Расчет циклов газотурбинных установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н. ЕЛЬЦИНА» (УРФУ)

КАФЕДРА ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО

ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ТЕПЛОТЕХНИКИ

(ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ)

РАСЧЕТ ЦИКЛОВ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Руководитель А.В Островская

Студент Ф.В. Майборода

Группа СЗ 230705 ну

Екатеринбург

2014 г.

Содержание

1.Задание на курсовую работу

1.1 Данные для расчета

1.2 Перечень основных обозначений

2. Расчет циклов ГТУ

2.1 Расчёт теоретического цикла

2.2 Расчёт теоретического цикла с предельной регенерацией

2.3 Расчёт действительного цикла

2.4 Расчёт действительного цикла с предельной регенерацией

3. Сводная таблица параметров циклов ГТУ

Список литературы



1.Задание на курсовую работу

Расчёт циклов газотурбинных установок (ГТУ)

ГТУ мощностью N=18 мВт работает на природном газе с теплотворной способностью

Qнр =40 МДж/кг. Воздух на входе в компрессор имеет температуру t1=15°C и давление р1=0,95 бар. Продукты сгорания на входе в турбину имеют температуру t3=980°C. Степень повышения давления в компрессоре в=8.

Рассчитать:

1. Теоретический цикл.

2. Теоретический цикл с предельной регенерацией.

3. Действительный цикл.

4. Действительный цикл с предельной регенерацией.

Определить для каждого цикла:

1. Параметры рабочего тела в узловых точках цикла.

2. Удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведённой и отведённой теплоты.

3. Полезную работу цикла. Термический (внутренний) КПД цикла.

4. Расходы рабочего тела и топлива.

Изобразить схемы установок и циклы в (p-v) и (T-S) диаграммах.

1.1 Данные для расчёта

Величина	Значение
Давление воздуха перед компрессором	p1 = 0,95 бар
Температура воздуха перед компрессором	t1 =15оС
Степень повышения давления в компрессоре	в =8
Температура продуктов сгорания перед турбиной	t3 = 980оС
Низшая рабочая теплота сгорания топлива	Qнр = 40*103 кДж/кг
Мощность установки	N = 18 МВт
Внутренний относительный КПД турбины	oiт = 0,88
Внутренний относительный КПД компрессора	oiк = 0,86

1.2 Перечень основных обозначений

с - теплоемкость, кДж/(кг·К);

l - удельная работа, кДж/кг;

p - давление, Па;

q -удельное количество теплоты, кДж/кг;

s - энтропия, кДж/(кг·К);

t - температура, оС;

v - удельный объем, м3/кг;

Bт - расход топлива, кг/с;

М - расход рабочего тела, кг/с;

N - мощность, Вт;

Q - полное количество теплоты, кДж;

з - коэффициент полезного действия (КПД)



2. Расчёт циклов ГТУ

установка газотурбинный компрессор цикл

2.1 Расчёт теоретического цикла

Определим параметры рабочего тела в узловых точках цикла

Определим газовую постоянную, массовые теплоёмкости и показатель адиабаты

R=8314/м=8314/28.97=287 Дж/(кг*К) газовая постоянная

м=28,97 кг/моль- молекулярная масса воздуха

Cv= мCv/м=20,79/28,97=0,72 кДж/(кг*К) массовая теплоёмкость при v=const

мCv=20,79 кДж/(молль*К) моллярная теплоёмкость при v=const

Cp= мCp/м=29,1/28,97=1,004 кДж/(кг*К) массовая теплоёмкость при р=const

мCр=20,79 кДж/(молль*К) моллярная теплоёмкость при р=const

k=1,4 показатель адиабаты для воздуха

Рис. 1. Схема ГТУ с подводом теплоты при p = const

Определим параметры рабочего тела в точке 1

Из уравнения состояния идеального газа p1*v1=R*T1 отсюда v1= R*T1/ p1

v1=287*288/0,95*105=0,87 м3/кг начальный удельный объем воздуха

p1=0,95 бар=0,95*105 Па начальное давление воздуха согласно данных задачи

T1=273K+15°C=288K начальная температура воздуха

S1=Cp*ln(T1/T0)-R*ln(P1/P0)=1004*ln(288/273)-287*ln(0,95/1,013)=0,072 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 2

Степень повышения давления в=р2/р1 отсюда р2= р1*в

р2=0,95*105*8=7,6 бар=7,6*105 Па давление воздуха в точке 2

Процесс сжатия воздуха в компрессоре считается адиабатным , следовательно

р2/р1=(v1/v2)k отсюда v2= v1*(р1/р2)1/k= v1*(1/в)1/k

v2=0,87*(1/8)1/1,4=0,1969 м3/кг удельный объем воздуха в точке 2

Найдём температуру Т2 из уравнения состояния идеального газа p2*v2=R*T2 отсюда

T2= p2*v2/R

T2=7,6*105*0,1969/287=521,4К температура воздуха в точке 2

S2=Cp*ln(T2/T0)-R*ln(P2/P0)=1004*ln(521.4/273)-287*ln(7,6/1,013)=0,071 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 3

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р3 = р2=7,6 бар=7,6*105 Па давление рабочего тела в точке 3

T3=273K+980°C=1253K температура продуктов сгорания в точке 3

Из уравнения состояния идеального газа p3*v3=R*T3 отсюда v3= R*T3/ p3

v3=287*1253/7,6*105=0,4731 м3/кг удельный объем воздуха в точке 3

S3=Cp*ln(T3/T0)-R*ln(P3/P0)=1004*ln(1253/273)-287*ln(7,6/1,013)=0,956 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 4

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р4 = р1=0,95 бар=0,95*105 Па давление рабочего тела в точке 4

Значение удельного объёма v4 найдём из уравнения адиабатного процесса расширения

р4/р3=(v3/v4)k отсюда v4= v3*(р3/р4)1/k

v4=0,4731*(7,6/0,95)1/1,4=2,0893 м3/кг удельный объем рабочего тела в точке 4

Найдём температуру Т4 из уравнения состояния идеального газа p4*v4=R*T4 отсюда

T4= p4*v4/R

T4=0,95*105*2,0893/287=691,6К температура рабочего тела в точке 4

S4=Cp*ln(T4/T0)-R*ln(P4/P0)=1004*ln(691,6/273)-287*ln(0,95/1,013)=0,952 кДж/(кг*К)

Рис. 2. p-v диаграмма цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const:

1-2- адиабатное сжатие рабочего тела;

2-3 - изобарный подвод теплоты (горение топлива);

3-4 - адиабатное расширение;

4-1 - изобарный отвод теплоты (с выхлопом продуктов сгорания в окружающую среду)

Рис. 3. T-S диаграмма цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const:

1-2- адиабатное сжатие рабочего тела;

2-3 - изобарный подвод теплоты (горение топлива);

3-4 - адиабатное расширение;

4-1 - изобарный отвод теплоты (с выхлопом продуктов сгорания в окружающую среду)

Определим удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведённой и отведённой теплоты

Определим удельное количество подведённой и отведённой теплоты

q1=Cp*(T3-T2)=1,004*(1253-521,4)=734,53 кДж/кг удельное количество подведённой теплоты

q2=Cp*(T4-T1)=1,004*(691,6-288)=405,21 кДж/кг удельное количество отведённой теплоты

Определим удельную работу компрессора и турбины

IТ= Cp*(T3-T4)=1,004*(1253-691,6)=563,65 кДж/кг удельная работа турбины

IК= Cp*(T2-T1)=1,004*(521,4-288)=234,33 кДж/кг удельная работа компрессора

Определим полезную работу цикла. Термический (внутренний) КПД цикла.

l0=q1-q2= IТ-IК=737,53-405,21=563,65-234,33=329,32 кДж/кг удельная полезная работа цикла

Юt=l0/q1=329,32/734,53=0,4483 термический (внутренний) КПД цикла

Определим расходы рабочего тела и топлива.

?=N/l0=18*103/329,32=54,658 кг/с расход рабочего тела

ВТ= ?* q1/ Qнр =54,658*734,53/40*103=1,004 кг/с расход топлива

Таблица параметров теоретического цикла ГТУ

№	Р, бар	v, м3/кг	T, К	S, кДж/(кг*К)
1	0,95	0,87	288	0,072
2	7,6	0,1969	521,4	0,071
3	7,6	0,4731	1253	0,956
4	0,95	2,0893	691,6	0,952

2.2 Расчёт теоретического цикла с предельной регенерацией

Определим параметры рабочего тела в узловых точках цикла

Определим параметры рабочего тела в точке 1

Из уравнения состояния идеального газа p1*v1=R*T1 отсюда v1= R*T1/ p1

v1=287*288/0,95*105=0,87 м3/кг начальный удельный объем воздуха

p1=0,95 бар=0,95*105 Па начальное давление воздуха согласно данных задачи

T1=273K+15°C=288K начальная температура воздуха

S1=Cp*ln(T1/T0)-R*ln(P1/P0)=1004*ln(288/273)-287*ln(0,95/1,013)=0,072 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 2

Степень повышения давления в=р2/р1 отсюда р2= р1*в

р2=0,95*105*8=7,6 бар=7,6*105 Па давление воздуха в точке 2

Процесс сжатия воздуха в компрессоре считается адиабатным , следовательно

р2/р1=(v1/v2)k отсюда v2= v1*(р1/р2)1/k= v1*(1/в)1/k

v2=0,87*(1/8)1/1,4=0,1969 м3/кг удельный объем воздуха в точке 2

Найдём температуру Т2 из уравнения состояния идеального газа p2*v2=R*T2 отсюда

T2= p2*v2/R

T2=7,6*105*0,1969/287=521,4К температура воздуха в точке 2

S2=Cp*ln(T2/T0)-R*ln(P2/P0)=1004*ln(521.4/273)-287*ln(7,6/1,013)=0,071 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке а

В случае предельной регенерации теплоты степень регенерации теплоты у=1 Та=Т4

Tа=691,6К температура рабочего тела в точке а

Так как воздух поступает в камеру сгорания при p = const, то давление Ра=Р2=Р3

Ра= 7,6*105 Па давление воздуха в точке а

Из уравнения состояния идеального газа pа*vа=R*Tа отсюда vа= R*Tа/ pа

vа=287*691,6/7,6*105=0,2612 м3/кг удельный объем воздуха в точке а

Sа=Cp*ln(Tа/T0)-R*ln(Pа/P0)=1004*ln(691,6/273)-287*ln(7,6/1,013)=0,355 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 3

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р3 = р2=7,6 бар=7,6*105 Па давление рабочего тела в точке 3

T3=273K+980°C=1253K температура продуктов сгорания в точке 3

Из уравнения состояния идеального газа p3*v3=R*T3 отсюда v3= R*T3/ p3

v3=287*1253/7,6*105=0,4731 м3/кг удельный объем воздуха в точке 3

S3=Cp*ln(T3/T0)-R*ln(P3/P0)=1004*ln(1253/273)-287*ln(7,6/1,013)=0,956 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 4

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р4 = р1=0,95 бар=0,95*105 Па давление рабочего тела в точке 4

Значение удельного объёма v4 найдём из уравнения адиабатного процесса расширения

р4/р3=(v3/v4)k отсюда v4= v3*(р3/р4)1/k

v4=0,4731*(7,6/0,95)1/1,4=2,0893 м3/кг удельный объем рабочего тела в точке 4

Найдём температуру Т4 из уравнения состояния идеального газа p4*v4=R*T4 отсюда

T4= p4*v4/R

T4=0,95*105*2,0893/287=691,6К температура рабочего тела в точке 4

S4=Cp*ln(T4/T0)-R*ln(P4/P0)=1004*ln(691,6/273)-287*ln(0,95/1,013)=0,952 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке b

В случае предельной регенерации теплоты степень регенерации теплоты у=1 Тb=Т2

Tb=521,4К температура рабочего тела в точке b

Так как рабочее тело выбрасывается в окружающую среду то давление Рb=Р1

Рb= 0,95*105 Па давление рабочего тела в точке b

Из уравнения состояния идеального газа pЬ*vЬ=R*TЬ отсюда vЬ= R*TЬ/ pЬ

vЬ=287*521,4/0,95*105=1,57 м3/кг удельный объем воздуха в точке b

Sь=Cp*ln(Tь/T0)-R*ln(Pь/P0)=1004*ln(521,4/273)-287*ln(0,95/1,013)=0,668 кДж/(кг*К)

Рис. 4. Схема установки с регенерацией теплоты при p = const

Рис. 5. p-v диаграмма цикла ГТУ с регенерацией теплоты с подводом теплоты при p = const:

Рис. 6. T-S диаграмма цикла ГТУ с регенерацией теплоты с подводом теплоты при p = const



Определим удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведённой и отведённой теплоты

Определим удельное количество подведённой и отведённой теплоты

q1р=Cp*(T3-Tа)=1,004*(1253-691,6)=563,65 кДж/кг удельное количество подведённой теплоты

q2р=Cp*(TЬ-T1)=1,004*(521,4-288)=234,33 кДж/кг удельное количество отведённой теплоты

IТр= Cp*(T3-T4)=1,004*(1253-691,6)=563,65 кДж/кг удельная работа турбины

IКр= Cp*(T2-T1)=1,004*(521,4-288)=234,33 кДж/кг удельная работа компрессора

Определим полезную работу цикла. Термический (внутренний) КПД цикла

l0р=q1р-q2р= IТ-IК=563,65-234,33=329,32 кДж/кг удельная полезная работа цикла

Юtp=l0р/q1р=329,32/563,65=0,58 термический (внутренний) КПД цикла

Определим расходы рабочего тела и топлива.

?р=N/l0р=18*103/329,32=54,66 кг/с расход рабочего тела

ВТ= ?р* q1р/ Qнр =54,658*563,65/40*103=0,77 кг/с расход топлива

Таблица параметров теоретического цикла с полной регенерацией ГТУ

№	Р, бар	v, м3/кг	T, К	S
1	0,95	0,87	288	0,072
2	7,6	0,1969	521,4	0,071
3	7,6	0,4731	1253	0,956
4	0,95	2,0893	691,6	0,952
а	7,6	0,2612	691,6	0,355
ь	0,95	1,57	521,4	0,668



2.3 Расчёт действительного цикла

Определим параметры рабочего тела в узловых точках цикла

Реальные (действительные) процессы в турбине и компрессоре являются необратимыми и, в соответствии со вторым законом термодинамики, идут с возрастанием энтропии. Потери из-за необратимости процессов сжатия в компрессоре и расширения в турбине оцениваются значениями внутренних относительных КПД компрессора и турбины oiк и oiт. Соответственно температуры в точках 2 и 4 реального цикла будут отличаться от температур в этих точках теоретического цикла.

Определим температуры в точках 2Д и 4Д из значений внутренних относительных КПД компрессора и турбины oiк и oiт

oiк= IК/IКД=0,86 отсюда IКД=IК/oiк=234,33/0,86=272,48 кДж/кг удельная работа компрессора в действительном цикле

oiт= Iтд/Iт=0,88 отсюда IтД= Iт*oiт=563,65*0,88=496,012 кДж/кг удельная работа турбины в действительном цикле

Из формулы

IКД= Cp*(T2Д-T1)=272,48 кДж/кг отсюда T2Д=( IКД+ Cp*T1)/ Cp

T2Д=(272,48+1,004*288)/1,004=559,39К температура воздуха в точке 2Д

Из формулы

IтД= Cp*(T3-T4Д)=496,012 кДж/кг отсюда T4Д=(Cp*T3-IтД)/ Cp

T4Д=(1,004*1253-496,012)/1,004=758,96К температура рабочего тела в точке 4Д

Определим параметры рабочего тела в точке 1

Из уравнения состояния идеального газа p1*v1=R*T1 отсюда v1= R*T1/ p1

v1=287*288/0,95*105=0,87 м3/кг начальный удельный объем воздуха

p1=0,95 бар=0,95*105 Па начальное давление воздуха согласно данных задачи

T1=273K+15°C=288K начальная температура воздуха

S1=Cp*ln(T1/T0)-R*ln(P1/P0)=1004*ln(288/273)-287*ln(0,95/1,013)=0,072 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 2Д

T2Д=559,39К температура воздуха в точке 2Д

Степень повышения давления в=р2/р1 отсюда р2= р1*в

р2Д=0,95*105*8=7,6 бар=7,6*105 Па давление воздуха в точке 2Д

Найдём удельный объём воздуха v2Д из уравнения состояния идеального газа

p2Д*v2Д=R*T2Д отсюда v2Д= Т2Д*R/p2Д

v2Д =(559,39*287)/7,6*105=0,2112 м3/кг удельный объем воздуха в точке 2Д

S2д=Cp*ln(T2д/T0)-R*ln(P2д/P0)=1004*ln(559,39/273)-287*ln(7,6/1,013)=0,142 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 3

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р3 = р2=7,6 бар=7,6*105 Па давление рабочего тела в точке 3

T3=273K+980°C=1253K температура продуктов сгорания в точке 3

Из уравнения состояния идеального газа p3*v3=R*T3 отсюда v3= R*T3/ p3

v3=287*1253/7,6*105=0,4731 м3/кг удельный объем воздуха в точке 3

S3=Cp*ln(T3/T0)-R*ln(P3/P0)=1004*ln(1253/273)-287*ln(7,6/1,013)=0,956 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 4Д

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р4Д = р1=0,95 бар=0,95*105 Па давление рабочего тела в точке 4Д

T4Д=758,96К температура рабочего тела в точке 4Д

Найдём удельный объём воздуха v4Д из уравнения состояния идеального газа

p4Д*v4Д=R*T4Д отсюда v4Д= Т4Д*R/p4Д

v4Д =(758,96*287)/0,95*105=2,29 м3/кг удельный объем воздуха в точке 4Д

S4д=Cp*ln(T4д/T0)-R*ln(P4д/P0)=1004*ln(758,96/273)-287*ln(0,95/1,013)=1,044 кДж/(кг*К)

Рис. 7. p-v диаграмма действительного цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const.

Рис. 8 p-v диаграмма действительного цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const

Определим удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведённой и отведённой теплоты

Определим удельное количество подведённой и отведённой теплоты.

q1Д=Cp*(T3-T2Д)=1,004*(1253-559,39)=696,38 кДж/кг удельное количество подведённой теплоты

q2Д=Cp*(T4Д-T1)=1,004*(758,96-288)=472,85 кДж/кг удельное количество отведённой теплоты

Определим удельную работу компрессора и турбины

IКД= Cp*(T2Д-T1)=1,004*(559,39-288)=272,48 кДж/кг удельная работа компрессора

IтД= Cp*(T3-T4Д)=1,004(1253-758,96)=496,01 кДж/кг удельная работа турбины

Определим полезную работу цикла. Термический (внутренний) КПД цикла.

l0Д=q1Д-q2Д=IТД-IКД=696,38-472,85=496,01-272,48=223,53 кДж/кг удельная полезная работа цикла

ЮtД=l0Д/q1Д=223,53/696,38=0,32 термический (внутренний) КПД цикла

Определим расходы рабочего тела и топлива.

?Д=N/l0Д=18*103/223,53=80,53 кг/с расход рабочего тела

ВТД= ?Д* q1Д/ Qнр =80,53*696,38/40*103=1,4 кг/с расход топлива

Таблица параметров действительного цикла ГТУ

№	Р, бар	v, м3/кг	T, К	S, кДж/(кг*К)
1	0,95	0,87	288	0,072
2д	7,6	0,2112	559,39	0,142
3	7,6	0,4731	1253	0,956
4д	0,95	2,29	758,96	1,044



2.4 Расчёт действительного цикла с предельной регенерацией

Определим параметры рабочего тела в узловых точках цикла

Определим параметры рабочего тела в точке 1

Из уравнения состояния идеального газа p1*v1=R*T1 отсюда v1= R*T1/ p1

v1=287*288/0,95*105=0,87 м3/кг начальный удельный объем воздуха

p1=0,95 бар=0,95*105 Па начальное давление воздуха согласно данных задачи

T1=273K+15°C=288K начальная температура воздуха

S1=Cp*ln(T1/T0)-R*ln(P1/P0)=1004*ln(288/273)-287*ln(0,95/1,013)=0,072 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 2Д

T2Д=559,39К температура воздуха в точке 2Д

Степень повышения давления в=р2/р1 отсюда р2= р1*в

р2Д=0,95*105*8=7,6 бар=7,6*105 Па давление воздуха в точке 2Д

Найдём удельный объём воздуха v2Д из уравнения состояния идеального газа

p2Д*v2Д=R*T2Д отсюда v2Д= Т2Д*R/p2Д

v2Д =(559,39*287)/7,6*105=0,2112 м3/кг удельный объем воздуха в точке 2Д

S2д=Cp*ln(T2д/T0)-R*ln(P2д/P0)=1004*ln(559,39/273)-287*ln(7,6/1,013)=0,142 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке а

В случае предельной регенерации теплоты степень регенерации теплоты у=1 Та=Т4Д

Tа=758,96К температура рабочего тела в точке а

Так как воздух поступает в камеру сгорания при p = const, то давление Ра=Р2Д=Р3

Ра= 7,6*105 Па давление воздуха в точке а

Из уравнения состояния идеального газа pа*vа=R*Tа отсюда vа= R*Tа/ pа

vа=287*758,96/7,6*105=0,2866 м3/кг удельный объем воздуха в точке а

Sа=Cp*ln(Tа/T0)-R*ln(Pа/P0)=1004*ln(758,96/273)-287*ln(7,6/1,013)=0,448 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 3

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р3 = р2=7,6 бар=7,6*105 Па давление рабочего тела в точке 3

T3=273K+980°C=1253K температура продуктов сгорания в точке 3

Из уравнения состояния идеального газа p3*v3=R*T3 отсюда v3= R*T3/ p3

v3=287*1253/7,6*105=0,4731 м3/кг удельный объем воздуха в точке 3

S3=Cp*ln(T3/T0)-R*ln(P3/P0)=1004*ln(1253/273)-287*ln(7,6/1,013)=0,956 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке 4Д

Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому

р4Д = р1=0,95 бар=0,95*105 Па давление рабочего тела в точке 4Д

T4Д=758,96К температура рабочего тела в точке 4Д

Найдём удельный объём воздуха v4Д из уравнения состояния идеального газа

p4Д*v4Д=R*T4Д отсюда v4Д= Т4Д*R/p4Д

v4Д =(758,96*287)/0,95*105=2,29 м3/кг удельный объем воздуха в точке 4Д

S4д=Cp*ln(T4д/T0)-R*ln(P4д/P0)=1004*ln(758,96/273)-287*ln(0,95/1,013)=1,044 кДж/(кг*К)

Определим параметры рабочего тела в точке b

В случае предельной регенерации теплоты степень регенерации теплоты у=1 Тb=Т2Д

Tb=559,39К температура рабочего тела в точке b

Так как рабочее тело выбрасывается в окружающую среду то давление Рb=Р1

Рb= 0,95*105 Па давление рабочего тела в точке b

Из уравнения состояния идеального газа pЬ*vЬ=R*TЬ отсюда vЬ= R*TЬ/ pЬ

vЬ=287*559,39/0,95*105=1,69 м3/кг удельный объем воздуха в точке b

Sь=Cp*ln(Tь/T0)-R*ln(Pь/P0)=1004*ln(559,39/273)-287*ln(0,95/1,013)=0,739 кДж/(кг*К)

Рис. 9. p-v диаграмма действительного цикла ГТУ с предельной регенерацией с подводом теплоты при p = const.

Рис. 10. T-S диаграмма действительного цикла ГТУ с предельной регенерацией с подводом теплоты при p = const

Определим удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведённой и отведённой теплоты

Определим удельное количество подведённой и отведённой теплоты

q1рд=Cp*(T3-Tа)=1,004*(1253-758,,96)=496,02 кДж/кг удельное количество подведённой теплоты

q2рд=Cp*(TЬ-T1)=1,004*(559,39-288)=272,48 кДж/кг удельное количество отведённой теплоты

IТрд= Cp*(T3-T4Д)=1,004*(1253-758,96)=496,02 кДж/кг удельная работа турбины

IКрд= Cp*(T2Д-T1)=1,004*(559,39-288)=272,48 кДж/кг удельная работа компрессора

Определим полезную работу цикла. Термический (внутренний) КПД цикла

l0рд=q1рд-q2рд= IТрд-IКрд=496,02-272,48=223,54 кДж/кг удельная полезная работа цикла

Юtpд=l0/q1рд=223,54/496,02=0,45 термический (внутренний) КПД цикла

Определим расходы рабочего тела и топлива.

?рд=N/l0рд=18*103/272,48=66,06 кг/с расход рабочего тела

ВТрд= ?* q1рд/ Qнр =66,06*640,51/40*103=1,06 кг/с расход топлива

Таблица параметров теоретического цикла с полной регенерацией ГТУ

№	Р, бар	v, м3/кг	T, К	S
1	0,95	0,87	288	0,072
2д	7,6	0,2112	559,39	0,142
3	7,6	0,4731	1253	0,956
4д	0,95	2,29	758,96	1,044
а	7,6	0,2866	758,96	0,448
ь	0,95	1,69	559,39	0,739



3. Сводная таблица параметров циклов ГТУ

Тип цикла Вели- чина	Теоретический цикл	Теоретический цикл с предельной регенерацией	Действительный цикл	Действительный цикл с предельной регенерацией
Юt	0,4465	0,58	0,32	0,45
?,кг/с	54,658	54,66	80,57	66,06
ВТ, кг/с	1,008	0,77	1,4	1,06



Список литературы

1. Островская А.В. Расчёт циклов газотурбинных установок : методические указания Екатеринбург : УрФУ, 2013. - 21 с.

2. Островская А.В. Техническая термодинамика : учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 2 / А.В. Островская, Е.М. Толмачев, В.С. Белоусов, С.А. Нейская. Екатеринбург : УрФУ, 2010. - 106 с.

3.Техническая термодинамика и теплопередача: учеб. пособие Проф. В. В. Нащокин : Москва Высшая школа 1975 - 496 с.

Размещено на Allbest.ru