4.4 Свойства газа (рабочего тела)

Анализ до сих пор, и в большинстве случаев до изучения 10 темы, позволяет обращаться с рабочим телом в газовой турбине как с идеальным газом, с теми же свойствами, что и у воздуха при стандартных условиях. Такая замена принята для упрощения процесса анализа насколько это возможно и не противоречит нашим рассуждениям. Однако, в более детальном анализе технического проекта с газом обращались как с полуидеальным, а так же были учтены продукты сгорания, присутствующие в потоке через турбину. В заменённом полуидеальном газе C_P, R, и - функции от температуры и состава, но не от давления. Это допущение не противоречит главному уравнению состояния газа . Как обсуждено более подробно в теме 11, R фактически не зависит от температуры и свойств газа по всей газовой турбине, и может быть принято постоянным и равным 0.287 кДж / кг ∙ К. Определение удельной теплоёмкости может быть получено из уравнения .

В таблице 4.1 сравниваются результаты упражнения 4.3 ,основанные на газе с k = 1.40 и C_P = 1.005 кДж / кг ∙ К, с результатами для тех же отношений давлений компрессора и температур на входе в турбину, но использующими точные значения для k и C_P, основанные на местной температуре и свойствах газа. Более точно вычислен коэффициент массового расхода топлива добавленного к выхлопному газу (в заголовке «Переменная k»). В колонках представлена полная эффективность цикла и работа, затраченная на единицу массы воздуха в двигателе.

Таблица 4.1- сравнение эффективности цикла и работы

Номер упражнения:	T2 ,(K):	T4 ,(K):	ηC = ηt:	P3 / P2:	P2, (Бар):	k = 1.40:		Переменная k:
						ηСУ:	Wnet (кДж/кг):	ηСУ:	Wnet (кДж/кг):
4.3 a	288	1 700	0.90	45	1.00	0.492	387	0.477	496
4.3 b	308	1 700	0.90	45	1.00	0.475	342	0.466	454
4.3 c	259.5	1 575	0.90	45	0.46	0.498	374	0.485	466
4.3 d	259.5	1 450	0.90	40	0.46	0.478	313	0.469	387
4.3 e	259.5	1 450	0.90	35	0.46	0.475	326	0.464	397
4.3 f	259.5	1 450	0.85	40	0.46	0.375	234	0.385	305

Из таблицы видно, что при замене свойств газа цикл ничуть не уступает идеальному по оценкам эффективности. С постоянным значением к, однако, работа цикла недооценена на 20 %, при замене рабочего тела расчёт приобретает более реалистичный вид. Есть возможность улучшения газовой модели с сохранением первоначальных свойств, при наличии различных величин C_P для компрессора и турбины (намного выгоднее для потока в турбине будет использование приближённого значения C_P = 1.244 кДж / кг и k = 1.3). Массовый расход через турбину должен быть на 2 % больше чем через компрессор из-за наличия топлива, но должен быть учтён эффект падения давления в камере сгорания в процессе повышения температуры. В связи с этим тема 20 повторно обратится к этой проблеме.

В модели не учитывались охлаждающие потоки (которые могут отбирать до 20 % воздуха, пропускаемого компрессором). Для случая с самолётом, воздух должен пройти компрессор, чтобы герметизировать кабину и участвовать в удалении льда с крыла и гондолы, кроме того, от двигателя отбираются электрическая и гидравлическая мощность. Также пренебрегают возможным падением давления в камере сгорания (не исключено падение до 5 % местного давления). Наконец, 90 % изоэнтропическая эффективность для компрессора и турбины, используемая при проектных вычислениях, является приближённой, и эти показатели достигнуть невозможно.