Тема курсовой работы
РАСЧЁТ ЦИКЛОВ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК
Задание
Газотурбинная установка (ГТУ) работает по циклу с подводом тепла при постоянном давлении. Рабочее тело обладает свойствами воздуха с постоянными теплофизическими характеристиками, вычисляемыми с помощью молекулярно-кинетической теории.
Параметры воздуха перед компрессором , максимальная температура в цикле . Мощность ГТУ равна .
Задание:
1. Рассчитать теоретический цикл ГТУ без учёта потерь с определением параметров в характерных точках цикла, термического К.П.Д. цикла , массового расхода воздуха и тепловой мощности камеры сгорания .
Дать принципиальную схему установки с необходимымипояснениямии изобразить в масштабе цикл ГТУ в диаграмме .
2. Рассчитать действительный цикл с учётом потерь в компрессоре и в турбине при заданных значениях относительных внутренних К.П.Д. компрессора и турбины .
Изобразить в масштабе действительный цикл ГТУ в диаграмме .
3. Рассчитать действительный цикл ГТУ с регенерацией, полнота которой задана значением .
Дать принципиальную схему установки с необходимымипояснениямии изобразить в масштабе цикл ГТУ с регенерацией теплоты в диаграмме .
4. Вычислить значение оптимального отношения давлений в компрессоре из условия максимума удельной работы цикла, а также термический КПД цикла при оптимальном отношении давлений.
Исходные данные задачи взять из прилагаемого списка.
Таблица 1
Исходные данные
Фамилия И.О. ЭН-211102 | Вари-ант | ,бар | , оС | , оС | ,кВт | ||||
Бебнев | 1.10 | 8.0 | 0.95 | 0.96 | 0.80 | ||||
Бирюков | 0.90 | 7.8 | 0.96 | 0.96 | 0.90 | ||||
Вааль | 0.95 | 7.6 | 0.95 | 0.95 | 0.81 | ||||
Гончатов | 1.00 | 7.4 | 0.94 | 0.94 | 0.82 | ||||
Гросу | 1.05 | -5 | 7.2 | 0.93 | 0.97 | 0.83 | |||
Житков | 1.10 | -10 | 7.0 | 0.92 | 0.98 | 0.84 | |||
Зайцев | 0.75 | -35 | 7.6 | 0.94 | 0.98 | 0.83 | |||
Каврук | 0.80 | -30 | 7.8 | 0.93 | 0.96 | 0.82 | |||
Клюев | 0.85 | -25 | 8.0 | 0.92 | 0.95 | 0.81 | |||
Мелихов | 0.90 | -20 | 7.8 | 0.91 | 0.94 | 0.80 | |||
Митькин | 0.95 | -15 | 7.6 | 0.92 | 0.97 | 0.89 | |||
Подрядчиков | 1.00 | -10 | 7.4 | 0.93 | 0.98 | 0.88 | |||
Прядун | 1.05 | -5 | 7.2 | 0.94 | 0.95 | 0.87 | |||
Пяташов | 1.10 | 7.0 | 0.95 | 0.94 | 0.86 | ||||
Судеец | 0.90 | 7.2 | 0.96 | 0.98 | 0.83 | ||||
Шмелев | 0.95 | 7.4 | 0.95 | 0.97 | 0.84 | ||||
Юмашев | 0.75 | 7.2 | 0.92 | 0.95 | 0.82 |
Алгоритм выполнения курсовой работы
Исходные данные
Вариант | ,бар | , оС | , оС | ,кВт | ||||
№ |
Расчет теоретического цикла ГТУ (без учёта потерь)
1. Изобразить принципиальную схему установки с подробными
пояснениями и расстановкой точек на схеме согласно рис.1.
2. Найти параметры рабочего тела (воздуха) в характерных точках цикла 1, 2, 3, 4 в соответствии теоретической диаграммой цикла (см. рис. 1)
Рис. 1
Полученные параметры цикла занести в таблицу 1.
Таблица 1
Характерные точки цикла | 1 | 2 | 3 | 4 | 2 д | 4 д | a | b |
p, бар | ||||||||
T, K | ||||||||
v, м3/кг | ||||||||
s, кДж/кг·К |
3. Рассчитать подводимую и отводимую теплоту в цикле в расчете на 1 кг рабочего тела.
4. Определить удельную полезную работу цикла.
5. Рассчитать термический КПД цикла ГТУ p=const
6. Массовый расход рабочего тела (воздуха) в стационарном режиме работы двигателя находится из соотношения
7. Зная массовый расход рабочего тела и удельную подводимую теплоту в цикле, определяется тепловая мощность камеры сгорания.
8. Изобразить (на отдельном листе) в масштабе цикл ГТУ в диаграмме .
ĮĮ. Расчет действительного цикла (рис.2) с учётом потерь в компрессоре и в турбине при заданных значениях относительных внутренних К.П.Д. компрессора и турбины .
Рис. 2
1.Температуры в точках 2д и 4д находятся из определений относительных внутренних КПД компрессора и турбины . Имеем тогда
2. Удельные количества подведённой теплоты, отведённой теплоты и работы действительного цикла ГТУ p=const находим из соотношений
3. Термический КПД действительного цикла
4. Массовый расход воздуха в действительном цикле
5. Тепловая мощность камеры сгорания
6.Изобразить (на отдельном листе) в масштабе действительный цикл ГТУ в диаграмме .
ĮĮĮ. Расчет действительного цикла ГТУ с регенерацией (рис.3), полнота которой задана значением .
1. Изобразить принципиальную схему установки с подробными пояснениямии расстановкой точек на схеме согласно рис. 3.
Рис. 3
2. Температуры рабочего тела на выходе из регенеративного теплообменника находятся из определения полноты регенерации и заданного его значения:
3. Удельные количества подведённой теплоты, отведённой теплоты и работы действительного цикла ГТУ p=const с регенерацией находим из соотношений
4. Термический КПД действительного цикла с регенерацией
5. Массовый расход воздуха в действительном цикле с регенерацией
6. Тепловая мощность камеры сгорания
7. Изобразить (на отдельном листе) в масштабе цикл ГТУ с регенерацией теплоты в диаграмме .
Характеристики рассчитанных циклов свести в таблицу 2
Таблица 2
ГТУ p =const | Термический КПД | Массовый расход воздуха | Тепловая мощность камеры сгорания |
Теоретический цикл | |||
Действительный цикл | |||
Действительный цикл с регенерацией | |||
Цикл с оптимальным отношением давлений | |||
Цикл Карно |
1V. Вычисление оптимального отношения давлений в компрессоре из условия максимума удельной работы цикла. Расчет термического КПД цикла при оптимальном отношении давлений. Вычисление КПД цикла Карно.
Оптимальное отношение давлений в компрессоре находится из условия максимума удельной работы цикла. Для этого необходимо:
1. Записать формулу для работы цикла
;
2. Выразить отношения температур через степень повышения давления
, ;
3. Подставить эти значения в формулу работы, и взяв производную
, найти оптимальное отношение давлений в компрессоре.
4. Рассчитать термический КПД цикла с оптимальным отношением давлений
5. Найти КПД цикла Карно.
6. Проанализировать полученные в работе значения КПД.
Литература
1. В.Н.Королев, Е.М.Толмачёв. Техническая термодинамика: учебное пособие. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. – 180 с.
2. Е.М.Толмачёв. Техническая термодинамика. Термодинамический расчёт и анализ циклов газовых двигателей и паросиловых установок: учебное пособие. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. – 90 с.