4.5. Индивидуальное задание по термодинамическому

расчету необратимых циклов газотурбинных двигателей

Индивидуальное задание направлено на углубление знаний студентов по термодинамике циклов ГТД, получение навыков их расчета, а также приобретение опыта работы с программой MathCAD.

1. Выполнить расчет идеального цикла газотурбинного двигателя (рис. 4.13), процессы сжатия 1-2 и расширения 3-4 рабочего тела осуществляются адиабатно. Определить параметры рабочего тела в узловых точках цикла, выполнить анализ энергетики цикла, построить- и-диаграммы цикла, а также зависимости

, ,.

При расчетах рабочее тело считать воздухом, допуская его идеальность, а, следовательно, и постоянство его теплоемкости. Расчеты выполнить для 1 кг рабочего тела.

2. Рассчитать необратимый цикл ГТД, в котором процессы сжатия 1-2 и расширения 3-4 рабочего тела осуществляются по политропам. Определить параметры рабочего тела, выполнить анализ энергетики цикла с определением изменения эксергии рабочего тела и потерь эксергии во всех процессах цикла, построить -,- и эксергетическую диаграммы цикла, а также зависимости. При расчетах рабочее тело считать воздухом, допуская его идеальность, а следовательно, и постоянство его теплоемкости.Расчеты выполнить для 1 кг рабочего тела.

3. Выполнить сравнительный анализ идеального и обратимого циклов.

Исходные данные для расчета выбираются в соответствии с заданным вариантом из табл.П1.6. Для расчета идеального цикла задаются:

– начальные параметры рабочего тела (давление p₁ и температура Т₁);

– характеристики процесса повода теплоты (вид процесса: изобарный, изохорный или смешанный; степень повышения давления  и степень предварительного расширения );

– степень сжатия .

Для расчета необратимого цикла дополнительно задаются показатели политропы процесса сжатия 1-2 – n₁₂ и расширения 3-4 – n₃₄. Считать, что начальные параметры рабочего тела равны параметрам окружающей среды T_о.с = T₁ и p_о.с = p₁.

а)

б)

Рис. 4.13 Диаграммы идеального и

необратимого циклов ГТД со смешанным

подводом тепла: а) ; б)

4.6. Указания к выполнению задания

При выполнении первого задания по известным исходным данным необходимо рассчитать параметры в узловых точках идеального цикла и осуществить анализ энергетики цикла с определением количеств подведенного и отведенного тепла, полезной работы цикла, термического КПД, выраженного через степень сжатия, степень повышения давления  и степень предварительного расширения . Эта часть работы должна быть выполнена обучающимся обычным ручным счетом с использованием калькулятора по зависимостям, представленным в теоретической части, причем параметры состояния должны быть выражены через начальные параметры рабочего тела. В дальнейшем, для более точного построения- и-диаграмм необходимо воспользоваться программой термодинамического расчета циклов ГТД, написанной в средеMathCAD. Использование программы позволит, не проводя дополнительных расчетов параметров в промежуточных точках процессов, по заданным начальным данным в автоматическом режиме построить диаграммы, которые необходимо либо перерисовать, либо распечатать на принтере. На следующем этапе требуется оценить влияние величины параметров цикла и теплофизических свойств рабочего тела () на степень его термодинамического совершенства – термический КПД. Для этого следует опять обратится к программе термодинамического расчета циклов ГТД, которая по заданным начальным данным строит необходимые графические зависимости.

При выполнении второго задания обучающимся нужно рассчитать необратимый цикл ГТД, с учетом того, что процессы сжатия 1-2 и расширения 3-4 осуществляются по политропам. В начале необходимо определить параметры рабочего тела в узловых точках цикла, а затем провести анализ его энергетики. При выполнении этой процедуры требуется для каждого процесса, входящего в цикл, определить изменение энтальпии, техническую работу процесса, количество отведенной или подведенной теплоты и потери эксергии. Затем с использованием полученных данных определяется эксергия рабочего тела в узловых точках цикла. Заканчивается энергетический анализ расчетом полезной работы цикла, количества подведенной и отведенной теплоты в цикле, термического и эксергетического КПД,внутренних относительных КПД компрессора и турбины. Все расчеты выполняются ручным счетом с использованием калькулятора, причем параметры состояния должны быть представлены через начальные параметры рабочего тела. При расчете эксергии и её потерь считать, что начальные параметры рабочего тела в цикле равны параметрам окружающей среды (т. е. T_о.с = T₁ и p_о.с = p₁). Отработавшее рабочее тело (соответствует точке 4 диаграммы) отводится из двигателя в атмосферу, совершая при этом полностью необратимое охлаждение до температуры окружающей среды, а точка 1 соответствует состоянию свежей порции рабочего тела, поступившего из атмосферы в двигатель.

Так же как и в первом задании, построение - и-диаграмм необратимого цикла выполнять с помощью программы термодинамического расчета циклов ГТД, написанной в средеMathCAD. При этом в исходных данных программы требуется изменить значения показателей политропы процессов сжатия 1-2 и расширения 3-4 со значения 1,4, использованного для расчета идеального цикла, на значение, выбранное в соответствии с заданным вариантом.

По результатам расчета необратимого цикла в масштабе строится эксергетическая диаграмма, отражающая изменение эксергии рабочего тела в процессе совершения им необратимого цикла ГТД.

Вся работа должна иметь заключение, содержащее конкретные выводы по проделанной работе и сравнительный анализ идеального и необратимого циклов ГТД.