Расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Смесь	Cp,	Cv,	R,	k	G, кг
Воздух	1009	722	287	1,4	0,99183
Прод. сгор	1036	747	289	1,386	1,0175

 

 

 

 

 

 

3 Расчёт основных параметров состояния рабочего тела в узловых точках цикла ГТД

Точка 1. Процесс 0-1 - адиабатное сжатие воздуха в диффузоре:

 

Точка 2. Процесс 1-2 - адиабатное сжатие в компрессоре:

 

Точка 3. Процесс 2-3 - изобарный подвод тепла в камере сгорания:

 

 

 

 

Точка 4. Процесс 3-4 - адиабатное расширение продуктов  сгорания в турбине:

Точка 5. Процесс 4-5 - адиабатное расширение в реактивном сопле двигателя  до давления окружающей среды p₀=p₅:

 

 

4 Расчет калорических величин цикла ГТД

4.1 - Изменение калорических величин в процессах цикла

Найдём изменение  внутренней энергии, энтальпии и  энтропии во всех процессах (энтропия адиабатных процессов 0-1, 1-2, 3-4, 4-5 равна 0)

по соотношениям:

 

4.2 Расчет теплоты процессов и тепла за цикл

4.3 Расчет работы процессов и полной работы за цикл

 

 

Результаты  расчетов приведены в таблице 4.

 

 

 

 

Значения	Точки						Для цикла
	0	1	2	3	4	5
Pi, Па	0,308	0,46	9,84	9,84	4,18	0,308	-
Vi, м3/кг	2,14	1,585	0,179	0,48	0,886	5,73
Ti, K	229,7	259	617	1650	1292	615
Значение	Процесс						Для цикла
	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-0
ΔUi, Дж/кг	21154,6	258476	771651	-267426	-505719	-278186,6	-50
Δhi,Дж/кг	29563,7	361222	1070188	-370888	-701372	-388767,7	-54
ΔSi,Дж/(кг•К)	0	0	1019,07	0	0	-993,71	25,36
qi,Дж/кг	0	0	1070188	0	0	388767,7	681420,3
li, Дж/кг	-29563,7	-361222	0	-370888	701372	0	681474,3

 

 

 

 

 

 

 

5 Расчёт параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения

5.1 Расчёт параметров промежуточных точек при построении цикла ГТД в

P – V координатах

Определение значений параметров p и v в промежуточных точках процессов 1-2 и 3-4, 4-5 позволяет построить достаточно точные графики. Поскольку процессы 1-2 и 3-4-5 адиабатные, то для любой пары точек на них справедливы соотношения:

Отсюда, задаваясь значениями параметров  и используя известные величины , найдем параметры промежуточных точек:

 

 

Расчетные значения промежуточных  точек процессов, как и характерных  откладываем на графике p-v и через них проводим плавную кривую процесса (см. рисунок 3).

5.2 Расчёт процессов, изображаемых в T-S-координатах

Для построения цикла в T-S координатах разобьем интервалы изменения температур от T₂ до T₃и от Т₅ до Т₀ на четыре примерно равные части:

 

Полученные  изменения энтропии откладываем  в принятом масштабе на T-S диаграмме и по выбранным значениям Т находим координаты промежуточных точек процесса, через которые проводим плавную кривую (см. рисунок 4).

Результаты  расчетов приведены в таблице 4 

6 Построение идеального цикла в p-v и T-S координатах

 

 

Параметр	Точка
	a	b	c	d	e	f	h
Pi, Па	1,22	3,22	3,53	2	8,5	7,2	0,69
Vi, м3/кг	0,8	0,4	1	1,5	0,2	0,6	3,2
Параметр	Точка
	a´	b´	c´	d´	e´	f´	h´
Ti, K	815	1133	1391	720	327	519	423
	Процесс
	2-a´	2-b´	2-c´	2-d´	2-e´	2-f´	2-h´
ΔSi,Дж/(кг•К)	361	629	842	160	356,71	822,71	616,71

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 Расчёт энергетических характеристик ГТД

 

1. Скорость набегающего потока:

 

2. Скорость истечения рабочего тела из сопла двигателя:

 

3. Удельная тяга двигателя:

 

4. Секундный расход воздуха:

 

5. Масса двигателя:

 

6. Масса топлива, сгорающего в 1 кг воздуха:

 

7. Суммарная масса топлива за время полета:

 

8. Термический коэффициент полезного действия ГТД:

 

9. Термический коэффициент полезного действия ГТД по циклу Карно:

 

Результаты расчетов приведены  в таблице 6.

 

				a		C0, м/с		C5, м/с
21		681474,3		2,56		243,03		1184,37
Мдв, кг	., кг						Gвозд, кг/с		Rуд, м/с
98	1561,248		63,67		86,07		4,17		957,81

 

 

8 Определение работы цикла графическим путем с

использованием системы ADEM 8.1

 

 

 

 

 

 

, где S_ц — площадь цикла в p-v координатах;

Оценим погрешность:

 

 

 

 

, где S_ц — площадь цикла в T-S координатах;

Оценим погрешность:

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе был произведен расчет термодинамических  параметров газотурбинного двигателя (состав рабочего тела в характерных точках, калорические и энергетические характеристики) по заданным высоте, продолжительности и скорости полета, тяге двигателя и типу топлива.

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

Для заданного  интервала температур термический  КПД цикла двигателя меньше термического КПД цикла Карно (термические КПД циклов равны соответственно )

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Книга

 

1. Мухачев Г. А. Термодинамика и теплопередача. [Текст]/ Г. А. Мухачев, В. К. Щукин -  М.: Высшая школа, 1991 г. – 400 с.
2. Кирилин В. А. Техническая термодинамика. [Текст]/ В. А. Кирилин,

В. В. Сычев, А. Е. Шейндлин  - М: Энергоатомиздат, 1983 г. – 416 с.

3. Юдаева Б. Н. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче. [Текст]/ Б. Н. Юдаева - М.: Высшая школа, 1968 г. – 372 с.
4. Белозерцев В.Н. Методические указания по оформлению пояснительной записки к курсовой работе (проекту). [Текст]/ В.Н. Белозерцев,

В.В. Бирюк, А.П. Толстоногов -  Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1987. – 16 с.

5. Меркулов А.П. Техническая термодинамика. [Текст]/ А.П. Меркулов - Конспект лекций/ Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1990. – 235 с.
6. Толстоногов А.П. Техническая термодинамика. [Текст]/

А.П. Толстоногов - Конспект лекций/ Куйбышев. авиац. ин-т.

Куйбышев, 1990. – 100 с.

 

 

7