Идеальный цикл гту

Термодинамические процессы простейшей ГТУ осуществляются в определённой последовательности:

-Сжатие рабочего тела в компрессоре

-Подогрев рабочего тела теплотой, получаемой из внешнего источника

-Расширение рабочего тела в турбине с передачей технической работы потребителю

-Охлаждение рабочего тела до состояния, соответствующего входу в компрессор (замыкающий процесс)

Подогрев рабочего тела в открытом цикле осуществляется смешением воздуха с продуктами сгорания органического топлива в камере сгорания.

В герметичном контуре закрытого цикла может циркулировать любой газ, подогрев и охлаждение которого осуществляется в поверхностных теплообменниках. Термический цикл ГТУ представлен в приложении 1.

Для характеристики цикла сведены понятия:

-Степень повышения давления в компрессоре

-Степень повышения температуры

(Т₃ – наибольшая температура перед турбиной, К; Т₁ – температура перед компрессором, К).

Стоит отметить, что при вычислении разницы температур, единицы измерения (Кельвины или градусы Цельсия) роли не играют!

Теоретическая механическая работа на привод компрессора при обратимом адиабатном сжатии изображается площадью б-1-2-а и подсчитывается по формуле, кДж/кг:

Теоретическая механическая работа турбины изображается площадью а-3-4-б и подсчитывается по формуле, кДж/кг:

Теоретическая удельная работа идеального цикла ГТУ:

_,

где q₁, q₂ – подведённое и отведённое в цикле количество теплоты, кДж/кг:

_;

Термический КПД цикла ГТУ:

а термический КПД цикла Карно в том же интервале температур:

При расчёте параметров в характерных точках идеального цикла ГТУ необходимо ориентироваться на следующие соображения.

Если начальные температуры и - параметры окружающей среды, определяемые климатическими условиями, то температура газа перед турбиной определяется жаростойкостью стали. В ранних конструкциях ГТУ

, в более поздних . В тех конструкциях, где используется принудительное охлаждение первых ступеней турбины, и даже .

Показатель адиабаты воздуха k зависит от температуры: при 0 k=1,4; при 700 k=1,34; при 1200 k=1,31.

C показателем температуры меняется и теплоёмкость воздуха, а, следовательно, и его энтальпия. При предварительных расчётах иногда этим изменением пренебрегают, считая кДж/(кг*К) = const. При уточнённых расчётах необходимо учитывать зависимость теплоёмкости от температуры.

Влияние давления P₂ в камере сгорания на мощность и КПД ГТУ неоднозначно! Оптимальное значение его для простых ГТУ находится в пределах (при P₁=0,1 МПа).

Расчёт параметров в характерных точках цикла ГТУ производится из термодинамических соотношений в адиабатном и изобарном процессах:

_;

_;

Расчет параметров для построения теоретического цикла ГТУ и цикла Карно:

_;

_;

_;

_;

	р, МПа	v, кг/м3	T, К	s, кДж/(К*кг)
1	0,1	0,83	298	0,039
2	1	0,21	575	0,489
3	1	0,33	1023	0,489
4	0,1	1,3	530	0,039

Рис. 1 Идеальный цикл ГТУ в координатах PV

Рис. 2 Идеальный цикл ГТУ в координатах TS

Таким образом, в результате расчётов идеального цикла ГТУ должны быть определены: температуры в характерных точках цикла, технические работы компрессора и турбины, работа идеального цикла, количества подведённой и отведённой теплоты, термические КПД цикла ГТУ и цикла Карно в том же интервале температур.