Задание. Рассчитать идеальный цикл ГТД тягой R при полете с числом М за время ф (час) по заданной высоте Н при температуре Т 3 газа перед турбиной. Исходные данные приведены в табл.1, 2, 3, 4, 5. Масса воздуха G = 1 кг. Топливо - Т-1.

Таблица 4 - Молярная масса и мольная теплоемкость воздушной смеси

• Авиационный газотурбинный двигатель 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. Современные инструментальные средства технической подготовки производства, инженерного анализа обладают широкими возможностями, но не всегда способны обеспечить решение всего круга практических задач, возникающих в течении жизненного цикла изделий. Весьма опасным является также не вполне квалифицированное использование современных средств инженерного анализа, способного дать ненадежные результаты, которые в дальнейшем будут воплощены в конструкции, в технологии.

1.1 Предварительный расчет состава воздуха

Расчёт массовых и мольных долей компонентов и теплоёмкости производится для воздуха, потребляемого двигателем самолёта на высоте полёта Н = 6000 м.

При постоянном давлении, используя формулу:

,

С_сN2= 1024

С_сO2= 868

С_сCO2= 650

С_сH2O= 1825

При постоянном объеме:

С_vN2=727

С_vO2=609

С_vCO2=461

С_vH2O=1363

_{; ;}

для газовой смеси:

_i ();

µ_N2=

µ_O2=

µ_CO2=

µ_H2O=

G_{воздуха}=1 кг; µ_{воздуха}=28,7597;

М _{0,1кг возд} = = ?М_i=0,0348 кмоль;

М_i=r_i •? М_i;

M_N2=0,7531 •0,0348=0,027 кмоль;

M_O2=0,2251• 0,0348=0,0071 кмоль;

М_CO2=0,0115•0,0348=0,0001 кмоль;

М_H2O=0,01035•0,0348=0,0004 кмоль;

G_i = µ_i • M_i g_i =

G_N2=0,027•27,9943=0,7572 кг g_N2=0,7572

G_O2=0,0071•31,9781=0,2295 кг g_O2= 0,2295

G_CO2=0,0001•43,991=0,0053 кг g_CO2=0,0053

G_H2O=0,0004•18,0354=0,0078 кг g_H2O= 0,0078

Рассчитаем изобарную теплоемкость:

.

изохорную теплоемкость:

.

Тогда показатель адиабаты:

.

1.2 Определение оптимальной степени сжатия в компрессоре

Для заданного числа М полета оптимальное значение можно получить аналитически из условия, что при его значении полезная работа цикла ГТД наибольшая. Решение сводится к отысканию максимума функции:

.

Этот максимум в идеальном цикле достигается при значении:

.

1.3 Определение коэффициента избытка воздуха для заданного вида топлива

Основано на обеспечении заданной температуры перед турбиной.

Для расчета примем соотношение для данного вида топлива :

,

где n=6,8, m=13,3

;

;

Коэффициент избытка воздуха определяется по формуле:

Промежуточные расчеты:

;

;

Коэффициент избытка воздуха:

1.4 Расчет основных параметров состояния рабочего тела в узловых точках цикла ГТД

Массы продуктов сгорания:

Теплоемкости рабочей смеси:

.

.

Газовая постоянная:

.

.

Результаты расчета сведем в Таблицы 5 и 6:

Таблица 5 - Параметры воздуха и смеси

Таблица 6 - Характеристики рабочего тела в цикле ГТД

Внутренняя энергия в процессе:

;

.

.

.

.

.

.

Изменение энтальпии в процессе:

;

.

.

.

.

.

.

Изменение энтропии в процессе:

;

;

;

.

;

;

.

.

Расчёт теплоты процессов и тепла за цикл:

.

.

.

.

.

Теплота цикла:

.

Расчет работы процессов и работы за цикл:

- работа сжатия газа в диффузоре;

- работа сжатия газа в компрессоре;

- работа подвода тепла к рабочему телу;

.

- работа расширения газа на турбине;

- работа реактивного сопла ГТД;

Работа цикла:

.

Результаты расчета сводятся в таблицу 7:

Таблица 7 - Основные параметры состояния рабочего тела в узловых точках цикла, изменение калорических параметров в процессах и за весь цикл идеального ГТД

2.3 Определение параметров состояния в промежуточных точках

скорость набегающего потока:

.

скорость истечения газа из сопла:

.

удельная тяга двигателя:

.

секундный расход воздуха:

.

масса двигателя:

кг.

масса топлива, сгорающего в 1 кг воздуха:

.

суммарная масса топлива за время полёта:

.

термический коэффициент полезного действия ГТД:

.

термический коэффициент полезного действия ГТД по циклу Карно:

Характеристики ГТД заносим в Таблицу 9.

Таблица 9 - Энергетические характеристики идеального ГТД

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 использованной литературы

1. Мухачев Г.А., Щукин В.Е. Термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1991 г. - 400 с.

2. Кирилин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М: Энергоатомиздат, 1983 г. - 416 с.

3. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче/Под редакцией Б.Н. Юдаева. М.: Высшая школа, 1968 г. - 372 с.

4. Требования к оформлению учебных текстовых документов: Метод. указания/ Сост. В.Н. Белозерцев, В.В. Бирюк, А.П. Толстоногов/ Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1988. - 29 с.

5. Белозерцев В.Н., Бирюк В.В., Толстоногов А.П. Методические указания по оформлению пояснительной записки к курсовой работе (проекту)/ Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1987. - 16 с.

6. Меркулов А.П. Техническая термодинамика: Конспект лекций/ Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1990. - 235 с.

7. Толстоногов А.П. Техническая термодинамика: Конспект лекций/ Куйбышев. авиац. ин-т. Куйбышев, 1990. - 100 с.

Размещено на Allbest.ru