Kursach-moy
.docМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Кафедра теплотехники
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Термодинамика и теплопередача»
тема: «РАСЧЁТ И АНАЛИЗ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ»
Выполнил: студент 1 курса АКФ гр. АД-13бзу
Пыряев Данила Анатольевич
Проверил: доцент
Ошивалов Михаил Анатольевич
Пермь, 2014
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ………………………………………………………………………...4
-
Определение параметров рабочего тела …………………………………....5
-
Определение параметров состояния в характерных точках цикла.
Изменение в процессах внутренней энергии, энтальпии и энтропии ……8
-
Определение цикловой работы и термического коэффициента полезного действия ..........................................................................................................10
-
Изображение цикла на рабочей и тепловой диаграммах .................……..11
Заключение……………………………………………………………………..12
Список литературы…………………………………………………………….13
ВВЕДЕНИЕ
Курсовой работой по расчёту и анализу идеального цикла газотурбинных двигателей предусматривается выполнение следующих работ:
- проведение предварительных расчётов по определению параметров тела и цикла;
- определение параметров состояния P, ν и Т в характерных точках цикла, изменение в процессах внутренней энергии ∆u, энтальпии ∆i, энтропии ∆s;
- определение цикловой работы ℓц и термического коэффициента полезного действия (КПД) цикла ηt;
- изображение цикла в координатах P – ν и Т – s.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА
Расчёты по определению параметров рабочего тела проводят методом последовательных приближений, так как для расчета коэффициента избытка воздуха α нужно знать значение πс, а также значение показателя адиабаты k, зависящее от состава продуктов сгорания, т.е. опять же от значения α.
Задаемся показателем адиабаты k и теплоемкостью сp , близкими к соответствующим значениям для воздуха.
Зададимся: k = 1,36, сp = 1000
1. Теоретически количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива определим из условия полного сгорания углерода и водорода по формуле:
,
где С, Н, О – содержание соответственно углерода, водорода и кислорода в массовых долях.
2. Определим низшую теплоту сгорания топлива (по формуле Менделеева):
,
где С, Н, О – содержание соответственно углерода, водорода и кислорода, в процентах (%).
3. Определим степень повышения давления:
где М – скорость полета; М = 0
4. Тогда, общая степень повышения давления:
5. Определяем коэффициент избытка воздуха:
6. Найдем массовые доли продуктов сгорания:
- кислорода - ;
- азота - ;
- углекислого газа - ;
- водяных паров - ;
7. Рассчитаем значения теплоемкостей, показателя адиабаты и газовой постоянной при температурах t0 и t3 и находим среднюю.
При температуре t0 = 15 ºС:
для кислорода
для азота
для углекислого газа
для воды
При температуре t3 = 1077 ºС:
для кислорода
для азота
для углекислого газа
для воды
8. Найдем молекулярные массы компонентов газовой смеси (по таблице Менделеева):
9. Газовые постоянные компонентов смеси найдем по формуле:
для кислорода
для азота
для углекислого газа
для воды
10. Определяем удельную газовую постоянную рабочего тела:
11. Оценим погрешность определения показателя адиабаты k:
Найденное значение показателя адиабаты отличается от заданного менее чем на 2%, поэтому найденные параметры рабочего тела считаем истинными:
Усл.обозначение |
Наименование |
Значение |
R |
Удельная газовая постоянная |
288 |
Ср |
Удельная массовая изобарная теплоёмкость |
1077 |
Сv |
Удельная массовая изохорная теплоёмкость |
789 |
k |
Показатель адиабаты |
1,365 |
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ В ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧКАХ ЦИКЛА. ИЗМЕНЕНИЕ В ПРОЦЕССАХ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ, ЭНТАЛЬПИИ И ЭНТРОПИИ.
Параметры состояния рабочего тела в начальной точке цикла выбираются в зависимости от высоты полета h.
Давление после компрессора определяем по заданному или рассчитанному ранее значению степени повышения давления πс.
1. Удельный объем газа по найденным значениям давлений и температур находим из уравнения состояния:
точка «0»:
T0=223.2К; P0=101325Па
точка «2»:
точка «3»:
T3=1250К
P3 = P2 = 810600Па
точка «5»:
P5 = P0 = 101325Па
2. Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах:
процесс «0-2»:
процесс «2-3»:
процесс «3-5»:
процесс «5-0»:
3. Найдем начальное значение энтропии (при нормальных условиях)
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦИКЛОВОЙ РАБОТЫ И ТЕРМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
1. Количество подведенной теплоты:
2. Цикловая работа:
3. Термический КПД:
4. ИЗОБРАЖЕНИЕ ЦИКЛА НА РАБОЧЕЙ И ТЕПЛОВОЙ ДИАГРАММАХ
рабочая (P-ν) диаграмма
тепловая (Т-s) диаграмма
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе был проведён расчёт и анализ идеального цикла газотурбинного двигателя, результаты приведены в таблицах, построены рабочая и тепловая диаграммы и проведён расчёт энергетических характеристик цикла с политропным сжатием в диффузоре.
Параметры рабочего тела в точках цикла
|
Р, Па |
Т, К |
|
0 |
101325 |
223.2 |
8.186*10^-4 |
2 |
810600 |
499.397 |
1.774*10^-4 |
3 |
810600 |
1250 |
4.441*10^-4 |
5 |
101325 |
720.87 |
2.049*10^-3 |
Энергетические характеристики процессов цикла
|
|
|
|
0-2 |
166794 |
227677 |
0 |
2-3 |
592234 |
808408 |
988 |
3-5 |
-417490 |
-569879 |
0 |
5-0 |
-341539 |
-466206 |
-988 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Болгарский А.В. Сборник задач по термодинамике и теплопередаче / А.В. Болгарский. — М.: Высш. шк., 1972. — 304 с.
2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача / В.В. Нащокин. — М.: Высш. шк., 1980. — 468 с.
3. Расчёт и анализ идеального цикла газотурбинных двигателей: Метод. Указания к выполнению курсовой работы / Сост. М.А. Ошивалов, Т.А. Ульрих; Перм. гос. техн. ун-т. — Пермь, 2006. — 15 с.