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=p_d*p_k = _,

“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 p_к, а при одинаковом значении q₁ повышение p_к 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 p_k и скорости полета (числа М) работа за цикл возрастает до некоторого оптимального значения, а затем начинает уменьшаться (из-за ограничений по температуре T₃).

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 T_T = 300 К. (см. прил. 2, табл. ПЗ).

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.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: