17 Газотурбинные установки

17.31 Расчет термодинамического цикла газотурбинной установки

Рассчитать термодинамический цикл газотурбинной установки (рисунок 1.2), если рабочим телом является смесь идеальных газов следующего состава:

Таблица 1.1

№ Варианта 1

№ состава

смеси

Темп.

Т₁, К

Давление

р₁, МПа

n₁

G, кг/c

1,85

350

0,098

1,41

Таблица 1.2 — Состав рабочей смеси в массовых долях

№ смеси	О₂	N₂	СО	СО₂	Н₂	Воздух
1	0,25	0,35	0,25	0,15	—	—

Рисунок 1.2 – Термодинамический цикл с изобарным подводом тепла

Температура и удельный объем рабочего тела на выходе из осевого компрессор равны соответственно Т₂ и υ₂. Кроме того, заданы показатели политропы в процессах сжатия в осевом компрессоре n₁, а также степень повышения давления в осевом компрессоре π=p₂/p₁, степень предварительного расширения в камере сгорания ρ=υ₃/υ₂ и расход рабочего тела G.

Определить:

1 Значение функций состояния в характерных точках цикла: p, υ, t, u, h, s.

2 Изменения функций состояния: Δu, Δh, Δs; термодинамическую l и потенциальную ω работы и теплообмен q во всех процессах цикла.

3 Работу цикла l_ц, его термический коэффициент полезного действия η_t и КПД цикла Карно η_t^k осуществляемого в том же интервале температур.

4 Теоретическую мощность ГТУ при заданном расходе рабочего тела G.

5 Изобразить цикл в координатах p-υ и T-s.

Начертить схему ГТУ.

Как изменится КПД цикла η_t и его термодинамическое совершенство, если в осевом компрессоре будет происходить изотермический процесс сжатия.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24.

Методические указания.pdf

ВУЗ: ТИУ

Все задачи из: Илюхин К.Н. Чекардовский С.М. Техническая термодинамика ТИУ 2018

17.32 (Вариант 53) Для теоретического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении определить параметры рабочего тела (воздуха) в характерных точках цикла, подведенную и отведенную теплоту, работу и термический КПД цикла, если начальное давление р₁=0,1 МПа, начальная температура t₁=27 ºC, степень повышения давления в компрессоре π, температура газа перед турбиной t₃.

Определить теоретическую мощность ГТУ при заданном расходе воздуха G. Дать схему и цикл установки в pυ- и Ts-диаграммах. Данные для решения выбрать из таблицы 3.

Указание. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры.

Ответить на вопрос: как влияет температура t₃ на мощность ГТУ при выбранной степени повышения давления π?

Таблица 3 – Исходные данные

π=p₂/p₁	t₃, ºС	G, кг/c
7,5	725	60

17.33 В термодинамическом цикле параметры рабочего тела последовательно изменяются в четырех процессах: 1-2 – адиабатное сжатие; 2-3 – изобарный подвод тепла; 3-4 – адиабатное расширение; 4-1 – изобарное охлаждение. Рабочее тело – углекислый газ. Начальные параметры рабочего тела соответствуют нормальным техническим условиям. На участке сжатия затрачивается работа l_сж=121 кДж/кг. После подвода тепла температура газа возрастает до величины t₃=850 ºC.

Является ли приведенный цикл циклом теплового двигателя? Если да, — то какого? Принимая за рабочее тело газ неизменного состава, рассчитать параметры рабочего тела в контрольных точках цикла; теплоту, подведенную к рабочему телу и полезно использованное в цикле тепло, параметр, характеризующий эффективность цикла (КПД, отопительный или холодильный коэффициент). Схематично изобразить цикл в диаграммах р-υ и T-s.

17.34 Для теоретического цикла газотурбинной установки с изобарным подводом тепла определить параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла, полезную работу, количество теплоты, термический КПД, если известны: начальное давление рабочего тела р₁=0,1 МПа, начальная температура t₁=15 ºC, степень повышения давления β=p₂/p₁=8,2, количество подведенного тепла q₁=520 кДж/кг.

Определить также термический КПД цикла Карно для этого же интервала температур. Изобразить принципиальную схему ГТУ и теоретические циклы в р-υ и T-s диаграммах. Теплоемкость считать постоянной.

17.35 Для теоретического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении определить параметры рабочего тела (воздуха) в характерных точках цикла, подведенную и отведенную теплоту, работу и термический КПД цикла, если начальное давление р₁=0,1 МПа, начальная температура t₁=27 ºC, степень повышения давления в компрессоре π, температура газа перед турбиной t₃.

Определить теоретическую мощность ГТУ при заданном секундном расходе воздуха G. Дать схему и цикл установки в pυ и Ts — диаграммах. Данные для решения выбрать из таблицы 3.

Таблица 3 – Исходные данные

Вариант	π=p₂/p₁	t₃, ºС	G, кг/c
38	6	775	40

Указание. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры.

Ответить на вопрос: как влияет температура t₃ на мощность ГТУ при выбранной степени повышения давления π?

17.36 Для идеального цикла ГТУ с изобарным подводом теплоты определить параметры в характерных точках, изменение энтальпии, энтропии и внутренней энергии, работу в каждом из процессов, работу цикла, количество подведенного и отведенного тепла и термический к.п.д., если начальные параметры рабочего тела р=0,1 МПа, t=27 ºC, степень повышения давления в компрессоре равна 6, температура газов за турбиной 600 ºC.

17.37 Для идеального цикла ГТУ с изобарным подводом теплоты определить параметры в характерных точках, изменение энтальпии, энтропии и внутренней энергии, работу в каждом из процессов, работу цикла, количество подведенного и отведенного тепла и термический к.п.д., если начальное давление воздуха определяется давлением р₁=1 бар, температура газов перед входом в турбину t=950 ºC, степень повышения давления в компрессоре равна 7, степень предварительного расширения в камере сгорания ρ=2,2.

17.38 Для идеального цикла ГТУ с изобарным подводом теплоты определить параметры в характерных точках, количество подведенной и отведенной теплоты, работу и термический к.п.д. цикла, если начальные параметры рабочего тела р1=0,1 МПа, t1=27 ºС, степень повышения давления в компрессоре равна 5, в камере сгорания подводится теплота в количестве 500 кДж/кг.

Определить также изменение энтальпии, энтропии и внутренней энергии, количество тепла и работу в каждом из процессов.

17.39 Для идеального цикла газовой турбины с подводом тепла при определить параметры в характерных точках, полезную работу, термический к. п. д., количества подведенного и отведенного тепла, если дано: р_а=0,1 МН/м², t_a=27 ºС, t_z=700 ºС, λ=р_с/р_а=10, k=1,4. Рабочее тело воздух.

17.40 Рассчитать цикл газотурбинной установки с подводом тепла при постоянном давлении. Исходные данные: степень повышения давления π=р₂/p₁; степень предварительного расширения ρ=υ₃/υ₂. Давление и температура на входе в компрессор р₁=1·10⁵ Па, Т₁=300 К. Рабочее тело — идеальный газ (воздух) с молярной массой μ=28,97 кг/кмоль; теплоемкостью с_р=1004 Дж/(кг·К), газовой постоянной R=287 Дж/(кг·К); показателем адиабаты k=1,4. Определить: 1) параметры (р, υ, Т) в узловых точках цикла (1, 2, 3, 4); 2) количества подведенного q₁ и отведенного q₂ тепла; 3) работу компрессора l_k и турбины l_t; 4) работу цикла l_ц и термический КПД η_t.

Таблица 4.1 – Исходные данные

Вариант	π	ρ
20	10,75	2,05

« 1 2 3 4 5 6 … 8 »