Хороший автор. Спасибо. Рекомендую
Информация о работе
Подробнее о работе
Тепловой расчет ГТУ
- 34 страниц
- 2018 год
- 90 просмотров
- 2 покупки
Гарантия сервиса Автор24
Уникальность не ниже 50%
Фрагменты работ
1.1. Расчет теоретического цикла
1.2. Действительный цикл
1.3. Показатели цикла
Рисунок 2.3 – Цикл с регенерацией теплоты в координатах
2.1 Выбор степени регенерации и условие осуществимости цикла
2.2. Оптимальная степень повышения давления
2.4 Построение диаграмм цикла
1.1. Расчет теоретического цикла
При расчете идеального теоретического цикла (цикла Брайтона) полагаем, что рабочим телом на протяжении всего цикла является идеальный газ – смесь преимущественно двухатомных газов (азот и кислород атмосферного воздуха), для которой принимаем:
– показатель адиабатного процесса k = 1,393;
– газовая постоянная R = 287,8 Дж/(кг К).
Теплоемкость в изобарном и в изохорном cv процессе находятся из решения системы уравнений (1.1) и (1.2)
ср = cv + R,(1.1)
k = cp / cv(1.2)
k = (cv + R) / cv = 1 + (R / cv);
cv = 732,3 Дж/(кг К);
ср = 732,3 + 287,8 = 1020,1 Дж/(кг К)
Газовая постоянная и теплоемкость рабочего тела считаются постоянными, т.е. изменением природы рабочего тела и влиянием температуры на его теплоемкость при расчете цикла пренебрегаем.
...
1.2. Действительный цикл
Действительный процесс сжатия не является изоэнтропийным, т.к. даже при отсутствии теплообмена энтропия в процессе увеличивается вследствие преодоления сил трения газа. Теплообмен, трение и другие потери комплексно учитываются адиабатным КПД компрессора ηк, который представляет собой отношение работы lк.ад, рассчитанной по формулам адиабатного сжатия к работе lк.д, действительно затраченной на сжатие газа
,(1.4)
где hi – энтальпия в соответствующих точках цикла.
Задаемся значением адиабатного КПД компрессора ηк = 0,85.
Из (1.4) определяем значение температуры в конце действительного сжатия:
654 К
При этой температуре и известном давлении за компрессором р2 = 1600,94 кПа рассчитываем:
- удельный объем
v2д = RT2д / p2 = (287,8 х 654) / (1600,94 х 103) = 0,1175 м3/кг
- удельную энтропию
96 Дж/(кг К)
Действительный процесс расширения в турбине также протекает с возрастанием энтропии.
...
1.3. Показатели цикла
Удельная работа компрессора (работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг газа в компрессоре):
,(1.10)
где m = (k – 1)/k – комплекс, вводимый для компактной формы уравнений.
m = (1,393 – 1) / 1,393 = 0,28212
387,55 кДж/кг
Удельная работа турбины (работа, вырабатываемая турбиной при расширении 1 кг газа):
,(1.11)
642,14 кДж/кг
Удельная работа цикла:
lц = lт – lк = 642,14 – 387,55 = 254,59 кДж/кг
Удельное количество теплоты, подводимой в камере сгорания действительного цикла (количество теплоты, отнесенное к каждому килограмму воздуха):
q1 = cp (Т3 – Т2д) = 1020,1 х 10-3 х (1353 – 654) = 713,05 кДж/кг
Внутренний КПД установки:
ηi = (lц / q1) х 100 % = (254,59 / 713,05) х 100 = 35,70 %
Эффективный КПД установки:
ηе = ηм ηi,
где ηм – механический КПД ГТУ; при расчетах принимается в диапазоне ηм = 0,96…0,98.
...
Рисунок 2.3 – Цикл с регенерацией теплоты в координатах
«давление – удельный объем»
Рисунок 2.4 – Цикл с регенерацией теплоты в координатах
«температура – удельная энтропия»
3. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС КАМЕРЫ СГОРАНИЯ
Материальный баланс камеры сгорания выполняют с целью определения расхода топливного газа и воздуха. Результаты расчета необходимы для выбора основных размеров камеры сгорания и дальнейшей детальной проработки ее конструкции.
3.1. Теплота сгорания топлива
Для заданного состава топливного газа рассчитываем его молярную массу μт, кг/кмоль, как кажущуюся молекулярную массу смеси
μт = Σ riμi,(3.1)
где ri – объемная доля i-го компонента в топливной смеси;
μi – его молярная масса.
При расчете молярных масс компонентов смеси следует использовать атомные массы элементов с указанной ниже точностью:
- углерод - 12,01;
- водород - 1,008;
- азот - 14,08;
- кислород – 16.
...
2.1 Выбор степени регенерации и условие осуществимости цикла
Теплота самопроизвольно передается от тел с большей температурой к телам с меньшей температурой. Поэтому, необходимым условием для осуществления регенеративного цикла является следующее: температура на выходе из турбины должна быть больше, чем температура на выходе из компрессора. Это условие выполняется при степенях повышения давления меньших максимальной величины πmaх
π < πmax = θ1/(2m),(2.1)
где θ = Т3 / Т1 – отношение граничных температур в цикле.
θ = 1353 / 274 = 4,94
θ1/(2m) = 4,941/(2 х 0,282) = 4,941,77 = 16,9
Теплота, подведенная с топливом в регенеративном цикле q1р меньше q1 на величину теплоты, сообщенной воздуху в регенераторе, которая в свою очередь зависит не только от граничных температур цикла, но и от степени регенерации в цикле. В существующих ГТУ с рекуперативными теплообменниками степень регенерации μ = 0,55–0,85.
...
2.2. Оптимальная степень повышения давления
Под оптимальной величиной степени повышения давления будем понимать такое ее значение, при котором обеспечивается максимальный внутренний КПД установки. Для поиска этой величины необходимо выполнить вычисления внутреннего КПД установки для значений степени повышения давления в диапазоне π от 2 до πmax с шагом 1,0, а затем в окрестностях максимальной точки – с шагом 0,1.
Результаты вычислений следует представить в табличной форме (таблица 2.1). Удельная работа в компрессоре lк, в турбине lт и полезная работа в цикле lц рассчитываются по формулам (1.10) - (1.11). Теплота, подведенная в камере сгорания в регенеративном цикле q1р, кДж/кг, определяется по уравнению
,(2.1)
=
Внутренний КПД установки:
ηiр = (lц / q1р) х 100 %(2.2)
Таблица 2.
...
1.3. Показатели цикла
Удельная работа компрессора (работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг газа в компрессоре):
,(1.10)
где m = (k – 1)/k – комплекс, вводимый для компактной формы уравнений.
m = (1,393 – 1) / 1,393 = 0,28212
387,55 кДж/кг
Удельная работа турбины (работа, вырабатываемая турбиной при расширении 1 кг газа):
,(1.11)
642,14 кДж/кг
Удельная работа цикла:
lц = lт – lк = 642,14 – 387,55 = 254,59 кДж/кг
Удельное количество теплоты, подводимой в камере сгорания действительного цикла (количество теплоты, отнесенное к каждому килограмму воздуха):
q1 = cp (Т3 – Т2д) = 1020,1 х 10-3 х (1353 – 654) = 713,05 кДж/кг
Внутренний КПД установки:
ηi = (lц / q1) х 100 % = (254,59 / 713,05) х 100 = 35,70 %
Эффективный КПД установки:
ηе = ηм ηi,
где ηм – механический КПД ГТУ; при расчетах принимается в диапазоне ηм = 0,96…0,98.
...
1. Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1979. – 446 с.
2. Локомотивные энергетические установки: Учебник / Под ред. А.И. Володина. – М.: ИПК «Желдориздат», 2002. – 718 с.
3. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1975. – 496 с.
4. Техническая термодинамика: Учебник для вузов / Под ред. В.И. Крутова. – М.: Высшая школа, 1981. – 439 с.
5. Турбины тепловых и атомных электрических станций: Учебник / Под ред. А.Г. Костюка, В.В. Фролова. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 488 с.
Приложение А
(информационное)
Результаты расчета промежуточных точек для построения диаграммы
простого цикла ГТУ
v, м3/кг
Р, кПа
s, Дж/(кг К)
Т, К
политропное сжатие в компрессоре n = 1,460
сгорание в КС
р = 1600,94 кПа
0,1200
1553,054
100
666
0,2000
736,695
150
700
0,2300
600,715
200
735
0,4300
240,950
250
772
0,5500
168,214
300
811
0,6500
131,807
500
986
0,7000
118,290
600
1088
0,7500
106,955
800
1324
политропное расширение в турбине n = 1,293
охлаждение в атмосфере
р = 101,325 кПа
0,2700
1398,533
10
276
0,3500
999,876
50
287
0,4000
841,322
250
349
0,5000
630,460
350
385
0,8500
317,459
550
468
0,9000
294,843
650
516
1,3000
183,272
700
542
1,6000
140,120
750
569
1,9000
112,201
800
598
Форма заказа новой работы
Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям
