Предварительный расчёт состава воздуха

 

Расчёт количества вещества, массовых и мольных долей компонентов и теплоёмкостей производится для воздуха, потребляемого двигателем самолёта на высоте полёта Н=10000 м.

Рассчитаем массовые доли по формуле:

 

 

Обозначим  как  – молекулярная масса смеси:

 

 

Тогда:

 

 

Рассчитаем количество вещества:

 

Найдём удельную газовую постоянную для каждого компонента по формуле:

 

 (3),

 

где R =8,314

Удельные изобарные теплоёмкости компонентов:

Удельные изохорные теплоёмкости компонентов найдём по формуле:

 

 (4)

 

Для газовой смеси определим удельную изобарную теплоёмкость:

 

 

И удельную изохорную теплоёмкость:

 

 

Показатель адиабаты:

 

 

Удельную газовую постоянную:

Определение оптимальной степени сжатия в компрессоре ГТД

 

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

 

Этот максимум в идеальном цикле достигается при значении

 

 (5).

 

Подставив исходные и рассчитанные в разделе 1.1 значения в формулу (5), получим:

 

 

Определение коэффициента избытка воздуха

 

Основано на обеспечении заданной температуры перед турбиной.

Для расчёта примем соотношение  для данного вида топлива :

 

 

Для топлива керосин Т-2 с химической формулой :

Коэффициент избытка воздуха определяется по формуле:

 

 (6), где:

 

 

 

Тогда:

 

 

Расчёт состава продуктов сгорания и рабочей смеси

 

Массы продуктов сгорания:

Количества вещества продуктов сгорания:

Мольные доли компонентов:

 

 (7)

 

Массовые доли компонентов:

 

 (8)

 

Количество топлива, сгорающего в 1 кг воздуха:

 

 

Масса рабочей смеси:

Удельные теплоёмкости рабочей смеси:

Газовая постоянная:

Показатель адиабаты:

Результаты расчётов сведём в таблицы 6 и 7.

 

Таблица 6 – Состав рабочего тела цикла ГТД

Характеристика			Компонент
			N2	O2	CO2	H2O
			0,297	0,260	0,189	0,462
		Воздух	1,039	0,915	0,815	1,859
		Воздух	0,742	0,655	0,626	1,397
			28	32	44	18
G , кг	Воздух		0,752	0,224	0,013	0,011
	Пр. сгор.		0,752	0,2116	0,0244	0,0133
M, кмоль	Воздух		0,0268	0,007	0,000295	0,00061
	Пр. сгор.		0,027	0,0066	0,000555	0,000642
g	Воздух		0,752	0,224	0,013	0,011
	Пр. сгор.		0,751	0,2113	0,0244	0,0133
r	Воздух		0,7729	0,2015	0,0083	0,0173
	Пр. сгор.		0,7759	0,1896	0,0159	0,0184

 

Таблица 7 – Характеристики рабочего тела в цикле ГТД

Рабочее тело	Характеристика
					G, кг
Воздух	1,015	0,727	0,288	1,396	1
Продукты сгорания	1,018	0,729	0,289	1,396	1,0013

Расчет основных параметров состояния рабочего тела в узловых точках цикла ГТД

Прежде чем перейти к расчёту основных термодинамических параметров состояния рабочего тела в узловых точках цикла ГТД, рассчитаем плотность воздуха, поступающего в диффузор, при известных p_0, R и Т₀:

Точка 1. Процесс 0–1 – адиабатное сжатие воздуха в диффузоре:

Точка 2. Процесс 1–2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре:

Точка 3. Процесс 2–3 – изобарный подвод тепла в камере сгорания:

,  – степень повышения температуры

Точка 4. Процесс 3–4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в турбине:

Точка 5. Процесс 4–5 – адиабатное расширение в реактивном сопле ГТД до давления окружающей среды :

 

 

Расчет калорических величин цикла ГТД

Определение изменений калорических величин в процессах цикла

 

Внутренняя энергия в процессе:

 

 (9)

 

Энтальпия:

 

 (10)

 

Энтропия для изобарного процесса вычисляется по формуле:

 

 (11)

 

 

Расчёт теплоты процессов и тепла за цикл

Подводимую и отводимую удельные теплоты в изобарном процессе рассчитаем по формуле:

 

 (12)

 

Таким образом, .

Вычислим : .

Расчёт работы процесса и работы за цикл

 

 – работа сжатия газа в диффузоре

 – работа сжатия газа в компрессоре

 – работа газа в турбине

 – работа реактивного сопла

Рассчитаем :

Результаты расчётов представлены в таблице 8.

 

Таблица 8 – Основные параметры состояния рабочего тела в узловых точках цикла, изменение калорических параметров в процессах и за весь цикл идеального ГТД

Значения	Точки						Для цикла
	0	1	2	3	4	5
	0,265	0,736	5,89	5,89	2,94	0,265	-
	2,427	1,17	0,265	0,66	1,084	6,053	-
	223,3	299	542	1350	1107	557	-
Значения	Процесс						Для цикла
	0–1	1–2	2–3	3–4	4–5	5–0
	55	177	589	-177	-401	-243	0
	77	247	822	-247	-560	-339	0
	0	0	0,9	0	0	-0,9	0
	0	0	822	0	0	-339	483
	-77	-247	0	247	560	0	483

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: