Расчётное задание 1

Определить параметры воздуха за промежуточным воздухоохладителем (ВО) ГТУ и тепловую мощность отбираемую от воздуха в ВО при следующих данных: температура и давление воздуха при входе в ВО Т₂₁^*=407,9 К, Р₂₁^*=0,3009 МПа; температура окружающей среды Т_а1=240 + 2·n К (Т_а2= Т_а1+10 К, Т_а3= Т_а1+20 К), где n – номер варианта; коэффициент давления в ВО σ_ВО=0,97; степень охлаждения воздуха в ВО θ=0,84; расход воздуха G_в=60 кг/с. Построить график зависимости тепловой мощности ВО от температуры окружающей среды

Методика расчёта

1. Температура воздуха за ВО

T₁₂^* = T₂₁^* - θ · (T₂₁^* - Ta) , К. (19)

2. Давление воздуха за ВО

P₁₂^* = P₂₁^* · σ_во , МПа. (20)

3. Средняя температура воздуха в ВО

Т_ср = (Т₂₁^* + Т₁₂^*)/2 , К. (21)

4. По прил. 2. находим истинную массовую изобарную теплоёмкость воздуха С_р при температуре Т_ср и α = ∞.

5. Тепловая мощность, отбираемая от воздуха в ВО

Q_во = С_р · (Т₁₂^* - Т₂₁^*) · G_в , кВт. (22)

Отчётная таблица имеет вид:

Название искомой величины	Формула	Единица измерения	Значения
			Та1	Та2	Та3
1.
2.
…
5.

Расчётное задание 2

Определить параметры воздуха и продуктов сгорания (газа) за регенератором ГТУ, а так же тепловую мощность, передаваемую в регенераторе от газа к воздуху при следующих данных: температура и давление воздуха при входе Т^*₂ = 475,6 К, Р^*₂ = 0,5014 МПа; температура и давление газа при входе в регенератор Т^*₄ = 890,3 К, Р^*₄ = 0,1049 МПа; коэффициенты давления по воздуху σ_в = 0,98, по газу σ_г = 0,97. Степень регенерации r = 0,78; коэффициент избытка воздуха α = 3; расход воздуха и газа принять равными G_в = G_г = G₁ = 20 + n, кг/с (G₂ = G₁ + 10, кг/с; G₃ = G₁ + 20, кг/с), где n – номер варианта. Построить график зависимости температуры газа за регенератором от расхода воздуха.

Методика расчёта

1. Температура воздуха за регенератором

Т^*_R = Т^*₂ + r (Т^*₄ - Т^*₂) , К. (23)

2. Давление воздуха за регенератором

Р^*_R = Р^*₂ ∙ σ_в , МПа. (24)

3. Средняя температура воздуха

К. (25)

4. По прил. 2. находим удельную изобарную теплоемкость воздуха С_рв при Т_вср и α=∞.

5. Тепловая мощность, передаваемая в регенераторе

Q = C_рв (Т^*_R - Т^*₂) G , кВт. (26)

6. Предварительное значение температуры газа за регенератором

К. (27)

7. Средняя температура газа в регенераторе

К. (28)

8. По прил. 2. Находим удельную изобарную теплоемкость газа С_рг при Т_гср и α = 3.

9. Уточненное значение температуры газа за регенератором

К. (29)

10. Давление газа за регенератором

Р^*_S = P^*₄ ∙ σ_г , МПа. (30)

Отчётная таблица имеет вид:

Название искомой величины	Формула	Единица измерения	Значения
			G1	G2	G3
1.
2.
…
10.

Контрольные вопросы:

1. Чем отличаются поверхностные теплообменные аппараты от смесительных?

2. Чем отличаются регенераторы от рекуператоров?

3. Назовите наиболее распространённые в промышленности рекуперативные теплообменники.

4. Как посчитать степень регенерации ГТУ с регенератором.

5. Нарисуйте схему ГТУ с промежуточным воздухоохладителем.

Лабораторная работа № 5.

Топливо ГТУ и его сжигание

Цель работы

1. Ознакомление с характеристиками и свойствами топлив ГТУ.

2. Изучение процесса сгорания топлива.

3. Установление зависимости между составом топлива и его расходом в камере сгорания ГТУ.

Задание

1. Определить стехиометрический коэффициент топлива ГТУ.

2. Установить зависимость между составом топлива и его расходом в камере сгорания ГТУ.

3. Сопоставить между собой полученные данные.

4. Составить отчёт по работе.

Содержание отчёта

1. ФИО и группа выполняющего, ФИО преподавателя.

2. Название лабораторной работы.

3. Цель и задание лабораторной работы.

4. Исходные данные для расчёта.

5. Расчётная таблица с наименованием искомых величин, формулами, единицами измерений и полученными значениями.

6. График зависимости стехиометрического коэффициента топлива от количества метана в топливном газе.

7. Вывод по работе.

Теоретическое введение

Топливом называют вещества, способные в процессе химиче­ских превращений (горения) выделять определенное количество тепловой энергии.

Основными горючими элементами топлива являются углерод и водород. Эти элементы в топливе не в свободном состоянии, а в виде различных соединений углерода с водородом, кислородом, азотом, серой и другими элементами.

Сжигание газообразного топлива в камерах сгорания ГТУ осуществляется более просто и качественно, чем жидкого и твердо­го. Природные горючие газы представляют собой в основном сме­си различных углеводородов. Содержание метана доходит до 90%, что определяет высокое значение выделяемого при сжигании теп­ла.

Наряду с природным газообразным топливом широко применя­ется искусственное газообразное топливо, получаемое в газогенераторах, исходным топливом которых служит, как правило, уголь, а в качества окислителя используется воздушное, паро­вое или паровоздушное дутье. Получаемый в процессе газифика­ции газ по своим свойствам уступает природному.

Важнейшими характеристиками топлив с точки зрения использования их в ГТУ являются: состав топлива, теплота сгорания и характер изменения состава топлива в процессе сгорания.

Элементным составом характеризуется содержание в процентах по весу основных компонентов топлива: углерода С, водорода Н, кислорода O, азота N, серы S, минеральных включений А (зольность) и влаги W. Все виды топлива имеют один и тот же элементарный состав:

C + H + O + N + S + A + W =100%.

Элементный состав позволяет провести расчет необходи­мых данных для использования топлива в камерах сгорания (КС), таких как количество участвующих в горении веществ, со­став продуктов сгорания.

Важнейшей характеристикой топлива является теплота сгора­ния. Теплотой сгорания называется количество тепла, выделяюще­гося при полном сгорании единицы массы топлива. Теплота сгора­ния определяет удельный расход топлива установкой. Различают высшую Q_В и низшую Q_H теплоту сгорания. Низшая теплота сгорания не учитывает тепло, затрачиваемое на конденсацию паров во­ды. Разница между высшей и низшей теплотой сгорания может до­стигать 5 – 10 %.

Теплота сгорания зависит от элементного состава топлива. Высокая теплота сгорания жидких и газообразных топлив объясняется высоким содержанием в них водорода, углерода и малой золь­ностью. Входящие в состав топлива кислород, азот, вода и зола снижают теплоту сгорания.

В качестве характеристики топлива используется низшая тепло­та сгорания , которая характеризуется рабочей массой топли­ва:

C^P + H^P + O^P + N^P+ S ^P+ A^P + W^P =100%. (31)

Зная элементный состав топлива, по Формуле Менделеева можно определить теплоту сгорания:

, кДж/кг. (32)

Для сжигания 1 кг топлива заданного состава потребуется кислорода в количестве

L_O2 = 0,0266C^P + 0,8H^P + 0,01S ^P – 0,01O^P , кг/кг. (33)

Так как в воздухе содержится азот, то количество возду­ха, необходимое для окисления 1 кг топлива, так называемое стехиометрическое количество, определится по формуле

L_O = 0,1149C^P + 0,3448H^P + 0,0431(S ^P – O^P ), кг/кг. (34)

В объемных единицах это количество воздуха выразится, как

, м³ /кг. (35)

Обычно для сгорания топлива подают большее количество воздуха, чем теоретически необходимое. Отношение L/L_O = α называется коэффициентом избытка воздуха.

Теоретическое количество образующихся продуктов сгора­ния на 1 кг топлива определится по формуле:

• для трехатомных газов

G_RO2 = 0,0371(C^P + 0,375 S ^P ), кг/кг. (36)

• водяных паров

G_H2O = 0,09H^P + 0,01W^P + 0,0161L_O , кг/кг. (37)

• азота

G_N2 = N^P + 0,768L_O , кг/кг. (38)

Суммарное количество газов равно

G_Г = G_RO2 + G_H2O + G_N2 , кг/кг. (39)