Определение характеристик воздуха на заданной высоте полета и оптимальной степени сжатия в компрессоре. Оценка коэффициента избытка воздуха. Расчет состава продуктов сгорания и рабочей смеси и основных параметров состояния в характерных точках цикла.
Аннотация к работе
Министерство образования Российской Федерации Самарский государственный аэрокосмический университет имени Академика С. П. «Расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного двигателя»АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС, УНИВЕРСАЛЬНАЯ ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ, ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС, ЭНТАЛЬПИЯ, ЭНТРОПИЯ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ, ЦИКЛ ГТД, ТЕПЛОТА, ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ. Цель работы: расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик ГТД. В результате работы определены: параметры состояния рабочего тела в термодинамических процессах идеального цикла ГТД, его энергетические показатели.Авиационные двигатели принадлежат к классу тепловых двигателей внутреннего сгорания, внутри которых происходит сжигание топлива и преобразование части выделившегося тепла в работу. Все газотурбинные двигатели (ГТД) имеют газогенератор (турбокомпрессор), включающий в себя компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, преобразующий потенциальную энергию топлива в так называемую свободную энергию, которая затем с помощью специальных устройств преобразуется в тягу или мощность. ? - параметр (характеристика) относится к воздуху ?? - параметр (характеристика) относится к продуктам сгорания opt - оптимальный; Рассчитать идеальный цикл ГТД тягой R при полете с числом М за время ? (час) по заданной высоте Н при температуре Т3 газа перед турбиной.В ГТД, изображенном на рисунке 1, набегающая струя воздуха, движущаяся со скоростью полета, тормозится в диффузоре, где происходит предварительное сжатие воздуха. Из компрессора воздух поступает в камеру сгорания, куда форсунками подается топливо, и где происходит сгорание топливовоздушной смеси, сопровождающееся повышением температуры газа.Расчет массовых и мольных долей компонентов и теплоемкости производится для воздуха, потребляемого двигателем самолета на высоте полета Н = 9000м и скорости полета V = 0,8M. Для газовой смеси определим: изобарную теплоемкость: изохорную теплоемкость: удельную газовую постоянную: показатель адиабаты: 2.2 Определение (рк)opt - оптимальной степени сжатия в компрессореОсновано на обеспечении заданной температуры перед турбиной.Массы продуктов сгорания (кг): (6) Количества вещества продуктов сгорания (моль): (10) Мольные доли компонентов (моль): (14)Воздух 1039 915 815 1859 Воздух 742 655 626 1397 Mi, моль Воздух 26.90 7.03 0.26 0.57Процесс 0-1 - адиабатное сжатие воздуха в диффузоре. Процесс 1-2 - адиабатное сжатие воздуха в компрессоре: (25) Процесс 2-3 - изобарный подвод тепла в камере сгорания: , - степень повышения температурыРасчет теплоты процессов и тепла за цикл: q0-1 = 0, q1-2 = 0, , q3-4 = 0, q4-5 = 0, Расчет работы процесса и работы за цикл: - работа сжатия газа в диффузоре, - работа сжатия газа в компрессоре , - работа газа в турбине, - работа реактивного сопла, - работа цикла, Проверка: Результаты расчета сводятся в таблицу 8. Таблица 8 - Основные параметры состояния рабочего тела в узловых точках цикла, изменение калорических параметров в процессах и за весь цикл идеального ГТДОпределение значений параметров p и v в промежуточных точках процессов 1-2 и 3-4, 4-5 позволяет построить достаточно точные графики. Поскольку процессы 0-1-2 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 2). Для построения цикла ГТД в T-S координатах необходимо интервалы изменения температур от до и до разбить на четыре примерно равные части. Для значений температур процессов , вычисляем соответствующие изменения энтропии рабочего тела в процессах 2-3 и 0-5 по соотношениям: Вычислим параметры промежуточных точек для построения графика цикла ГТД в T-S координатах: Точка а/: Точка b/: Точка c/: Точка d/: 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 3). Вычислим скорости набегающего потока С0 и скорость истечения газа из реактивного сопла С5 , а также удельную тягу двигателя Rуд, секундный расход воздуха Gвозд, массу двигателя Gдв, суммарную массу топлива Gt, термический КПД и термический КПД цикла Карно, действующего в том же интервале максимальной и минимальной температур.В данной работе был произведен расчет термодинамических параметров и энергетических величин газотурбинного двигателя для заданного режима полета. Работа цикла была определена двумя методами - аналитическим и графическим, и была произведена оценка погрешности, ее величина составила 6,7% для P-V координат и 0,3% для T-S координат.
План
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Описание работы и схема ГТД
2. Расчет состава рабочего тела
2.1 Определение характеристик воздуха на заданной высоте полета H
2.2 Определение (рк)opt - оптимальной степени сжатия в компрессоре
2.3 Определение коэффициента избытка воздуха a 2.4 Расчет состава продуктов сгорания и рабочей смеси
3. Расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик двигателя
3.1 Расчет основных параметров состояния в характерных точках цикла
3.2 Определение калорических величин цикла ГТД
3.3 Расчет параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения
3.4 Расчет энергетических характеристик ГТД3.6 Определение работы цикла графическим путем