Файл: Курсовая работа по дисциплине Техническая термодинамика.docx
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 239
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования РФ ФГАОУ ВО «Северо – Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова» Физико – технический институт Кафедра теплофизики и теплоэнергетикиКУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине «Техническая термодинамика» 9 вариантВыполнил: студент группы Эо-21 Захарова Ольга ХристофоровнаПроверил: заведующий кафедрыСаввинова Надежда АлександровнаОценка___________________ Подпись__________________ Якутск 2023 год.Содержание Введение………………………………………………………………………….3 Часть 1……………………………………………………………………………5 Часть 2……………………………………………………………………………9 Заключение……………………………………………………………………..13 Список литературы……………………………………………………………14ВведениеГазотурбинные установки относятся к числу двигателей внутреннего сгорания. Газ, получившийся в результате сгорания топлива в камере сгорания, направляется на турбину. Продукты сгорания, расширяясь в сопловом аппарате и на рабочих лопатках турбины, производят на колесе турбины механическую работу.ГТУ по сравнению с поршневыми двигателями обладают целым рядом преимуществ:1) простота силовой установки;2) отсутствие поступательно движущихся частей, что позволяет повысить механический к.п.д.;3) получение больших чисел оборотов, что позволяет существенно снизить вес и габариты установки;4) осуществление цикла с полным расширением и тем самым большим термическим к.п.д.Эти преимущества ГТУ способствовали ее распространению во многих отраслях техники и особенно в авиации.В основе работы ГТУ лежат идеальные циклы, состоящие из простейших термодинамических процессов. Термодинамическое изучение этих циклов базируется на предположениях аналогичных тем, которые были сделаны в предыдущем разделе (циклы ДВС), а именно: циклы обратимы, подвод теплоты происходит без изменения химического состава рабочего тела цикла, отвод теплоты предполагается обратимым, гидравлические и тепловые потери отсутствуют, рабочее тело представляет собой идеальный газ с постоянной теплоемкостью.
К числе возможных идеальных циклов ГТУ относят:а) цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (р = const) - цикл Брайтона;б) цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (v = const);в) цикл с регенерацией теплоты.Во всех циклах ГТУ отвод теплоты при наличии полного расширения в турбине происходит при постоянном давлении.Основным циклом современных паротурбинных установок (ПТУ) является цикл Ренкина на перегретом паре. Перегретый пар с давлением р 1 и температурой t 1 поступает в паровую турбину ПТ (рис. 3.1), где, адиабатически расширяясь, совершает работу. После турбины влажный пар с давлением р 2 поступает в конденсатор К, где, отдавая теплоту охлаждающей воде, полностью конденсируется при p = const и t = const. Конденсат с помощью питательного насоса ПН, адиабатически повышающего его давление до р 1, вновь подается в парогенератор (паровой котел) ПГ, в котором получает теплоту от горячих продуктов сгорания топлива, нагревается при постоянном давлении p 1 до температуры кипения, испаряется, а образовавшийся сухой насыщенный пар перегревается в пароперегревателе ПП до температуры t 1. Теоретический цикл, совершаемый в данной установке, представлен на рис. 3.2.Задание 1. Цикл ГТУОпределить значение эффективного КПД ηe и эффективной мощности Ne ГТУ без регенерации теплоты по заданной степени повышения давления в компрессоре π=Р2/Р1, известным внутренним относительным КПД компрессора ηк и турбины ηт , температуре воздуха перед компрессором t1 , температуре газа перед турбиной t3 и по известному расходу воздуха через ГТУ – Gв. В расчете принимать: теплоемкость воздуха Ср=1050 Дж/кгК; показатель адиабаты к=1,4; механический КПД ГТУ ηм=0,98. Изобразить схему ГТУ без регенерации и дать к ней необходимые пояснения. Показать, как зависит внутренний КПД ГТУ от степени повышения давления в компрессоре ηi =f(π) при Т3=const. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 1. Привести рисунки: принципиальная схема ГТУ, pυ- и TS- диаграмму цикла, зависимость ηi =f(π).
Решение:Удельный объем воздуха в точке 1 по уравнению Клапейрона:Температура воздуха в точке 2 при адиабатном теоретическом сжатии по уравнению адиабатного процесса:При действительном адиабатном сжатии – из выражения внутреннего адиабатного КПД компрессора:Давление сжатого воздуха в точке 2:Удельные объемы воздуха в точках 2, 2д и 3 по уравнению Клапейрона:Температура газа в точке 4 после газовой турбины при адиабатном расширении:а при действительном адиабатном расширении – из выражения внутреннего адиабатного КПД газовой турбины:Удельные объемы газа в точках 4 и 4д по уравнении Клапейрона:Эффективная работа ГТУ:Эффективный КПД ГТУ:Эффективная мощность ГТУ:Для построения цикла ГТУ в Ts-диаграмме необходимо определить изменения энтропии в процессах:Зависимость термического КПД цикла ГТУ от степени повышения давления определялась по выражению:результаты расчетов представлены в табл. 1.
Таблица 1
Табл. 1. Зависимость термического КПД цикла без регенерации теплоты от степени повышения давленияPv-диаграмма ГТУ без Ts-диаграмма ГТУ без регенерации теплоты. регенерации теплоты. ТН – топливный насос; К – компрессор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина; Г – электрический генераторПо принципу действия газовая турбина аналогична паровой. В ее проточной части расширение рабочего тела (газа) также сопровождается превращением теплоты в кинетическую энергию газового потока, которая затем преобразуется в механическую работу нам валу вращающегося ротора. Но в связи с применением газа, обладающего свойствами, отличными от свойств водяного пара, имеются конструктивные отличия между газовыми и паровыми турбинами.Схема ГТУ с одновальным ГТД простого цикла1 — компрессор; 2 — камера сгорания; 3 — турбина; 4 — нагрузка2. 2. Расчет цикла паротурбинной установки (Ренкина).Задание 2. Цикл ПТУ (Ренкина)Водяной пар с начальным давлением Р1=3 Мпа и степенью сухости х1=0,95 поступает в пароперегреватель, где его температура повышается на ∆t; после перегревателя пар изоэнтропно расширяется в турбине до давления Р2. Определить по hs-диаграмме количество теплоты (на 1 кг пара), подведенной к нему в пароперегревателе, работу цикла Ренкина и степень сухости пара х
2 в конце расширения. Определить термический КПД цикла. Определить работу цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар дросселируется до давления P1*. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 2. Привести рисунки: принципиальная схема ПТУ, pυ- и TS- диаграмму цикла Ренкина
Решение:Начальное состояние – точка 0: на пересечении изобары =3 МПа и линии постоянной сухости = 0,95 - энтальпия = 2750 кДж/кг, температура = 233 , удельный объем 0,0339 м3/кг и энтропия Состояние пара после пароперегревателя – точка 1: на пересечении линии изобары = 10 МПа и изотермы - энтальпия = 3208,96 кДж/кг, удельный объем 0,03 м3/кг и энтропия Конечное состояние пара – точка 2: на пересечении изобары = 4,5 кПа и линии постоянной энтропии – энтальпия 1933,44 кДж/кг, степень сухости температура
К числе возможных идеальных циклов ГТУ относят:а) цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (р = const) - цикл Брайтона;б) цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (v = const);в) цикл с регенерацией теплоты.Во всех циклах ГТУ отвод теплоты при наличии полного расширения в турбине происходит при постоянном давлении.Основным циклом современных паротурбинных установок (ПТУ) является цикл Ренкина на перегретом паре. Перегретый пар с давлением р 1 и температурой t 1 поступает в паровую турбину ПТ (рис. 3.1), где, адиабатически расширяясь, совершает работу. После турбины влажный пар с давлением р 2 поступает в конденсатор К, где, отдавая теплоту охлаждающей воде, полностью конденсируется при p = const и t = const. Конденсат с помощью питательного насоса ПН, адиабатически повышающего его давление до р 1, вновь подается в парогенератор (паровой котел) ПГ, в котором получает теплоту от горячих продуктов сгорания топлива, нагревается при постоянном давлении p 1 до температуры кипения, испаряется, а образовавшийся сухой насыщенный пар перегревается в пароперегревателе ПП до температуры t 1. Теоретический цикл, совершаемый в данной установке, представлен на рис. 3.2.Задание 1. Цикл ГТУОпределить значение эффективного КПД ηe и эффективной мощности Ne ГТУ без регенерации теплоты по заданной степени повышения давления в компрессоре π=Р2/Р1, известным внутренним относительным КПД компрессора ηк и турбины ηт , температуре воздуха перед компрессором t1 , температуре газа перед турбиной t3 и по известному расходу воздуха через ГТУ – Gв. В расчете принимать: теплоемкость воздуха Ср=1050 Дж/кгК; показатель адиабаты к=1,4; механический КПД ГТУ ηм=0,98. Изобразить схему ГТУ без регенерации и дать к ней необходимые пояснения. Показать, как зависит внутренний КПД ГТУ от степени повышения давления в компрессоре ηi =f(π) при Т3=const. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 1. Привести рисунки: принципиальная схема ГТУ, pυ- и TS- диаграмму цикла, зависимость ηi =f(π).
| Последняя цифра шифра | t1 , С | t3, С | π | Предпоследняя цифра шифра | ηк | ηт | Gв, кг/с |
| 9 | 5 | 760 | 6,2 | 9 | 0,82 | 0,89 | 57 |
Решение:Удельный объем воздуха в точке 1 по уравнению Клапейрона:Температура воздуха в точке 2 при адиабатном теоретическом сжатии по уравнению адиабатного процесса:При действительном адиабатном сжатии – из выражения внутреннего адиабатного КПД компрессора:Давление сжатого воздуха в точке 2:Удельные объемы воздуха в точках 2, 2д и 3 по уравнению Клапейрона:Температура газа в точке 4 после газовой турбины при адиабатном расширении:а при действительном адиабатном расширении – из выражения внутреннего адиабатного КПД газовой турбины:Удельные объемы газа в точках 4 и 4д по уравнении Клапейрона:Эффективная работа ГТУ:Эффективный КПД ГТУ:Эффективная мощность ГТУ:Для построения цикла ГТУ в Ts-диаграмме необходимо определить изменения энтропии в процессах:Зависимость термического КПД цикла ГТУ от степени повышения давления определялась по выражению:результаты расчетов представлены в табл. 1.
Таблица 1
 | 5 | 6,2 | 7 | 8 | 9 |
 | 0,368 | 0,406 | 0,426 | 0,447 | 0,466 |
2 в конце расширения. Определить термический КПД цикла. Определить работу цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар дросселируется до давления P1*. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 2. Привести рисунки: принципиальная схема ПТУ, pυ- и TS- диаграмму цикла Ренкина
| Последняя цифра шифра | ∆t,  | Р2, кПа | P1*, МПа |
| 9 | 205 | 4,5 | 0,32 |