5. Идеальные циклы в простейшей гту

При рассмотрении идеальных циклов приняты следующие допущения:

1. химический состав рабочего тела в течение всего цикла не изменяется: тем самым процесс сгорания топлива заменяется процессом подвода теплоты извне (при этом не рассматриваются, а значит и не учитываются потери, возникающие при горении топлива);

2. процессы тепло- и массообмена продуктов сгорания с окружающей средой заменены процессом отвода теплоты от рабочего тела;

3. процессы сжигания и расширения происходят адиабатно;

4. количество рабочего тела при протекании цикла не изменяется, поэтому не учитываются потери, возникающие при замене отработанных газов свежим воздухом;

5. теплоемкость рабочего тела не зависит от температуры (рабочим телом является идеальный газ).

6. Термодинамический цикл гту с подводом теплоты при постоянном давлении

При рассмотрении термодинамического цикла оперируют со следующими понятиями и определениями:

- степень повышения давления в адиабатическом процессе сжатия;

- степень сжатия;

- степень повышения температуры в цикле.

В координатах р-v (T-s) термодинамический цикл ГТУ при постоянном давлении имеет следующий вид (рис.3.4):

Рис. 3 4. Термодинамический цикл ГТУ с подводом тепла при постоянном давлении

1 - 2 - адиабатный (изоэнтропический) процесс сжатия в компрессоре;

2 - 3 - изобарный подвод теплоты в камере сгорания;

3 - 4 - адиабатный (изоэнтропический) процесс расширения в турбине;

4 - 1 - условный замыкающий процесс (изобарный отвод теплоты в окружающую среду).

В идеальной ГТУ, выполненной по простой тепловой схеме, принимается с_р=const ; k=const; p₃ /p₄ =p₂/p₁=.

Термический КПД

;

;

Для адиабатного (изоэнтропического) процесса 1-2 уравнение связи параметров имеет вид:

Для процесса 3-4:

k=1,60

K=1,35

Рис.3.5. Зависимость термического КПД ГТУ от свойств рабочего тела и степени повышения давления

- термический КПД цикла при P=const.

Термический КПД _t зависит от степени повышения давления и от свойств рабочего тела

6. Термодинамический цикл гту с подводом теплоты при постоянном объеме

Рис.3.6. Термодинамический цикл ГТУ с подводом теплоты при постоянном объеме

1 - 2 - адиабатный (изоэнтропический) процесс сжатия в компрессоре;

2 - 3 - изохорный подвод теплоты в камере сгорания;

3 - 4 - адиабатный (изоэнтропический) процесс расширения в турбине;

4 - 1 - условный изобарный замыкающий процесс - отвод теплоты в окружающую среду.

; ;

; ;

;

Для процесса 3-4:

Так как

Для изохорного процесса 2-3:

;

C учетом

- термический КПД цикла при V=const.

Т₃/Т₂ характеризует повышение температуры в изобарном процессе подвода теплоты в камере сгорания.

Рис.3.7. Зависимость термического КПД цикла от степени повышения температуры и давления

3.3.7. Сравнение идеальных циклов ГТУ

При сравнении различных циклов необходимо выбрать условия, при которых это сравнение проводится.

Такими условиями могут быть:

- равенство степеней повышения давления;

- равенство подведенной теплоты;

- и т.д.

В этом случае циклы могут быть представлены на T-s -диаграмме, с помощью которых можно произвести сравнение их площадей.

Рис.3.8. Сравнение тепловых циклов ГТУ

1)

2)

;

Т.к. T₃/T₂ > 0 , то

Разница и увеличивается по мере увеличения степени повышения давления.

Термодинамические преимущества цикла ГТУ с изохорным подводом тепла в значительной мере снижается за счет уменьшения КПД турбины.

Индикаторный КПД:

Рис.3.9. Зависимость термического КПД от степени повышения давления для различных циклов ГТУ