- •3. Циклы поршневых двигателй внутреннего сгорания (двс)
- •3.1. Принцип действия двс
- •3.2. Цикл со смешанным подводом тепла
- •3.4. Термодинамика идеального цикла Дизеля
- •3.5. Индивидуальное задание по термодинамическому расчету необратимых циклов поршневых двигателей
- •3.6. Указания к выполнению задания
- •3.7. Описание программы
- •3.8. Пример выполнения задания
- •4. Газотурбинные установки
- •4.1. Гту со сгоранием при постоянном давлении
- •4.2. Цикл газотурбинной установки с подводом тепла
- •4.3. Цикл газотурбинной установки со сгоранием
- •4.4. Газотурбинная установка со сгоранием при
- •4.5. Индивидуальное задание по термодинамическому
- •4.6. Указания к выполнению задания
- •4.7. Описание программы
- •4.8. Пример выполнения задания
- •0 Дж/кгДж/кгДж/кгДж/кг.
- •5. Элементы химической термодинамики
- •5.1. Закон Гесса и его следствия
- •5.2. Зависимость теплового эффекта химической
- •5.3. Задание по расчету теплового эффекта
- •5.4. Пример расчёта
- •5.5. Закон действующих масс. Константы равновесия
- •5.6. Степень завершенности реакции и состав
- •5.7. Термодинамические уравнения процесса протекания
- •5.8. Методы расчета констант равновесия
- •Метод Темкина-Шварцмана
- •5.9. Индивидуальные задания по определению
- •5.10. Примеры выполнения заданий
4.3. Цикл газотурбинной установки со сгоранием
при постоянном объеме
Газотурбинная установка со сгоранием при в случае, если предельные давления одинаковы и подведенные теплоты равны, будут иметь несколько большую эффективность по сравнению с изобарным циклом ГТУ полного расширения. Это связано с тем, что при отмеченных условиях сравнения в цикле спо сравнению с цикломотводимая теплотабудет несколько меньше, чем в цикле со сгоранием при. Это видно из сравнения циклов,
Рис.
4.6. Сравнение циклов ГТУ с подводом
тепла при
и
Так как при
;;;;
.
Однако в конструкторском отношении ГТУ с подводом тепла при заметно сложнее. Схема такой ГТУ показана на рис. 4.7.
Рис.
4.7. Схема ГТУ с подводом тепла при
Одновременно в камеру сгорания 4 поступает воздух, сжатый в компрессоре 4, и топливо из бака 10 насосом 3. В камере сгорания 3 при закрытых клапанах 11, свечой зажигания 8 осуществляется воспламенение топлива. Сгорание топлива происходит при закрытых клапанах, т. е. при постоянном объеме. В конце процесса сгорания при достижении заданного давления открываются выпускные клапаны и рабочее тело – продукты сгорания в виде высокоэнтальпийного потока – поступает на лопатки соплового аппарата 5, а затем рабочего колеса, на которых энтальпия рабочего тела срабатывается, превращаясь в механическую энергию, воспринимаемую приводами. Отработавшие продукты сгорания – газы отводятся из двигателя через патрубок 7.
С учетом сделанных в предшествующих параграфах предположений, допуская сжатие воздуха в компрессоре и расширение продуктов сгорания на турбине адиабатными идеальный цикл ГТУ со сгоранием при может быть изображен в,и,-диаграммах в виде квазистатических процессов частных случаев политропы как показано на рис. 4.8.
Рис.
4.8.
,и,-диаграммы
цикла ГТУ со сгоранием при
и адиабатным сжатием
Состояние 1: ,,.
Задаются характеристиками непосредственного цикла в виде степени сжатия в компрессоре:
и степени повышения давления в изохоре 2-3
.
Параметры рабочего тела в состоянии 2 находятся с использованием соотношений параметров в адиабатном процессе 1-2.
Запишем уравнение адиабаты 1-2 , откуда
.
Температуру определим, воспользовавшись уравнением состояния:
.
Состояние 2: ,,.
Найдем параметры рабочего тела в состоянии 3 через соотношения параметров в изохоре 2-3.
Состояние 3: ,,.
И наконец, параметры рабочего тела в состоянии 4. Из изобары 4-1 имеем очевидное равенство . Объем можно найти из уравнения адиабаты процесса 3-4:. Решим его относительно объема:
.
Подставим найденные выражения для параметров, входящих в формулу расчета :
.
Состояние 4: ,,.
Теплота в цикле подводится по изохоре 2-3. В предположении идеальности рабочего тела запишем:
или после подстановки выражений для иполучим
. (4.20)
Теплота отводится от рабочего тела по изобаре 4-1:
. (4.21)
Из первого начала термодинамики удельную работу за цикл определим как разность подведенной и отведенной теплоты:
или после подстановки выражений для расчета и:
. (4.22)
Термический КПД цикла:
. (4.23)
КПД цикла, как и в предшествующих случаях, определяется величиной степени сжатия в компрессоре и теплофизическими свойствами рабочего тела. Несмотря на некоторое преимущество цикла в сравнении с циклом, газотурбинные установки со сгоранием по изохоре получили существенно меньшее применение по двум причинам: из-за большой сложности в отношении конструкции и меньшей, как правило, величиной абсолютного эффективного КПД по сравнению с ГТУ со сгоранием при.