Методические указания к курсовой работе




Скачать 330.81 Kb.
НазваниеМетодические указания к курсовой работе
страница1/4
Дата публикации08.01.2014
Размер330.81 Kb.
ТипМетодические указания
zadocs.ru > Астрономия > Методические указания
  1   2   3   4
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. академика С.П. КОРОЛЕВА


РАСЧЕТ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА

ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Методические указания к курсовой работе

Самара, 2008

СОДЕРЖАНИЕ

1 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦИКЛАХ ГТД 5

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К РАСЧЕТУ 6

3 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 7

4 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТОВ 7

4.1 Расчет состава рабочего тела 7

4.2 Расчет оптимального значения степени повышения давления в компрессоре ГТД 7

4.3 Определение коэффициента избытка воздуха 8

4.4 Расчет состава продуктов сгорания и рабочей смеси 8

^ 5 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В УЗЛОВЫХ ТОЧКАХ ЦИКЛА ГТД 10

6 РАСЧЕТ КАЛОРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЦИКЛА ГТД 10

7 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ТОЧКАХ ПРОЦЕССОВ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ 11

7.1 Расчет для процессов, изображаемых в P-V координатах 11

7.2 Расчет процессов, изображаемых в T-S координатах 11

^ 8 ПОСТРОЕНИЕ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА В P-V И T-S КООРДИНАТАХ 13

9 РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГТД 14

10 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ 14

^ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 15

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 16

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 17
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, СОКРАЩЕНИЙ ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ


Cp

Cv

G

Hu

h

k

L,l

M

M

P

q

R

R

S

T

U

V

a

µ

µ x


– изобарная теплоемкость, Дж/кг*К

– изохорная теплоемкость, Дж/кг*К

– массовый секундный расход, кг/с

– низшая теплотворная способность топлива, Дж/кг

– удельная энтальпия, Дж/кг

– показатель адиабаты (изоэнтропы)

– работа, Дж, Дж/кг

– число Маха

– мольная доля компонента смеси, кг/кмоль

– давление, Н/м2

– удельное тепло, Дж/кг

– тяга, Н

– газовая постоянная, Дж/кг*К

– энтропия, Дж/кг*К

– абсолютная температура, К

– удельная внутренняя энергия, Дж/кг

– удельный объем, м3/кг

- коэффициент избытка воздуха

- молекулярная масса, кг/кмоль

– масштаб параметра по оси координат, Н/м2*мм, м3/кг*мм, К/мм, Дж/кг*К*мм


ИНДЕКСЫ
opt - оптимальный

T - топливо

i – номер компонента, процесса

ц – цикл

Цель курсовой работы: научить студента методике расчета и основам исследования цикла теплового двигателя. В ходе выполнения работы проводится определение параметров состояния рабочего тела в термодинамических процессах идеального цикла газотурбинного двигателя (ГТД), его энергетических показателей, графическое построение цикла. Результаты расчетов характеристик цикла идеального цикла ГТД, представленные в графической форме, позволяют произвести их сравнительный анализ.

^ 1 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦИКЛАХ ГТД

Циклы ГТД разделяются на две основные группы: с подводом тепла при р = const и при v = const.

Принципиальная схема ГТД с подводом тепла при р =const показана на рис. 1.1. Компрессор 2, приводимый в движение газовой турбиной 4, подает сжатый воздух в камеру сгорания 3, в которую одновременно насосом впрыскивается топливо. Продукты сгорания, образовавшиеся в камере, расширяются в турбине и выбрасываются в атмосферу.
Рис. 1.1. Принципиальная схема ГТД с подводом тепла при р = const : 1 — топливный насос; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — газовая турбина

Предполагая, что процессы в цикле обратимы (цикл обратим), гидравлические и тепловые потери отсутствуют, рабочее тело — идеальный газ с постоянной теплоемкостью, термодинамический цикл представляют ,в P-V и T-S координатах (рис.1.2). Здесь 1-2 - адиабатное сжатие воздуха в компрессоре, 2-3 — изобарный подвод тепла q1- в камере сгорания, 3-4 — адиабатное расширение газа в турбине, 4-1 - изобарный отвод тепла q2 в окружающую среду.
Параметрами цикла являются:

“p “- степень повышения давления воздуха, p=pd*pk = ,

“r” -степень изобарного подогрева рабочего тела, r =.

Параметры газа в узловых точках находят по формулам, связывающим параметры газа в соответствующих процессах цикла, а термический КПД — из общего выражения:

[l,2;3,6,7].
Из выражения для термического КПД следует, что при данном рабочем теле он зависит только от pк, а при одинаковом значении q1 повышение pк приводит к росту h1 и температуры газов перед рабочими лопатками турбины, которая ограничивается прочностью материала лопаток.






Рисунок 1.3 - Конструктивная схема ВРД с турбокомпрессором: 1 - диффузор; 2 - центробежный компрессор; 3 - камера сгорания; 4 - газовая турбина; 5 - сопло.

Рисунок 1.4 - Зависимость величины оптимальной полезной работы цикла ГТД от


На рис. 1.3 представлена конструктивная схема ГТД с турбокомпрессором. Принцип его работы следующий. Набегающий поток воздуха поступает в диффузор 1, сжимается в нем, затем сжимается в компрессоре 2 и поступает в камеру сгорания 3.

Привод компрессора осуществляется от газовой турбины 4, на вращение которой расходуется часть энергии расширяющихся продуктов сгорания, которые окончательно расширяются в сопле 5 до атмосферного давления и изобарно охлаждаются в атмосфере.

Очевидно, что этот цикл ничем не отличается от ранее рассмотренного: 0-1 — адиабатное сжатие воздуха в диффузоре; 1-2 — адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-2 — изобарный подвод тепла, выделяющегося при сгорании топлива; 3-4 — адиабатное расширение рабочего тела (продукты сгорания) в газовой турбине; 4-5 — адиабатное расширение в реактивном сопле. Цикл замыкается изобарой 5-0 при атмосферном давлении.

Расход воздуха на горение топлива, состав и количество продуктов сгорания определяются уравнениями химических реакций окисления элементов горючего. Теоретически необходимое для сгорания топлива количество воздуха определяется массой содержащегося в нем кислорода, обеспечивающего полное сгорание 1 кг топлива при образовании продуктов сгорания.

Отношение действительного количества воздуха G к теоретически необходимому G0 в процессе горения называется коэффициентом избытка воздуха: .

Коэффициент может быть задан заранее или вычислен, в любом случае,

Полезная работа цикла также является функцией

Из графика рис. 1.4 видно, что при малых степенях повышения давления в диффузоре и компрессоре полезная работа за цикл мала. С ростом pk и скорости полета (числа М) работа за цикл возрастает до некоторого оптимального значения, а затем начинает уменьшаться (из-за ограничений по температуре T3).

^ 2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К РАСЧЕТУ

В приложении 1 приведены варианты заданий (исходных данных) для расчета идеального цикла ГТД с тягой R при полете с числом М за время t (час) на заданной высоте H при температуре T3 газа перед турбиной.

В приложении 2 дана международная стандартная атмосфера (МСА), по которой определяются исходные p0, r, T0 и состав воздуха (табл. П1, П2). Общими для всех вариантов заданий являются:

-масса воздуха G = 1 кг;

-расчетная схема ГТД (рис. 1.1, 1.3);

-топливо - керосин различных марок (назначается консультантом) с начальной температурой TT = 300 К. (см. прил. 2, табл. ПЗ).

^ 3 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В ходе расчета идеального цикла ГТД следует определить для поступающего в диффузор двигателя воздуха и продуктов сгорания:

  • мольные доли, массовые доли, изохорные теплоемкости, газовые постоянные, показатели адиабаты;

  • оптимальное значение степени повышения давления воздуха в компрессоре двигателя;

  • потребный коэффициент избытка воздуха a в камере сгорания;

  • параметры рабочего тела в узловых точках цикла 1,2,3,4,5; изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии в процессах и за цикл;

  • теплоту процессов и преобразованное тепло, работу и термический КПД цикла;

  • основные параметры рабочего тела в двух промежуточных точках процессов 1-2 и 3-5;

  • по результатам расчетов построить в P-V и Т-S координатах идеальный цикл ГТД;

  • энергетические характеристики двигателя.

^ 4 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТОВ

4.1 Расчет состава рабочего тела

Расчет массовых и мольных (объемных) долей компонентов для воздуха и продуктов сгорания, молекулярной массы, их теплоемкости (см. [3], с. 336) проводится по соотношениям ([1], с. 18, 33 и 38, [2,3]) для каждого компонента:

; ; ; ;

; .

для газовой смеси:



По таблице MCA (см. прил. 2) для заданной высоты полета принимаются р0; r; T0 для воздуха и его составляющих. Результаты расчетов по п. 4.1 сводятся в табл. 1 и 2.

Расчетные соотношения для продуктов сгорания (реальные циклы) приведены в п. 4.4 и тоже сводятся в таблицы 1 и 2.

^ 4.2 Расчет оптимального значения степени повышения давления в компрессоре ГТД

Для заданного числа М полета оптимальное значение можно получить аналитически из условия, что при его значении полезная работа цикла ГТД — наибольшая. Обычно решение сводится к отысканию максимума функции .

Этот максимум в идеальном цикле достигается при значении pк, равном:



Полученное значение используется в дальнейших расчетах параметров цикла.

^ 4.3 Определение коэффициента избытка воздуха

Основано на обеспечении заданной температуры перед турбиной. Для расчета примем соотношение j для заданного вида топлива (см. прил. 2, табл. П3) CnHm:

и

Определяется коэффициент избытка воздуха по формуле [7]



Здесь F; T1 - промежуточные расчетные зависимости:

;



^ 4.4 Расчет состава продуктов сгорания и рабочей смеси

Проводится по указанию консультанта. Здесь определяются:

- массы компонентов:



- моли компонентов:



- мольные (объемные) доли компонентов:

- массовые доли компонентов:

- количество топлива, сгорающего в 1 кг воздуха, находится по формуле:

- масса рабочей смеси (воздух и топливо):

- массовые доли рабочей смеси:

- теплоёмкость рабочей смеси:

- газовая постоянная:

Указание

При термодинамическом исследовании циклов полагают, что:

- циклы замкнуты (в действительности же продукты сгорания удаляются в атмосферу, а на их место поступает новое рабочее тело);

- рабочее тело в цикле — идеальный газ с постоянной теплоемкостью;

- процесс сгорания, связанный с химическими изменениями состава рабочего тела, —"обратимый процесс подвода тепла q1 извне;

- процесс уноса теплоты, содержащейся в продуктах сгорания, обратимый процесс отвода теплоты q2 от рабочего тела;

- механические потери на трение и потери теплоты в окружающую среду отсутствуют.

При таких предпосылках считают, что тепловые двигатели работают по обратимым термодинамическим циклам с постоянным составом и характеристиками рабочего тела. Поэтому в дальнейшем, приступая к расчетам по п. 5 во всех соотношениях, описывающих процессы цикла, принимаются характеристики для воздуха (k’; R’; Cp’; Cv’). При расчетах реальных (действительных) циклов тепловых машин учитывается состав продуктов сгорания и зависимость теплоемкости компонентов рабочего тела от температуры.

Таблица 1
  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания к курсовой работе iconМетодические указания к курсовой работе Факультет: экономический
Разработка управленческих решений: Методические указания к курсовой работе. – Вологда: Вогту, 2004 – 18 с

Методические указания к курсовой работе iconМетодические указания к курсовой работе по дисциплине «Системный анализ отрасли»
Методические указания к курсовой работе составлены в соответствии с типовой учебной программой дисциплины обязательного компонента...

Методические указания к курсовой работе iconМетодические указания к курсовой работе по «Водоснабжению и водоотведению»...
Методические указания к расчетной работе по курсу “инженерные сети в строительстве”: учебно-методическое пособие. – Владикавказ:...

Методические указания к курсовой работе iconМетодические указания к курсовой работе по дисциплине «Технология...
Производственные предприятия дорожно-строительных подразделений: методические указания к курсовой работе по дисциплине «Технология...

Методические указания к курсовой работе iconМетодические указания к курсовой работе по дисциплине «Основы конструирования...
Трюмные системы: методические указания к курсовой работе по дисциплине «основы конструирования устройств и систем» для студентов...

Методические указания к курсовой работе iconМетодические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Экономика недвижимости»
Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Экономика недвижимости» для студентов дневной формы обучения специальности...

Методические указания к курсовой работе iconМетодические указания к курсовой работе
Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальностей: 270105 ”Городское строительство и хозяйство”,...

Методические указания к курсовой работе iconМетодические указания к курсовой работе «Организация управленческой...
Методические указания по выполнению курсовой работы студентами экономического факультета, обучающимися по направлению 080502 «Экономика...

Методические указания к курсовой работе iconМетодические указания к курсовой работе для студентов специальностей...
Методические указания предназначены для студентов специальностей «Бухгалтерский учет, анализ и аудит», «Экономика и управление на...

Методические указания к курсовой работе iconМетодические указания к выполнению курсовой работы для студентов...
Машины и механизмы: Методические указания к курсовой работе для студентов 3 курса направления подготовки бакалавров 250700 «Ландшафтная...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов