Расчёт теоретического цикла ГТУ (без учёта потерь)

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 задания взять из прилагаемого списка.

Таблица 1

Исходные данные

Фамилия И.О. ЭН-211103	Вари-ант	,бар	, оС	, оС	,кВт
Белоусов		0.80				7.0	0.93	0.94	0.81
Бердников		0.85				7.6	0.94	0.98	0.80
Бережной		0.90				7.8	0.95	0.97	0.89
Бирюк		0.95				8.0	0.96	0.94	0.88
Владимиров		1.00				7.8	0.95	0.97	0.87
Дишке		1.05				7.6	0.94	0.98	0.86
Залужский		1.10				7.4	0.93	0.95	0.83
Котлов		0.90				7.2	0.92	0.94	0.84
Макаров		0.95				7.0	0.91	0.98	0.80
Марамзин		0.85				7.1	0.93	0.96	0.82
Мартынович		0.92				8.0	0.94	0.97	0.81
Некрасов		0.96				7.8	0.93	0.96	0.87
Соболев		0.98				7.7	0.94	0.95	0.88
		1.00				7.3	0.95	0.94	0.81
		0.97				8.0	0.95	0.98	0.83
		0.99				7.3	0.92	0.96	0.87
		1.00				7.8	0.93	0.95	0.84
		0.97				8.0	0.94	0.97	0.86
		0.95				7.9	0.93	0.96	0.80

 

 

Алгоритм выполнения курсовой работы

 

Исходные данные

Вариант	,бар	, оС	, оС	,кВт
№

 

Расчёт 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

Заданные и вычисленные 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 расчёте 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. По вычисленным значениям массового расхода рабочего тела и удельной подводимой теплоты в цикле определяется тепловая мощность камеры сгорания.

8. Изобразить (на отдельном листе) в масштабе цикл ГТУ в диаграмме .

 

II. Расчёт 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 2_д и 4_д 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 находятся 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 .

III. Расчёт 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

 

 

IV. Вычисление оптимального отношения давлений в компрессоре из условия максимума удельной работы цикла. Расчёт 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.