48639
Расчет параметров 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. Определение коэффициента избытка воздуха . Количество топливасгорающего в 1 кг воздуха. 01 адиабатное сжатие воздуха в диффузоре.
Русский
2013-12-13
563.5 KB
3 чел.
Министерство образования и науки 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 № 14
Выполнил: Мясцов В. М., гр. 237
Проверил: Белозерцев В. П.
Оценка:
Дата
г. Самара, 2006
Пояснительная записка: 18 стр.
Рисунков: 4
Таблиц: 9
СМЕСЬ, ТЕЛО РАБОЧЕЕ, ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ, ДИФФУЗОР, КОМПРЕССОР, ТУРБИНА, СОПЛО, ТОПЛИВО, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, ТЯГА
Цель работы: расчет параметров состояния рабочего тела в термодинамических процессах идеального цикла ГТД, его энергетических показателей, графическое построение цикла.
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
[1] Реферат [2] 2. Расчёт состава рабочего тела. [3] 3. Определение оптимальной степени сжатия в компрессоре. [4] 4. Определение коэффициента избытка воздуха . [5] 5. Расчет состава продуктов сгорания. [5.1] 5.1. Массы продуктов сгорания. [5.2] 5.2. Количества вещества продуктов сгорания. [5.3] 5.3. Объёмные доли компонентов. [5.4] 5.4. Массовые доли компонентов. [5.5] 5.5. Количество топлива,сгорающего в 1 кг воздуха. [5.6] 5.6. Масса рабочей смеси. [5.7] 5.7. Теплоёмкость рабочей смеси. [5.8] 5.8. Газовая постоянная. [6] 6. Расчет основных параметров в характерных точках цикла. [6.1] 6.1. 0-1 адиабатное сжатие воздуха в диффузоре. [6.2] 6.2. 1-2 адиабатное сжатие воздуха в компрессоре. [6.3] 6.3. 2-3 изобарный подвод тепла к рабочему телу. [6.4] 6.4. 3-4 адиабатное расширение газа на турбине. [6.5] 6.5 4-5 адиабатное расширение в сопле ГТД. [7] 7. Определение энергетических величин цикла в его процессах. [7.1] 7.3. Расчет работы процесса и работы за цикл. [7.2] 7.4. Определение параметров состояния в промежуточных точках. [8] 9. Расчет энергетических характеристик ГТД. |
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.
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.
1. Принципиальная схема и устройство ГТД.
1 2 3 4
Рис Принципиальная схема ГТД с подводом тепла при р=const:
1 топливный насос; 2 компрессор; 3 камера сгорания; 4 газовая турбина.
Рис.2 Устройство газотурбинного двигателя (на примере ТРД).
1 входное устройство; 2 компрессор; 3 камера сгорания; 4 газовая турбина; 5 выходной канал; 6 сопло
Таблица 2.1 Исходные данные
Высота |
Число М |
Время |
Температура |
Тяга |
9000 |
1,9 |
2 |
1500 |
6500 |
Таблица 2.2 Данные МСА
Высота, м |
T0, К |
p0, Па |
0, кг/м3 |
Содержание компонентов воздуха |
||||
N2 |
O2 |
CO2 |
H2O |
|||||
9000 |
229,7 |
30800 |
0,467 |
Gi,кг |
0,7737 |
0,2023 |
0,0075 |
0,0165 |
Таблица 2.3 Состав топлива
Марка топлива |
Химическая формула |
Низшая теплотворная способность, Hu, кДж/кг |
Т |
СH1,96 |
43000 |
Плотность при 20С 800 кг/м3
Таблица 2.4 Молярная масса и мольная теплоёмкостькомпонентов воздушной смеси.
Компонент |
m, кг/кмоль |
mCp, Дж/(моль·град) |
N2 |
28 |
28,97+0,00257t |
O2 |
32 |
29,55+0,00340t |
CO2 |
44 |
36,04+0,02t-6,4*10-6t2 |
H2O |
18 |
32,88+0,00544t |
задано.
R=8314,3·10-3 Дж/мольК,
кг/моль, Дж/кг·К;
кг/моль, Дж/кг·К;
кг/моль, Дж/кг·К;
кг/моль, Дж/кг·К.
Аналогично:
,
,
,
моль
CnHm j= n/m = 1 /1,96 = 0,51; f = 1+4j =3,04
где К, .
.
кг
кг
Результаты расчета сведем в таблицы 5.1 и 5.2
Таблица 5.1 Состав воздуха и продуктов сгорания
Характеристика |
Компонент |
||||
N2 |
O2 |
CO2 |
H2O |
||
1038 |
917 |
829 |
1860 |
||
741 |
657 |
640 |
1398 |
||
28 |
32 |
44 |
18 |
||
297 |
260 |
189 |
462 |
||
Gi, кг |
Воздух |
0,7737 |
0,2023 |
0,0075 |
0,0165 |
Пр. сгор. |
0,773 |
0,166 |
0,04 |
0,029 |
|
Mi, моль |
Воздух |
27,632 |
6,321 |
0,17 |
0,916 |
Пр. сгор. |
27,632 |
5,19 |
0,93 |
1 |
|
gi |
Воздух |
0,7737 |
0,2023 |
0,0075 |
0,0165 |
Пр. сгор. |
0,766 |
0,164 |
0,039 |
0,028 |
Таблица 5.2 Состав газовой смеси и ее характеристики
Смесь |
G, кг |
||||
Воздух |
1025 |
734 |
287 |
1,3 |
1 |
Продукты сгорания |
1197 |
906 |
291 |
1,3 |
1,008 |
,
T3 = 1500 К, p3 = p2 = 17,74105 Па
p5 = p0 = 30800 Па
7.1. Определение калорических величин в процессах.
, , , , , ,
, , , , , ,.
, ,
7.2. Расчет теплоты процессов и тепла за цикл
q0-1 = 0,
q1-2 = 0,
,
q3-4 = 0,
q4-5 = 0,
Результаты расчета сводятся в таблицу 7.1.
Таблица 7.1 Основные параметры ГТД в характерных точках цикла
Параметр |
0-1 |
1-2 |
2-3 |
3-4 |
4-5 |
5-0 |
Для цикла |
|
В точке |
30800 |
2105 |
17,74105 |
17,74105 |
8,57105 |
30800 |
|
|
2,14 |
0,5 |
0,094 |
0,246 |
0,43 |
5,56 |
|
||
Ti, K |
229,7 |
354 |
586 |
1500 |
1268 |
589 |
|
|
В процессе |
0,91105 |
1,7105 |
8,28105 |
-2,1105 |
-6,15105 |
-2,63105 |
0,01105 |
|
1,28105 |
2,38105 |
10,94105 |
-2,78105 |
-8,14105 |
-4,29105 |
0,61105 |
||
0 |
0 |
1125 |
0 |
0 |
-1125 |
0 |
||
0 |
0 |
10,94105 |
0 |
0 |
4,3105 |
6,64105 |
||
-1,28105 |
-2,38105 |
0 |
2,78105 |
8,14105 |
0 |
7,26105 |
Поскольку процессы 0-1-2 и 3-4-5 адиабатные, то для любой пары точек на низ справедливы соотношения: . Задаваясь удельным объемом в точках a и b в пределах от v0 до v2 находим pa.и pb, для точек c и d в пределах от v3до v5 находим pc.и pd, например . Для построения цикла в T-S координатах найдем промежуточные точки между 2 и 3, 5 и 0: a', b', c', d'. Для значения температур процессов T2-a', T2-b', T0-c', T0-d' вычисляем соответствующие изменения энтропии рабочего тела в процессах по сооношениям: , и т.д. Значения параметров в промежуточных точках сводятся в таблицу 7.2.
Таблица 7.2 Значение параметров в промежуточных точках
Параметр |
Точка |
|||
a |
b |
c |
d |
|
0,83105 |
2,67105 |
13,7105 |
1,16105 |
|
1 |
0,4 |
0,3 |
2,0 |
|
Параметр |
Точка |
|||
a |
b |
c |
d |
|
Ti, K |
799 |
1360 |
670 |
289 |
Процесс |
||||
2- a |
2-b |
5-c |
5-d |
|
365 |
1047 |
125 |
762,3 |
8. Построение идеального цикла в P-V и T-S координатах.
Скорость набегающего потока:
Скорость истечения газа:
Удельная тяга двигателя:
Секундный расход воздуха:
Масса двигателя:
Масса топлива,сгорающего в 1 кг воздуха:
Суммарная масса топлива за время полёта:
КПД двигателя:
Рассчитанные величины сводятся в таблицу 7.1.
Таблица9.1 Энергетические характеристики ГТД
|
С0, м/с |
С5, м/с |
Rуд, м/с |
Gвозд, кг |
Gдв, кг |
Gтоп,кг |
|||
8,87 |
7,26105 |
5,59 |
556 |
1275 |
719 |
9,04 |
145,7 |
650,8 |
66,3 |
Заключение
Проведен расчет идеального цикла ГТД. Для заданного интервала температур термический коэффициент полезного действия двигателя равен равен 66,3%. При этом масса двигателя равна 145,75 кг, расход топлива при длительности полета 2 часа на высоте полета 9000 м и числе Маха М=1,9 равен 650,9 кг. Удельная тяга двигателя Rуд = 719 Н.
В ходе расчета для поступающего в диффузор воздуха и продуктов сгорания определены массовые доли, изохорные и изобарные теплоемкости, газовые постоянные, показатели адиабаты. Рассчитано оптимальное значение степени повышения давления воздуха в компрессоре двигателя, коэффициент избытка воздуха в камере сгорания. Определены параметры рабочего тела в промежуточных точках 1,2,3,4,5, изменения внутренней энергии, энтальпии, энтропии в процессах за цикл и по результатам расчетов построены p-v и T-S диаграммы цикла. Графическим методом определены работа и теплота цикла, сравнены величины, полученные расчетным путем и графическим.
Список использованной литературы.
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
84755. | Характерные особенности и топологии ЛВС | 954.68 KB | |
Сравнительно небольшие затраты на построение сети. Перечисленные особенности обусловливают основные достоинства ЛВС заключающиеся в простоте сетевого оборудования и организации кабельной системы и как следствие в простоте эксплуатации сети. | |||
84756. | Высокоскоростные технологии Etherne. Fast Ethernet | 533.34 KB | |
Структура сети - иерархическая древовидная, построенная на концентраторах, как 10Base-T и 10Base-F. Диаметр сети Fast Ethernet составляет немногим более 200 метров, что объясняется уменьшением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз в результате увеличения пропускной способности канала... | |||
84757. | FDDI (Fiber Distributed Data Interface – оптоволоконный интерфейс распределения данных) | 748.35 KB | |
Стандарт FDDI, разработанный Американским национальным институтом стандартов (ANSI - American National Standards Institute), реализован с максимальным соответствием стандарту IEEE 802.5 — Token Ring. Небольшие отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечения большей скорости передачи данных на большие расстояния. | |||
84758. | ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ | 687.52 KB | |
Совокупность различных сетей подсетей ЛВС расположенных на значительных расстояниях друг от друга и объединенных в единую сеть с помощью телекоммуникационных средств представляет собой территориально-распределенную сеть которую можно рассматривать как совокупность различных сред передачи... | |||
84759. | Методы и протоколы маршрутизации | 791.79 KB | |
Ее достоинства следующие: низкие требования к маршрутизатору; повышенная безопасность сети. Недостатки статической маршрутизации существенно ограничивающие её применение следующие: высокая трудоемкость эксплуатации сетевые администраторы должны задавать и модифицировать маршруты вручную... | |||
84760. | Сети с установлением соединений. Принцип передачи пакетов на основе виртуальных каналов | 388.16 KB | |
При создании коммутируемого виртуального канала маршрутизация пакетов в узлах сети выполняется с использованием маршрутных таблиц только один раз на этапе установления соединения. При этом каждому виртуальному каналу присваивается идентификатор (номер) виртуального канала... | |||
84761. | Глобальная сеть Internet. Краткая история создания и архитектурная концепция Internet | 916.28 KB | |
Появлению сети Internet и стека протоколов TCP/IP предшествовала в середине 1960-х годов разработка сети, получившей название ARPANET. Разработчики - Стэндфордский исследовательский институт, Калифорнийский университет (Лос-Анжелес), университеты штатов Юта и Калифорния. | |||
84762. | Коммуникационный протокол IPv4 | 640.04 KB | |
Длина заголовка 4 бита задает значение длины заголовка пакета измеренной в 32 битовых 4 байтовых словах. Тип сервиса Туре of Service ToS 8 битовое поле предназначенное для оптимизации транспортной службы содержащее: 3 битовое поле Приоритет принимает 8 значений: от 0 нормальный приоритет... | |||
84763. | Транспортные протоколы стека TCP/IP | 237.33 KB | |
Транспортные протоколы ТСР и UDP стека протоколов TCP IP обеспечивают передачу данных между любой парой прикладных процессов выполняющихся в сети и предоставляют интерфейс для протокола IP путем демультиплексирования нескольких процессов использующих в качестве адресов транспортного уровня порты. | |||