Расчет обратимого цикла газового двигателя

Расчетные формулы для подводимой теплоты (q₁), отводимой теплоты (q₂), термического КПД (h_t) циклов № 1 - № 5 (рис. 2.1) приводятся в учебнике [1].

Следует помнить, что работа цикла

,

а термический КПД

.

Для расчета указанных величин нужны температуры в узловых точках цикла. Определение температуры (Т), давления (р), удельного объема (υ) в узловых точках цикла производится по уравнениям:

· состояния идеального газа

;

· связей между параметрами в изохорном, изобарном и адиабатном процессах:

, ,

.

Для рабочего тела (воздуха) газовая постоянная , изохорная мольная теплоемкость показатель адиабаты к = 1,4.

Тема «Расчет обратимого цикла газового двигателя» содержится в [1],
с. 276-301.

Пример расчета цикла ГТД с подводом теплоты при υ = const

Дано: р₁=1бар, t₁=20 ⁰C, , рабочее тело – воздух. Теплоемкость принять постоянной.

Рассчитать: параметры р,υ, Т в узловых точках цикла, а также q₁, q₂, ℓ, h_t обратимого цикла (рис. 2.1).

Точка 1: .

Точка 2:

Точка 3: бар,

Точка 4: бар,

Изохорная теплоемкость воздуха

Изобарная теплоемкость воздуха

подводимая теплота в цикле

отводимая теплота

работа цикла

термический КПД обратимого цикла

.

2.3. Термодинамический анализ цикла
энергетической газотурбинной установки ГТУ–50–800

В газотурбинных двигателях осуществляется цикл Брайтона [1],
рис. 10-16, состоящий из 4^х процессов: двух адиабатных (сжатие и расширение рабочего тела) и двух изобарных (подвод и отвод тепла). Эффективный КПД газотурбинных двигателей невысок и составляет 18-20%.

В стационарных газотурбинных установках можно существенно повысить КПД за счет применения многоступенчатого сжатия воздуха в компрессоре и многоступенчатого расширения продуктов сгорания в турбине, а также регенерации тепла. В этом можно убедиться, рассчитав электрический КПД (h_э) энергетической газотурбинной установки ГТУ–50–800, предназначенной для выработки электроэнергии на тепловой электростанции.

На рис. 2.2 и 2.3 приведены схема и цикл ГТУ –50-800, предназначенной для выработки электроэнергии, электрическая мощность N_э=50МВт, максимальная температура газов t=800^оС.

В действительных (необратимых адиабатных) процессах сжатия и расширения рабочего тела энтропия увеличивается (процессы 1-2, 3-4, 5-6, 8-9, 10-11). Конечные точки обратимых адиабатных (s=const) и изобарных процессов обозначены одним штрихом (2΄, 4΄, 6΄, 9΄, 11΄, 7΄, 12΄).

Дано:

· параметры воздуха на входе в первую ступень компрессора р₁=1бар, t₁=20^оС;

· температуры воздуха на входе во вторую и третью ступени компрессора t₃=t₅=t₁=20^oC;

· степени повышения давления в ступенях компрессора β₁=β₂=β₃=2,62;

· температуры продуктов сгорания на входе в ступени турбины t₈=t₁₀=800^oC;

· степени понижения давления в ступенях турбины одинаковы β₄=β₅;

· коэффициент регенерации s=0,75;

· внутренний относительный КПД ступеней компрессора h_оi^к =0,8;

· внутренний относительный КПД ступеней турбины h_оi^т=0,85;

· КПД камеры сгорания h_кс=0,96;

· механический КПД ступеней турбины h_м^т=0,98;

· механический КПД ступеней компрессора h_м^к=0,97;

· КПД регенератора h_р=0,96;

· КПД генератора электрического тока h_г=0,99;

Рассчитать:

· температуры в узловых точках обратимого цикла (2΄, 4΄, 6΄, 7΄, 9΄, 11΄, 12΄);

· подводимую (q₁, кДж/кг) отводимую (q₂, кДж/кг) теплоту и термический КПД (h_t) обратимого цикла;

· температуры в узловых точках действительного цикла (2, 4, 6, 7, 9, 11, 12);

· подводимую (q_{1 д} , кДж/кг), отводимую (q_{2 д} , кДж/кг) теплоту и внутренний КПД (h_i) действительного цикла;

· эффективную работу ( _е,кДж/кг) газотурбинной установки;

· электрическую работу ( _э,кДж/кг) ГТУ;

· теплоту, выделившуюся при сгорании топлива (q΄, кДж/кг);

· электрический КПД (h_э) газотурбинной установки.

Принять, что рабочее тело обладает свойствами воздуха. Расчеты произвести при постоянной теплоемкости µс_v=20,8 кДж/кмоль×К.

· Сравните полученные значения термического (h_t), внутреннего (h_i) и электрического (h_э) коэффициентов полезного действия и сделайте выводы.

· Сравните электрический КПД газотурбинной установки с эффективным КПД газотурбинного двигателя с циклом Брайтона и сделайте выводы.

Ответы выделите. Найденные значения температур в узловых точках обратимого и необратимого циклов представьте в виде таблицы. Приведите ответы по всем величинам, которые требуется рассчитать.

Поиск по сайту: