Расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических характеристик газотурбинного двигателя - Курсовая работа

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. 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.? - параметр (характеристика) относится к воздуху ?? - параметр (характеристика) относится к продуктам сгорания opt - оптимальный; Газотурбинный двигатель - тепловая машина, предназначенная для преобразования энергии сгорания топлива в кинетическую энергию реактивной струи и (или) в механическую работу на валу двигателя, основными элементами которой являются компрессор, камера сгорания и газовая турбина.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. В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа (рисунок 1). В ГТД изображенном на рисунке, 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. В турбине происходит расширение газов, преобразование их потенциальной энергии в механическую работу на валу, за счет которой приводятся в движение компрессор и агрегаты двигателя.Расчет массовых и мольных долей компонентов и теплоемкости производится для воздуха, потребляемого двигателем самолета на высоте полета Н = 1000 м и скорости полета V = 0,8 M. Найдем удельные газовые постоянные для каждого компонента по формуле: (1) где Rm=8314,3·10-3 Дж/моль?К; молярные массы компонентов ?i - в табл.Основано на обеспечении заданной температуры перед турбиной.Массы продуктов сгорания:

Количества вещества продуктов сгорания:

Мольные доли компонентов:

Массовые доли компонентов:

Количество топлива, сгорающего в 1кг воздуха:

Масса рабочей смеси:

Теплоемкости рабочей смеси:

Газовая постоянная:

Показатель адиабаты:

Результаты расчета сведем в Таблицы 2 и 3: Таблица 2 - Состав воздуха и продуктов сгоранияВоздух 1039 915 815 1859 Воздух 742 655 626 1398 Gi, кг Воздух 0,75971 0,23228 0,00168 0,00632Процесс 0-1 - адиабатное сжатие воздуха в диффузоре. Процесс 1-2 - адиабатное сжатие воздуха в компрессоре: Точка 3.Найдем изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии во всех процессах.работа сжатия газа в диффузоре; работа сжатия газа в компрессоре; Результаты расчета сводятся в Таблицу 4.Определение значений параметров p и v в промежуточных точках процессов 1-2 и 3-4, 4-5 позволяет построить достаточно точные графики.Для построения цикла ГТД в T-S координатах необходимо интервалы изменения температур от T2 до T3 и T5 до T0 разбить на четыре примерно равные части. Для значений температур процессов T2-a’, T2-b’ вычисляем соответствующие изменения энтропии рабочего тела в процессах 2-3 и 5-0 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 (рисунок 3).Рисунок 2 - Рабочая диаграмма цикла ГТД в P - V координатахВычислим 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. Скорость набегающего потока: Скорость истечения рабочего тела из сопла двигателя: Удельная тяга двигателя: Расход воздуха: Масса топлива: Масса двигателя: Суммарная масса топлива за время полета: Термический коэффициент полезного действия ГТД: Термический коэффициент полезного действия ГТД по циклу Карно: Результаты занесем в Таблицу 6: Таблица 6.

Содержание

Задание

Введение

1. Краткое описание принципа работы 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 основных параметров состояния рабочего тела в узловых точках цикла ГТД

4. Расчет калорических величин цикла ГТД

4.1 Изменение калорических величин в процессах цикла

4.2 Расчет теплоты процессов и тепла за цикл

4.3 Расчет работы процессов и полной работы за цикл

5. Расчет параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения

5.1 Расчет параметров промежуточных точек при построении цикла ГТД в P - V координатах

5.2 Расчет процессов, изображаемых в T-S-координатах

5.3 Построение графиков P - V и T - S-координатах

6. Расчет энергетических характеристик ГТД

7. Определение работы цикла графическим путем с использованием системы ADEM 8.1

Заключение

Список использованных источников

Условные обозначения и индексы

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