Расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного двигателя

 

 

 

 

 

 

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  введены в Таблицу 4

Значения	Точки						Для цикла
	0	1	2	3	4	5
Pi, Па	0,54048	1,49557	14,8449	14,8449	7,2265	0,54048	-
vi, м3/кг	1,353	0,6634	0,1267	0,3275	0,5477	3,4977
Ti, K	255,7	342	658	1700	1384	661
Значения	Процесс						Для цикла
	0-1	1-2	2-3	3-4	4-5	5-0
Δui, Дж/кг	62136	227520	766912	-232576	-532128	-291816	48
Δhi, Дж/кг	86817	317896	1064924	-322952	-738906	-407731,8	48
Δsi, Дж/(кгК)	0	0	970	0	0	-955,44	14,56
qi, Дж/кг	0	0	1064924	0	0	407731,8	657144,2
li, Дж/кг	-86817	-317896	0	322952	738906	0	657144,2

 

 

 

 

 

 

 

 

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 T₃ и от Т₅ до Т₀ на три примерно равные части:

 

Сведём полученные расчётные  значения в Таблицу 5

 

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).

 

 

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

Параметр	Точка
	a	b		c	d	е	f
	7,7*105		20*105	20,6*105	4,4*105	3*105	1,7*105
	0,4		0,2	0,1	0,3	1	2,2
Параметр	Точка
	a¢		b¢	c¢	d¢	-	-
Ti, K	850		1200	350	450	-	-
	Процесс
	2- a¢		2-b¢	0-c¢	0-d¢	-
	262		614	321	578	-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                  

 

 

                     

7 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:

 

8 Расчёт энергетических характеристик ГТД

 

				a		C0, м/с		C5, м/с
9,9		657144,2		2,5		416		1206
Мдв, кг	., кг						Gвозд, кг/с		Rуд, м/с
109	1600,5		61,7		85		5,7		790

Сведём полученные расчётные  значения в Таблицу 6

 

 

 

 

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

1. Мухачев ,Г. А. Термодинамика и теплопередача[Текст]/ Г. А. Мухачев, Щукин В. Е.- М.: Высшая школа, 1991 г. – 400 с.
2. Кирилин, В. А. Техническая термодинамика[Текст]/ В. А. Кирилин ,Сычев В. В., Шейндлин А. Е.- М: Энергоатомиздат, 1983 г. – 416 с.
3. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче[Текст]/Под редакцией Б. Н. Юдаева.- М.: Высшая школа, 1968 г. – 372 с. 
4. Теплотехника [Текст]: Метод. указания/ Сост. В.Н. Белозерцев, В.В. Бирюк, А.П. Толстоногов.- М.: Самара. Самар. гос. аэрокосм, ун-т 2012. – 20 с.