РАСЧЕТ СОСТАВА РАБОЧЕГО ТЕЛА

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ЗАДАНИЕ

Рассчитать идеальный цикл ГТД тягой R при полете с числом М за время τ (час) по заданной высоте Н при температуре Т₃ газа перед турбиной. Исходные данные приведены в табл.1, 2, 3, 4, 5. Масса воздуха G = 1 кг. Топливо – керосин Т.

Таблица 1- Исходные данные

Высота полета H, м	Число М	Время t, ч	Температура Т, К	Тяга R, Н
	2,3

Таблица 2- Данные МСА

Н, м	Т₀, К	Р₀, Н/м²	ρ,кг/м³	µ×10⁵, Н×с/м³
	216,8		0,365	1,42

Таблица 3- Состав топлива

Марка керосина	Химическая формула	Содержание серы и влаги, %	Плотность при 20ºС	Низшая теплота сгорания Н_u, кДж/кг
Т	СH_1,96	̶	0,8

Таблица 4 - Содержание компонентов воздуха

	N₂	O₂	CO₂	H₂O
,кг	0,7721	0,2023	0,0091	0,0181

Таблица 5- Молярная масса воздушной смеси

Компонент	µ, кг/кмоль
N₂
O₂
CO₂
H₂O

РЕФЕРАТ

Курсовая работа: 25 страниц, 9 таблиц, 2 рисунка, 7 источников, приложения - 2 графика А4

АДИАБАТНЫЙ ПРОЦЕСС, УНИВЕРСАЛЬНАЯ ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ, ИЗОБАРНЫЙ ПРОЦЕСС, ЭНТАЛЬПИЯ, ЭНТРОПИЯ, ТЕПЛОЕМКОСТЬ, ЦИКЛ ГТД, ТЕПЛОТА, ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ.

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. Вычислен потребный коэффициент избытка воздуха a в камере сгорания. 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. Результаты расчетов сведены в таблицы.

Рассчитаны параметры состояния в характерных и нескольких промежуточных точках идеализированного цикла ГТД, определены изменения внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоты, удельные работы процессов и за цикл. Изображен идеальный цикл в p-v и T-S координатах. Рассчитаны энергетические характеристики ГТД.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1 Расчет состава рабочего тела цикла. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1 Предварительный расчет состава воздуха. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2 Определение оптимальной степени сжатия в компрессоре. . . . . . . . . . . 9

1.3 Определение коэффициента избытка воздуха. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4 Расчет состава продуктов сгорания и рабочей смеси. . . . . . . . . . . . . . . 10

2 Расчет параметров состояния рабочего тела и энергетических

характеристик двигателя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1 Расчет параметров состояния в характерных точках цикла. . . . . . . . . .13

3 Определение калорических величин цикла ГТД. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1 Определение изменений калорических величин в процессах цикла. . .15

3.2 Расчет теплоты процессов и тепла за цикл. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.3 Расчет работы процесса и работы за цикл. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4 Расчет параметров состояния рабочего тела в промежуточных

точках процессов сжатия и расширения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

4.1 Расчет для процессов, изображаемых в P-V-координатах. . . . . . . . . . .17

4.2 Расчет для процессов, изображаемых в T-S-координатах. . . . . . . . . . . 18

5 Расчет энергетических характеристик ГТД. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6 Определение работы цикла графическим путем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

Список использованных источников. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

Приложение А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Условные обозначения и индексы.

C₀ — скорость набегающего потока, м/с

C₅ — скорость истечения газа, м/с

C_p — изобарная теплоемкость, Дж/кг×К

C_v — 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

R_уд — удельная тяга двигателя, м/с

L — удельная работа;

S — энтропия, Дж/кг

T — температура, К

U — внутренняя энергия, Дж/кг

v — удельный объем, м³/кг

a — коэффициент избытка воздуха

D — изменение параметра

h_t — термический к. п. д., %

r₀ — плотность воздуха, кг/м³

t — время, ч

¢ — параметр (характеристика) относится к воздуху

¢¢ — параметр (характеристика) относится к продуктам сгорания

opt – оптимальный;

i – номер компонента, процесса;

ц – цикл;

к – компрессор;

ВВЕДЕНИЕ

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 находится в эксплуатации и выпускаться, проверенные временем и доведенные на основе анализа результатов практического использования до высокого уровня совершенства ряд моделей сформировали большой объем практической информации.

Циклы ГТД подразделяются на две основные группы: с подводом тепла при p=const и с подводом тепла при v=const.

Предварительный расчёт состава воздуха

Расчёт массовых и мольных долей компонентов и теплоёмкости производится для воздуха, потребляемого двигателем самолёта на высоте полёта Н = 600м.

Найдем удельные газовые постоянные для каждого компонента по формуле:

, где R_m=8,314 кДж/моль×К

;

Изохорные теплоемкости компонентов:

;

Изобарные теплоемкости компонентов:

Рассчитаем массовые доли по формуле:

Обозначим как – молекулярная масса смеси:

Рассчитаем количество вещества:

Для газовой смеси определим

изобарную теплоемкость:

изохорную теплоемкость:

показатель адиабаты:

;

В компрессоре ГТД

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

Подставив исходные и рассчитанные в разделе 1.1 значения в формулу , получим:

Тогда: .

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 )

Приложение А

Диаграммы идеальных циклов ГТД

Рисунок А.1 Рабочая диаграмма цикла ГТД в p-v координатах

Рисунок А.2 Тепловая диаграмма цикла ГТД в T-S координатах