Выбор и расчет тепловой схемы гту или гтд с заданными коэффициентами
При расчете схемы будем использовать индексы при обозначениях в соответствии с рис. 2.1.
а б
Рис. 2.1. Цикл ГТУ в T-S – диаграмме: а – однокомпрессорная ГТУ (с регенерацией), б –двухкомпрессорная ГТУ
Расчеты тепловой схемы удобно выполнять
на 1 кг рабочего тела, обычно воздуха на
входе в компрессор. Из термодинамики
известно, что работа 1 кг воздуха или
газа при отсутствии теплообмена с
окружающей средой численно равна
разности энтальпий: в конце и в начале
процесса сжатия воздуха в компрессоре
(
),
а при расширении продуктов сгорания в
турбине (
).
Потерями теплоты вследствие теплообмена через стенки корпусов турбомашин в большинстве случаев можно пренебречь.
Расчет работы сжатия и расширения
Работа, затрачиваемая на сжатие одного килограмма воздуха, определяется соотношением:
,кДж/кг,
где
–
удельная изобарическая теплоемкость
при средней температуре процесса сжатия,
кДж/(кг·К);
– показатель адиабаты воздуха
в компрессоре;
– изоэнтропийный КПД
компрессора.
При предварительных расчетах тепловой схемы содержанием влаги в воздухе обычно пренебрегают.
В процессе сжатия воздуха до
= 4…16 температура его возрастает на
≈ 160 – 400 К. Тогда в соответствии с прил.
1 и 2, принятыми по данным [1], для воздуха
(
)
теплоемкость можно принять
= 1,01 кДж/(кг∙К),
а
= 1,4,
=
= 0,286.
Температура в конце процесса сжатия
Работа расширения 1 кг рабочего тела в турбине при отсутствии промежуточного подвода теплоты и потерь теплоты с охлаждающим воздухом определяется по формуле
, кДж/кг,
где
– удельная изобарическая теплоемкость
при средней температуре процесса
расширения в турбине, кДж/(кг·К);
– степень расширения продуктов
сгорания в турбине.
Величина коэффициента гидравлических потерь давления по тракту обычно принимается:
≤ 0,05 – для ГТУ простого цикла,
≤ 0,11 – для ГТУ с регенерацией теплоты;
–
изоэнтропийный КПД турбины.
Для продуктов сгорания углеводородных
топлив, разбавленных воздухом для
обеспечения обычно применяемых в ГТУ
температур, значения
и
определяются по кривым прил. 1 и 2 [1] в
зависимости от температуры газа и
коэффициента избытка воздуха,
определяется по рис. 2.2 [1]. Для оценочных
расчетов
в интервале температур: воздуха
=400…900К,
продуктов сгорания перед турбиной
=800…2000К
– можно воспользоваться интерполяцион-ной
формулой
Рис. 2.2. Коэффициент избытка воздуха для сжигания углеводородного топлива при p=const
В ряде учебников и справочных пособий,
например [2, 3], химический состав продуктов
сгорания учитывается с помощью
специального коэффициента
.
Температура
в конце процесса расширения определяется
по формуле
(без учета влияния подмешивания воздуха,
охлаждающего турбину).
Для температур газа 1000 – 1300 К в
предварительных расчетах для процесса
расширения может быть принято значение
=
1,13 – 1,17 кДж/(кг·К) (обычно принимается
среднее значение
1,15
кДж/(кг·К), и
= 1,333,
=
=
0,25).
Потери от охлаждения высокотемпературных
деталей турбины в предварительных
расчетах могут быть отражены в величине
.