3. Гту простой тепловой схемы. Схема и идеальный цикл гту простой тепловой схемы. Удельная работа цикла. Коэффициент полезного действия. Идеализация цикла с реальным рабочим телом

Г ТУ служит для превращения энергии теплоты в мех. работу. При этом рабочее тело совершает определенный термодинамический цикл, состоящий из ряда процессов, осуществляемых в различных узлах ГТУ. В ГТУ входят компрессор К, камера сгорания КС, турбина Т и узел нагрузки Н. КВОУ- комплексное воздухоочистительное устройство, в к-ом происходит очистка воздуха.

Идеальный цикл ГТУ, называемый циклом Брайтона, который мог бы быть осуществлен идеальным газом. НК – изоэнтропическое сжатие, КГ – подвод тепла при постоянном давлении, ГТ – расширение пара в турбине. Работа и теплота отнесены к 1 кг газа и называются удельными. Подведенное тепло q₁=S_1КГ21, отведенное тепло q₂=S_1НТ21, полезная работа цикла L_Ц=S_НКГТН=q₁-q₂. , Так как , и учитывая, что процессы изоэнтропических расширения и сжатия происходят между одинаковыми уровнями давлений и () и, следовательно,, то работа цикла может быть записана в виде

-степень подогрева в цикле, энт. атм. воздуха -

- выражение уд. полез. работы цикла показывает, что величины и являются основными параметрами рабочего процесса в цикле. Из выражения видно, что увеличение степени подогрева всегда приводит к росту работы цикла. Сущ-т оптимальное значение , при к-ом работа цикла будет максимальной. При - , при - , т.к. и не будет происходить подвода тепла.

, . Оптимальное значение при . Максимальная удельная работа цикла .

КПД идеального цикла (термич. КПД) показывает какая часть подведенной в цикле теплоты превращается в работу.

Термич. КПД зависит только от степени повышения давления в цикле и монотонно увеличивается с ростом . при .

Идеализация цикла с реальным рабочим телом. Для оценки степени совершенства двигателя и возможности улучшения его узлов правильнее сравнивать параметры реального двигателя с параметрами идеального цикла, которые определены с учетом действительных значений теплоемкости.

Штриховыми кривыми изображена работа цикла в предположении постоянной теплоемкости , а штрихпунктирными – в предположении постоянной теплоемкости . Сплошные кривые соответствуют работе, определенной по теплоемкости, рассчитанной в зависимости от состава и температуры газа с учетом диссоциации, наступающей при температуре , а пунктирные – с учетом еще и давления при . Влияние давления на теплоемкость характеризуется отклонением пунктирных кривых от сплошных.

Приведенные данные указывают, что параметры идеального цикла при переменной теплоемкости необходимо рассчитывать с учетом состава газа, температуры, давления и диссоциации, если идеальный цикл используется как для оценки степени совершенства действительной ГТУ.

-. Расчет процессов с реальным рабочим телом. Точные методы расчета. Приближенные методы расчета.

Точные методы расчета . Из термодинамики известно, что изменение теплоемкости зависит от t-ры и давл-я.

В расчетах можно не учитывать влияния давления при малых . зависит только от температуры.

В точных методах расчета ГТД используют энтропию: ,

отсюда изменение энтропии между двумя состояниями:

Наиболее точным методом расчета параметров ГТУ является определение работы и подводимой теплоты (при ) по разности энтальпий в конечной и начальной точках процесса, что автоматически учитывает зависимость теплоемкости от температуры и давления.

Приближенные методы расчета. Задача аналитического метода расчета параметров процессов упрощается, если свойства рабочего тела описывать по уравнениям состояния ид.газа.

Работа сжатия: (W) – дает удовлетворительную точность при подогреве воздуха в компрессоре до 300-400°C.

В диапазоне t-р работа турбины рассчитанная при условии, что , то оказывается меньше истинной при на 0,4-0,5%, при на 0,7-0,8%. Уменьшение работы компрессора при составляет 0,2-0,3%. Для ГТУ при современных параметрах цикла погрешность в определении работы цикла не превышает 0,5%, что позволяет приближенно находить работу процесса по единой средней теплоемкости. Недостатком метода является необходимость определения методом последовательных приближений.

6. Действительный цикл ГТУ. Эффективная работа действительного цикла. Основные параметры ГТУ.

В этом цикле должны учитываться потери во всех процессах, протекающих в ГТУ.

При рассмотрении реального цикла ГТУ необходимо сделать ряд допущений:

1. Количество рабочего тела считаем неизменным.

2. Учитываем теплоемкости воздуха и газа.

3. Принимаем, что суммарная степень повышения давления равна суммарной степени понижения давления газов. Потери в камере сгорания не учитываются. .

Эффективная работа действительного цикла. При сделанных допущениях ее можно определить как разность действительных работ расширения и сжатия:

.

Изоэнтропическая работа сжатия:

Изоэнтр. работа расширения: , индекс г-газ.

Если ввести коэффициент , то полезная работа цикла м/б записана : , а

. Если принять k=1,4 для воздуха, а k_Г=1,33 и принять, что газовые постоянные равны между собой R=R_Г=288 Дж/кг∙К, то е будет очень слабо меняться.

При , то . . Оптимальное значение суммарной степени сжатия ниже чем идеального цикла.

, при

Основные параметры ГТУ

1. Эффективная мощность N_e- мощность на выводном валу.

2. - суммарная степень повышения давления в компрессорах

3. -расход воздуха на входе в компрессор

4. - t-ра газов перед турбиной.

5. -t-ра отход. газов от ГТУ

6. Удельная мощность ГТУ – мощность двигателя приходящаяся на 1 кг воздуха, проходящего через двигатель. . Максимальная удельная мощность зависит от схемы ГТУ и параметров рабочего тела – температуры, давления и потерь, возникающих при протекании процессов.

7. Экономичность теплового двигателя оценивается удельным расходом топлива – отношение часового расхода топлива к мощности двигателя.

8. КПД ГТУ – отношение полученной мощности к затраченной энергии топлива

9. Удельная масса ГТУ – отношение массы установки к ее мощности .

10. Удельный объем ГТУ – отношение объема, занимаемого установкой к ее мощности.

11. Электрическая мощность ,