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

7 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

32866. ОБЩЕСТВЕННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ФОРМАЦИЯ И ЦИВИЛИЗАЦИЯ 46.5 KB
  Такое понимание цивилизации мы встречаем у Л. В этом смысле говорят об античной цивилизации цивилизации инков и т. Для того чтобы определиться с понятием цивилизации необходимо очевидно предварительно проанализировать ее наиболее существенные черты. Разумеется речь идет не об инфраструктуре свойственной современной волне цивилизации но к концу варварства прыжок от родоплеменной изолированности уже был совершен.
32867. СОЦИАЛЬНАЯ СТРУКТУРА. КЛАССЫ И КЛАССОВАЯ БОРЬБА. ИНТЕЛЛИГЕНЦИЯ 58.5 KB
  Есть два различных подхода к определению интеллигенции. Но есть и иной подход наиболее популярный в русской социальной философии согласно которому к интеллигенции причисляют тех кого можно считать нравственным эталоном общества. Предпосылкой появления Интеллигенции в её первичных формах было отделение умственного труда от физического когда рядом с огромным большинством занятым исключительно физической работой образовались социальные группы освобожденные от прямого производительного труда и руководящие общественными делами в том числе...
32868. ГОСУДАРСТВО. МОНАРХИЯ И РЕСПУБЛИКА. ПРАВО 42.5 KB
  Порядок взаимоотношений между членами общества и применения власти определяется: конституцией законами и другими правовыми документами государства которые являются частью формального устройства государства; а также обычаями сформировавшимися внутри общества независимо от государства которые являются основаниями для понимания законов государства и определяют неформализованный порядок применения и трактовки законов. Определений государства множество. Основная функция государства обеспечение комфортного проживания своих граждан. Природа...
32869. ОБЩЕСТВЕННОЕ СОЗНАНИЕ И ЕГО СТРУКТУРА. ЦЕННОСТИ, НРАВСТВЕННОСТЬ, ИСКУССТВО 28.43 KB
  Структурными элементами общественного сознания являются различные его формы: политическое правовое нравственное религиозное эстетическое научное и философское которые различаются между собой по предмету и форме отражения по социальной функции по характеру закономерности развития а также по степени своей зависимости от общественного бытия. В этом и заключается та исторически сложившаяся функция общественного сознания которая делает его объективно необходимым и реально существующим элементом любого общественного устройства. Элементами...
32870. РЕВОЛЮЦИЯ И РЕФОРМА 79.5 KB
  Современные ученые выделяют несколько видов революции: социальная экономическая политическая культурная идеологическая и т. По Марксу социальные революции являются выражением сущности естественно исторического процесса развития общества. Открытый марксизмом закон социальной революции указывает на объективную необходимость в смене одной общественноэкономической формации другой более прогрессивной. Спенсер сравнивал социальные революции с голодом бедствиями повальными болезнями проявлениями неповиновения и “агитацией разросшейся до...
32871. РУССКАЯ АКСИОЛОГИЯ 49.78 KB
  Проблемы ценностей в философии Человека интересует не просто истина а значение объекта для человека для удовлетворения его потребностей. Философские направления XX в выдвигают проблему ценностей на первый план. Выработка ценностей: Часть ценностей человек приобретает по наследству от тех традиций в которые он попал в результате рождения. Интерпритация всегда есть переплавка старых ценностей в новые установки.
32872. ИЛЬИН Иван Александрович 25.84 KB
  усматривал главный порок Человека началасередины 20 века во внутренней расколотости в противоречии между разумом умом рассудком и чувствами душой сердцем. Но в выборе направления движения и основных целях его он был прав поскольку без обретения свободы преодоление тоталитарного отчуждения человека его освобождение невозможно и немыслимо. искал пути к снятию противоречий к такой схеме их взаимодействий при которой отедельные части оппозиции становятся разными проявлениями одних и тех же проблем в существовании человека. Пол это...
32873. ФИЛОСОФИЯ КАК МИРОВОЗЗРЕНИЕ. ПРЕДМЕТ ФИЛОСОФИИ 37.61 KB
  ПРЕДМЕТ ФИЛОСОФИИ. ОСНОВНОЙ ВОПРОС ФИЛОСОФИИ. Главное отличие философии от всех иных наук заключается в том что философия является теоретическим мировоззрением предельным обобщением ранее накопленных человечеством знаний. Предмет философии шире предмета исследования любой отдельной науки философия обобщает интегрирует иные науки но не поглощает их не включает в себя все научное знание не стоит над ним.
32874. МИФОЛОГИЯ КАК МИРОВОЗЗРЕНИЕ. ПЕРВОБЫТНАЯ МИФОЛОГИЯ. РЕЛИГИЯ КАК МИРОВОЗЗРЕНИЕ 57.06 KB
  Как правило мифы пытаются дать ответ на следующие основные вопросы: происхождение Вселенной Земли и человека; объяснение природных явлений; жизнь судьба смерть человека; деятельность человека и его достижения; вопросы чести долга этики и нравственности. Религия форма мировоззрения основанная на вере в наличие фантастических сверхъестественных сил которые влияют на жизнь человека и окружающий мир. При религиозном мировоззрении для человека характерна чувственная образноэмоциональная а не рациональная форма восприятия...