание

Список условных обозначений

Индексы

Введение

  1.  Расчёт состава рабочего тела цикла
    1.  Расчёт состава воздуха
    2.  Расчёт оптимального значения степени повышения давления в компрессоре ГТД
    3.  Вычисление коэффициента избытка воздуха
    4.  Расчёт состава продуктов сгорания
  2.  Расчёт параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик двигателя.
    1.  Расчёт основных параметров состояния в характерных точках ГТД
    2.  Расчёт калорических величин цикла ГТД
    3.  Расчёт параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения
    4.  Расчёт энергетических характеристик ГТД

Заключение

Приложение

Список использованной литературы


Список условных обозначений

С – скорость истечения газа, м/с;

Ср – изобарная теплоёмкость, Дж/кг К;

Cv – изохорная теплоёмкость, Дж/кг К;  

G – массовый секундный расход, кг/с;

i – энтальпия, Дж/кг;

Hu – низшая теплотворная способность топлива, Дж/кг;

K – показатель адиабаты;

L – удельная работа;

М – число Маха;

M – мольная масса компонента смеси, кмоль;

Р – давление, Па;

Q – удельное тепло, Дж/кг;

R – тяга, Н;

S – энтропия, Дж/кг К;

T – температура, К;

U – удельная внутренняя энергия, Дж/кг;

a - коэффициент избытка воздуха;

m - молекулярная масса, кг/кмоль.


Индексы

opt – оптимальный;

Т – топливо;

i – номер компонента, процесса;

ц – цикл;

к – компрессор;

О – точка О процесса;

` - воздух;

`` - продукты сгорания.


Введение

Целью курсовой работы является расчёт параметров состояния рабочего тела, калорических и энергетических характеристик ГТД. Расчёты ведутся для идеального цикла ГТД с изобарным подводом тепла. Принципиальная схема ГТД со сгоранием топлива при p=const показана на рис. 1.

1 – топливный насос;

2 – компрессор;

3 – камера сгорания;

4 – газовая турбина;

5 – сопло;

6 – диффузор.


1. Расчёт состава рабочего тела цикла

1.1. Расчёт состава воздуха

Расчёт массовых и мольных долей компонентов и теплоёмкости производится для воздуха, потребляемого двигателем самолёта на высоте полёта Н = 9000 и скорости полёта = 1,7 M.

Исходные данные:

Состав воздуха:

Нп, м

N2, %

O2, %

CO2, %

H2O, %

4000

77,77

20,63

0,35

1,25

Состав и свойства топлива:

Авиационный керосин

Химическая формула

Содержание серы и влаги, %

Плотность при 20оС, кг/м3

Теплота сгорания (низшая) Нu, кДж/кг

ТС–1

С1,02Н1,99

0,005

0,775

43130

Физические характеристики воздуха в зависимости от высоты полёта:

Нп, м

Т0, К

Р0, Н/м2

r, кг/м3

4000

262,7

61660

0,819

Дополнительные величины:

R, кH

75

tп, ч

2

T3, К

1800

Тт, К

300

Молекулярная масса, газовая постоянная и мольная теплоёмкость компонентов смеси:

Компонент

, кг/кмоль 

R, Дж/кгК

Cp, кДж/кмольград

N2

28

297

O2

32

260

CO2

44

189

H2O

18

462


Объемные доли компонентов в воздухе будут таковыми:

Найдём молекулярную массу смеси.

Найдем массовые доли каждого компонента в 1 кг:

Определим мольную долю и массу каждого компонента в 1 кг смеси:


1.2. Расчёт оптимального значения степени повышения давления в компрессоре ГТД.

Находим значение оптимального значения степени повышения давления в компрессоре:

, где

  суммарная степень повышения давления, а

  степень повышения давления в воздухозаборнике.

Вычислим значение , учитывая, что , , , и принимая :

1.1. (продолжение)

Найдем теплоёмкости компонентов смеси, для чего вычислим температуру воздуха на выходе из компрессора и среднюю температуру воздуха от входа воздуха в диффузор до входа в камеру сгорания:

После вычисления температуры находим молярные изобарные теплоёмкости компонентов воздуха:


Найдем изобарные теплоемкости компонентов воздуха:

Находим изохорную теплоемкость компонентов по формуле :

Вычислим изобарную и изохорную теплоёмкости смеси, а также коэффициент адиабаты и газовую постоянную смеси:


1.3. Вычисление коэффициента избытка воздуха

Вычислим коэффициент избытка воздуха, используя закон Гесса:

.

Вычислим давление и температуру воздуха за диффузором:

Используемое топливо авиационный керосин ТС–1 (СnHm).

1.4. Расчёт состава продуктов сгорания.

Вычислим мольные и массовые доли компонентов в смеси продуктов сгорания, а также массу этих компонентов.

Найдём массу топлива:

Масса всех продуктов сгорания равна сумме массы воздуха и массы топлива, таким образом, выполняется закон сохранения массы вещества.

Найдём изобарную и изохорную теплоёмкости, а также коэффициент адиабаты и газовую постоянную продуктов сгорания. Для этого определим среднюю температуру продуктов сгорания на промежутке между выходом из камеры сгорания и истечением из реактивного сопла, взяв первоначальное значение .

Найдём изобарную и изохорную теплоёмкости, коэффициент адиабаты и газовую постоянную смеси продуктов сгорания.

Для воздуха и продуктов сгорания газовые постоянные смеси получились почти идентичными (расхождение в десятитысячных долях).

Полученные данные представлены в табл. №1 и табл. №2 приложения.


2. Расчёт параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик двигателя.

2.1. Расчёт параметров состояния в характерных точках цикла.


2.2. Расчет калорических величин цикла ГТД.

Найдём изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии процессов, учитывая, что :

Вычислим теплоты процессов и тепло за цикл:

Вычислим удельную работу процессов и удельную работу за цикл:

,учитывая, что

.


2.3. Расчет параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения.

Вычислим параметры промежуточных точек для построения графика цикла ГТД в  координатах.


Вычислим параметры промежуточных точек для построения графика цикла ГТД в
TS координатах:


2.4. Расчет энергетических характеристик ГТД.

Вычислим скорости набегающего потока С0 и скорость истечения газа из реактивного сопла С5 , а также удельную тягу двигателя Rуд, секундный расход воздуха Gвозд, массу двигателя Gдв, суммарную массу топлива Gт, термический КПД и термический КПД цикла Карно, действующего в том же интервале максимальной и минимальной температур.


Заключение

По заданным высоте, продолжительности и скорости полета, тяге двигателя и типу  топлива рассчитан состав рабочего тела цикла, рассчитаны параметры состояния рабочего тела в характерных точках, калорические и энергетические характеристики двигателя. Построен цикл ГТД в PV и TS координатах.

Для заданного интервала температур термический коэффициент полезного действия цикла двигателя значительно меньше термического коэффициента полезного действия цикла Карно (термические КПД циклов равны 61,53% и 87,24% соответственно).


Приложение

Табл. №1 «Состав воздуха и продуктов сгорания»

Параметры/состав

Компонент

N2

O2

CO2

H2O

297

260

189

462

1049,6

940,8

889,4

1876,0

752,6

680,8

700,4

1414,0

28

32

44

18

воздух

0,7531

0,2251

0,0115

0,0103

прод.сгор

0,7531

0,1225

0,1062

0,0481

воздух

26,8980

7,0330

0,2607

0,5736

прод.сгор

26,8980

3,8295

2,4140

2,6741

воздух

0,7531

0,2251

0,0115

0,0103

прод.сгор

0,7312

0,1190

0,1031

0,0467

Табл. №2 «Основные характеристики воздуха и продуктов сгорания»

k

Воздух

1031,82

742,68

289,14

1,3893

1,00

Прод. сгор

1161,39

872,22

289,17

1,3320

1,03

Табл. №2а «Теплоёмкости для продуктов сгорания»

N2

O2

CO2

H2O

1125,38

1028,48

1126,30

2125,44

828,38

768,48

937,30

1663,44


Табл. №3 «Основные параметры рабочего тела в характерных точках цикла ГТД и изменение их в процессах»

Точки

Параметры

0

1

2

3

4

5

В сумме

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-0

За цикл

30800

151450

1213200

1213200

673860

30800

2,1413

0,6804

0,1532

0,4290

0,6671

6,7644

229,7

359

643

1800

1555

721

n

1,3893

1,3893

0

1,3320

1,3320

0

За процесс

95969

210990

1007700

-213720

-726530

-364500

9941

133330

293130

1342300

-284670

-967740

-506400

9943

0

0

1194,3

0

0

-1179,5

14,8

0

0

1342300

0

0

506400

835900

-95301

-212840

334590

213720

726530

142390

824300

-132400

-295700

0

341584

541473

0

824300

Табл. №4 «Термодинамические параметры в промежуточных точках цикла»

Точки

а

b

c

d

232380

472520

104670

50025

0,5

0,3

2,7

4,7

405

494

977

813

Процесс

2-a`

2-b`

5-c`

5-d`

613,3

990,8

-622,5

-251,7

Точка

a`

b`

c`

d`

1091

1510

394

565

Табл. №5 «Энергетические характеристики ГТД»

a

C0, м/с

C5, м/с

8,01

824300

2,22

516,4

1391,2

Gдв, кг

Gт.с., кг

Gвозд, кг/с

Rуд, Н

1580,2

4747,7

61,5

87,2

88,8

900,8


Список использованной литературы.

  1.  Идеальный цикл газотурбинного двигателя. Расчёт состава рабочего тела цикла. Методические указания (Сост. Меркулов А.П., Толстоногов А.П., КуАИ, Куйбышев, 1991, 16с.)
  2.  Идеальный цикл газотурбинного двигателя. Расчёт параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик двигателя. Методические указания (Сост. Меркулов А.П., Толстоногов А.П., САИ, Самара, 1991, 12с.)
  3.  Методические указания по оформлению пояснительной записки к курсовой работе (Белозерцев В.Н., Бирюк В.В., Толстоногов А.П., КуАИ Куйбышев, 1987, 16с.)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43048. Проектирование автодорожного моста 265.5 KB
  Организация строительства. Список основных потребных машин и механизмов при выполнении определённых строительных работ. Потребность в строительных кадрах Количество работающих на строительстве определяется на основе календарного плана. Сочи характеризуется следующими факторами: наличие проезда к площадке объекта ПС500кв Вардане; наличие в Краснодарском крае специализированных мостостроительных организаций оснащенных требуемой строительной техникой...
43049. Разработка специализированного цифрового узла 672.5 KB
  Интегральные микросхемы, содержащие в своем составе десятки, сотни, тысячи, а в последнее время многие десятки и сотни тысяч и даже миллионы компонентов, позволили по-новому подойти к проектированию и изготовлению цифровых устройств. Надежность отдельной микросхемы мало зависит от количества элементов и близка к надежности одиночного транзистора, а потребляемая мощность в пересчете на отдельный компонент резко уменьшается по мере повышения степени интеграции.
43050. Погрузочная машина непрерывного действия 1ПНБ-2 Копейского машиностроительного завода 930.5 KB
  Определяется требуемый расход дросселя: Определяется площадь расходного окна: μ = 062 – коэффициент расхода жидкости Uдр=1 – параметр регулирования дросселя ρ = 890 плотность жидкости ∆Pдр – перепад давления в дросселе Тип дросселя Параметры Номинальное давление Pдр МПа Номинальный расход Qдр Площадь расходного окна fдр Потери давления ∆Pдр МПа Г7732 125 18 0176 02 8. μ = 062 – коэффициент расхода жидкости фактическое значение величины расходного окна дросселя Uдр – параметр регулирования дросселя ρ = 890...
43052. Аванпроект пассажирского среднемагистрального самолета 316.5 KB
  Выбор и обоснование схемы крыла. Определение основных геометрических характеристик крыла57 2. км ч Взлетная маса самолета т кг Относительная маса снаряженного самолета Относительная маса полезной нагрузки Относительная масса платной нагрузки Количество и тип двигателей Взлетная тягя мощность кН кВт Крейсерская тягамощность кН кВт Степень повышения давления Степень двухконтурности Эквивалентный диаметр фюзеляжа м Удлинение фюзеляжа Удлинение носовой и хвостовой частей фюзеляжа Стреловидность крыла по 1 4 хорд 0...
43053. Рассчет и конструирование станочного приспособления - для сверления 5-ти отверстий Ø11Н14 в детали опора 187.5 KB
  Изучение закономерности влияние приспособления на точность и производительность выполняемых операций позволяет проектировать приспособление интенсифицирующее производство и повышающее его точность. Проводимая работа по унификации и стандартизации элементов приспособления создала основу для автоматизированного проектирования приспособлений с использованием ЭВМ и автоматов для графического изображения что приводит к ускорению технологической подготовки производства. Принципиальную схему приспособления изображаем на рисунке 4. Рисунок...
43055. Разработка предложений по созданию логистической системы 353.5 KB
  Считается, что анализируемые грузопотоки характеризуются стабильностью на проектную перспективу. Основной показатель, на который мы будем ориентироваться в ходе выполнения курсовой работы – это суммарные расходы на перевозку груза, которые зависят от количества перевозимого груза, расстояния перевозки и грузоподъемности подвижного состава, а также тарифа на перевозку.