Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Ноября 2013 в 16:21, курсовая работа
Качество авиационного двигателя определяется: совершенством конструкции, качеством материалов; технологическими процессами изготовления деталей, технологическими процессами узловой сборки и испытаний узлов и агрегатов, качеством получаемых от поставщиков комплектующих, технологическим процессом сборки двигателя, испытаниями двигателя, метрологическим обеспечением производства в целом, транспортно-складскими операциями, условиями эксплуатации и множеством других факторов.
Целью курсовой работы является расчёт параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик ГТД. Расчёты ведутся для идеального цикла ГТД с изобарным подводом тепла.
Министерство образования и науки
Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
(СГАУ)
Кафедра теплотехники и тепловых двигателей
Курсовая работа по курсу ”Термодинамика”
«Расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного
двигателя»
Вариант № 18
Самара 2012
Рассчитать идеальный цикл ГТД тягой R при полете с числом М за время τ (час) по заданной высоте Н при температуре Т3 газа перед турбиной. Исходные данные приведены в табл. 1. Масса воздуха G = 1 кг. Топливо – керосин ТС-6.
Таблица 1 - Исходные данные
Состав воздуха | ||||||||||
Н, м |
N2, % |
O2, % |
CO2, % |
H2O, % | ||||||
5000 |
77,69 |
20,55 |
0,43 |
1,33 | ||||||
Состав и свойства топлива | ||||||||||
Химическая формула |
Содержание серы и влаги, % |
Плотность при 200С, кг/м3 |
Теплота сгорания (низшая) Нu, кДж/кг | |||||||
Т – 6 |
С6,8Н13,3 |
- |
0,84 |
43130 | ||||||
Физические характеристики воздуха в зависимости от высоты полёта | ||||||||||
Н, м |
Т0, К |
Р0, Н/м2 |
r, кг/м3 | |||||||
5000 |
255,7 |
54048 |
0,736 | |||||||
Дополнительные величины | ||||||||||
R, H |
4550 | |||||||||
t, ч |
3 | |||||||||
T3, K |
1700 | |||||||||
Тт, К |
300 | |||||||||
Молекулярная масса, изобарные и изохорные теплоёмкости компонентов смеси | ||||||||||
m, кг/кмоль |
Сp, Дж/кг*К |
Cv, Дж/кг*К | ||||||||
N2 |
28 |
1039 |
742 | |||||||
O2 |
32 |
915 |
655 | |||||||
CO2 |
44 |
815 |
626 | |||||||
H2O |
18 |
1859 |
1398 |
Реферат
Курсовая работа: 27 страниц, 4 рисунка, 6 таблиц, 4 источника.
АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС, УНИВЕРСАЛЬНАЯ ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ, ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС, ЭНТАЛЬПИЯ, ЭНТРОПИЯ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ, ЦИКЛ ГТД, ТЕПЛОТА, ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ.
Определены массовые доли, молекулярные массы, мольные доли, изохорные теплоемкости компонентов воздуха, поступающего в диффузор, газовая постоянная, показатель адиабаты, характеризующие воздух в точке 0 цикла ГТД. Рассчитано оптимальное значение степени сжатия воздуха в компрессоре, обеспечивающее максимально полезную работу цикла для заданного значения температуры Т3. Вычислен потребный коэффициент избытка воздуха a в камере сгорания. Найдены значения массовых и мольных долей компонентов рабочего тела, как смеси продуктов сгорания и избыточного воздуха; молекулярная масса смеси, плотность, теплоемкость, газовая постоянная и показатель адиабаты, характеризующие смесь при температуре Т3. Результаты расчетов сведены в таблицы.
Рассчитаны параметры состояния в характерных и нескольких промежуточных точках идеализированного цикла ГТД, определены изменения внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоты, удельные работы процессов и за цикл. Изображен идеальный цикл в p-v и T-S координатах. Рассчитаны энергетические характеристики ГТД.
Содержание
C0 — скорость набегающего потока, м/с
C5 — скорость истечения газа, м/с
Cp — изобарная теплоемкость, Дж/кг×К
Cv — изохорная теплоемкость, Дж/кг×К
G — масса, кг
H — высота, м
k — показатель адиабаты
M — молярная масса, моль
p — давление, Па
q — теплота, Дж/кг
R - удельная газовая постоянная,
R — универсальная газовая постоянная, Дж/кг×К
Rуд — удельная тяга двигателя, м/с
L – удельная работа;
S — энтропия, Дж/кг
T — температура, К
U — внутренняя энергия, Дж/кг
v — удельный объем, м3/кг
a — коэффициент избытка воздуха
D — изменение параметра
ht — термический к. п. д., %
r0 — плотность воздуха, кг/м3
t — время, ч
¢ — параметр (характеристика) относится к воздуху
¢¢ — параметр (характеристика) относится к продуктам сгорания
opt – оптимальный;
i – номер компонента, процесса;
ц – цикл;
к – компрессор;
О – точка О процесса;
Авиационный газотурбинный двигатель (ГТД) является сложной технической системой с высокими удельными параметрами. Конструкция доводилась до совершенства на основе большого объема экспериментальных исследований, накопленной статистики. Технические достижения в области конструкции, материалов, технологии, различных методов повышения нагрузочной способности, усталостной прочности, нашли в современном двигателе самое непосредственное воплощение. В мировой практике разработаны и освоены в производстве двигатели новых поколений, где в конструкцию привнесены качественные изменения, приведшие к существенному повышению удельных эксплуатационных параметров. Продолжающие находиться в эксплуатации и выпускаться, проверенные временем и доведенные на основе анализа результатов практического использования до высокого уровня совершенства ряд моделей ГТД сформировали большой объем практической информации. Данная информация должна использоваться для дальнейшего совершенствования авиационных ГТД подобного класса, а также для разработки новых конструкций двигателей, в том числе последующих поколений.
Качество авиационного двигателя определяется: совершенством конструкции, качеством материалов; технологическими процессами изготовления деталей, технологическими процессами узловой сборки и испытаний узлов и агрегатов, качеством получаемых от поставщиков комплектующих, технологическим процессом сборки двигателя, испытаниями двигателя, метрологическим обеспечением производства в целом, транспортно-складскими операциями, условиями эксплуатации и множеством других факторов.
Целью курсовой работы является расчёт
параметров состояния рабочего тела
и энергетических характеристик
ГТД. Расчёты ведутся для идеального
цикла ГТД с изобарным подводом тепла.
Газотурбинный двигатель — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины (Рисунок 1). В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа.
Сжатый атмосферный воздух из компрессора (Рисунок 2) поступает в камеру сгорания, туда же подаётся топливо, которое, сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением. Далее газовоздушная смесь расширяется и часть её энергии преобразуется в турбине в механическую энергию вращения основного вала. Эта энергия расходуется, в первую очередь, на работу компрессора, а также используется для привода агрегатов двигателя (топливных подкачивающих насосов, масляных насосов и т. п.) и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы. Основная часть энергии расширяющейся газовоздушной смеси идёт на ускорение газового потока в сопле и создание реактивной тяги.
1
2
Рисунок 1 - Устройство газотурбинного двигателя
Расчёт массовых и мольных долей компонентов, молекулярной массы, их теплоёмкости производится для воздуха, потребляемого ГТД на высоте полёта самолёта Н = 5000 м и скорости полёта V = 1,3 M.
Объемные доли компонентов в воздухе будут таковыми:
Найдём молекулярную массу смеси:
Массовые доли каждого компонента в 1 кг воздуха найдём по формулам:
Проверка полученных результатов:
Определим мольную долю и массу каждого компонента 1 кг смеси:
Вычислим изобарную и изохорную теплоёмкости смеси, а также коэффициент адиабаты и газовую постоянную смеси:
Керосин ТС – 6 (СnHm).
Вычислим массы компонентов, а также мольные и массовые доли этих компонентов в смеси продуктов сгорания:
Найдём массу топлива:
т.е. выполняется закон сохранения массы вещества.
Найдём изобарные и изохорные теплоёмкости, коэффициент адиабаты и газовую постоянную смеси продуктов сгорания.
Т.о. газовые постоянные в первом и втором случае получились приблизительно равны между собой:
Результаты расчета сведены в таблицы 2 и 3
Параметры, состав |
Компоненты | ||||
N2 |
O2 |
CO2 |
H2O | ||
Ri, |
297 |
260 |
189 |
462 | |
Cpi, |
1039 |
915 |
815 |
1859 | |
Cvi, |
742 |
655 |
626 |
1398 | |
mi, |
28 |
32 |
44 |
18 | |
Gi, кг |
Воздух |
0,7501 |
0,2267 |
0,0065 |
0,0082 |
Прод.сгор |
0,7494 |
0,1358 |
0,0896 |
0,0251 | |
Mi, моль |
Воздух |
26,8 |
7,1 |
0,0001 |
0,0005 |
Прод.сгор |
26,8 |
4,3 |
0,001 |
0,0007 | |
gi |
Воздух |
0,7501 |
0,2267 |
0,0065 |
0,0082 |
Прод.сгор |
0,7494 |
0,1358 |
0,0896 |
0,0251 |
Смесь |
Cp, |
Cv, |
R, |
k |
G, кг |
Воздух |
1006 |
720 |
286 |
1,4 |
0,9915 |
Прод. сгор |
1022 |
736 |
286 |
1,4 |
0,9998 |