Обратимый (теоретический) цикл ГТД

Дисциплина

 

Термодинамика и тепломассообмен

 

Тема: РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ЦИКЛА

ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

 

Выполнил(а): студент гр. ___

 

______ ___/_______________/

 

 

Проверил: преподаватель

 

________________ / Малых Н.П./

 

 

Санкт-Петербург

 

2020 г.

Содержание.

Рассчитать теоретический (обратимый цикл) ГТД.

При выполнении расчета определить:

1) параметры рабочего тела в характерных точках цикла: Р_i бар; u_i м³/кг; Т_i К;

2) значение энтропии s_i, кДж/кг×К в характерных точках циклах;

3) подводимую теплоту q₁, кДж/кг и отводимую теплоту q₂, кДж/кг

4) работу цикла L _пол, кДж/кг и термический КПД цикла h_{t, ГТД} ;

5) мощность турбины компрессора N_тк, кВт и мощность турбины винта

N_тв, кВт;

6) секундный расход топлива В, кг/с и удельный расход топлива

b, кг/кДж и кг/лс×ч.

Результаты расчета представить в табличной форме (табл.2).

Рассчитать действительный цикл ГТД.

При выполнении расчета определить:

1) параметры рабочего тела в характерных точках цикла:

Р_i бар; u_{i д} м³/кг; Т_{i д} К;

2) значение энтропии s_{i д}, кДж/кг×К в характерных точках циклах;

3) подводимую теплоту q_{1 д}, кДж/кг и отводимую теплоту q_{2 д}, кДж/кг;

4) работу цикла L_{пол, д}, кДж/кг;

5) эффективный КПД h_{е, ГТД} ;

6) мощность турбины компрессора N_{тк, д}, кВт и мощность турбины

винта N_{тв, д}, кВт;

7) секундный расход топлива В_д, кг/с и удельный расход топлива

b_д, кг/кДж

8) теплоту, подведенную к рабочему телу Q_1д, кВт и теплоту, отведенную от рабочего тела в цикле ГТД Q_2д , кВт;

Результаты расчета представить в табличной форме (табл.3).

 

Исходные данные

Общие исходные данные

1. Давление окружающей среды P₀= 1 бар

2. Температура окружающей среды t₀=20⁰С

3. Показатель адиабаты рабочего тела к=1,4

4. Низшая теплота сгорания топлива Q_н^р=40 МДж/кг

5. Механический КПД турбокомпрессорного блока h_м,тк=0,98

8. КПД редуктора h_р=0,96

 

 

Иcходные данные для индивидуальных заданий

(заполнить каждому из таблицы заданий – индивидуально, согласно варианта)

2.2.1. Характеристики газотурбинного двигателя (ГТД)

1. Степень повышения давления в цикле b= 5

2. Максимальная температура рабочего тела в цикле t₃ = 900 °C

3. Мощность N_гтд = 10000 кВт

4. Адиабатный КПД компрессора ГТД _aд,к = 0,85

5. Внутренний относительный КПД газовой турбины h_oi,гт = 0,85

Обратимый (теоретический) цикл ГТД

1. Параметры рабочего тела в характерных точках цикла

(*)1. Состояние рабочего тела (воздуха) перед входом в компрессор

p₁=1бар= 10⁵ Па

T₁= 273 + 20 = 293K

PV = RT
V =

R= = = 286,69

V₁= = 0,84

(*)2. Состояние воздуха за компрессором, на входе в камеру сгорания.

В компрессоре воздух претерпевает адиабатическое сжатие:

= b; P₂=bP₁; P₂= 5 ´ 10⁵Па = 5 бар

T₂= T₁ ; T₂= 293 ´ = 464,06 K

V₂= ; V₂= = 0,266

(*)3. Состояние газа перед входом в газовую турбину.

Подвод теплоты в камере сгорания происходит при постоянном давлении.

P₂=P₃= 5 бар

T₃= 273 + 900 = 1173 K

V₃ = ; V₃= = 0,673

 

 

(*)4. Состояние рабочего тела (газа) на выходе из газовой турбины.

T₄=T₃ = 1273 = 740,61 K

= ()^k-1 ; V₄= 0,673*( = 2,125

P­₄ = p₁ = 1 бар

2. Значения энтропии в характерных точках цикла

(*)1. S₁= C_p´ln() – R ´ ln()

Где C_p= = = 1,01 (удельная изобарная теплоемкость воздуха)

S₁= 1.01´ ln – 0,28669 ln = 0,0752

(*)2. В компрессоре происходит адиабатическое сжатие газа, следовательно DS = 0

S₂ = S₁ = 0,0752

(*)3. В камере сгорания изобарный подвод теплоты

S₃ = S₂ + DS = 0,0752 + 0,938 = 1,013

(*)4. В газовой турбине происходит адиабатное расширение газа, следовательно

S₄ = S₃ = 1,013

3. Подводимая и отводимая теплоты

Теплота подводится к рабочему телу в камере сгорания, где происходит изобарное расширение:

= Сp(T₃-T₂) = 1,01 (1173- 464,06) = 708,94

Теплота, отводимая от рабочего тела в изобарном процессе:

= Сp(T₁-T₄) = 1,01 (293 – 740,61) = 452,09

4. Работа цикла, расход рабочего тела (воздуха) и термический КПД цикла

5. Секундный и удельный расход топлива

Таблица 1. Результаты расчета цикла ГТД (теоретический цикл)

№ точек	бар	, К	,	,	,гтд
			0,84	0,0752	0,362	256,85	708,94	452,09
		464,06	0,266	0,0752	,		,
			0,673	1,013
		740,61	2,125	1,013	0,69	0,07

 

Действительный цикл ГТД

1. Параметры рабочего тела в характерных точках цикла

(*) 1. Состояние газа перед входом в компрессор

Р_1g= 1 бар = 10⁵ Па;

T_1g= 293 K

pV=RT

V_1g= = = 0,84

 

(*)2. Состояние газа на входе в камеру сгорания

T_2g = + T₁ = + 293 = 494,247 К

p₂ = p₃ = p_2g = 5 бар

(*)3. Состояние газа перед входом в газовую турбину

P_3g = 5´10⁵ Па;

T_3g=1173 K

V_3g =

(*)4. Состояние газа на выходе из газовой турбины

T_4g =

p₁ = p₄ = p_4g = 1бар

V_4g= = = 2,309

2. Значение энтропии в характерных точках цикла

(*)1. S_1g = S₁ = 0,0752

(*)2. S_2g = S₂ + Cp ´ ln = 0,0752 + 1,01ln = 0,1389

(*)3. S₃ = S_3g = 1,013

(*)4. S_4g = S₄ + Cp ´ ln = 1,013 + 1,01ln = 1,1

3. Подводимая и отводимая теплота

Теплота, подводимая к рабочему телу в камере сгорания

Теплота, отводимая от рабочего тела

= Cp(T_4g ­– T_1g) =

4. Работа цикла

= - =

 

 

5. Эффективный КПД цикла

= = = 0,2525

6. Мощность компрессора и мощность турбины

7.Секундный и удельный расход топлива

Таблица 2. Результаты расчета цикла ГТД (действительный цикл)

 

№ точек	бар	, К	,	,	,гтд				Nк, кВт
			0,84	0,0752	0,2525	173,071	685,541	512,47
		494,247	0,283	0,1389	,			Nгт, кВт	, кВт
3			0,673	1,013
		805,47	2,309	1,1				21886,54