Читайте также:
|
Задача. Для идеального цикла газовой турбины с подводом тепла при P =const (рис. 10.2) найти параметры в характерных точках, полезную работу, термический к.п.д., количество подведенной и отведенной теплоты, если 
=100 кПа; 
=27°С; 
=700°С; 
=10; 
=1,4 (µ=28,96 
).
Рабочее тело – воздух. Теплоемкость принять постоянной.
Решение
Точка 1. 
(
=300 К).
Точка 2. 
=(
) 
; 
; 
=579 К; 
=306°С; 
= 
=1 МПа; 
=0,166 
.
Точка 3. 
=973 К; 
= 
=1 МПа; 
=0,279 
.
Точка 4. 
, 
=504 К; 
= =0,1 МПа; 
; 
=1,45 .
Количество теплоты. 
Так как для двухатомных газов 
=29,31 
(табл. 4.1), 
= 
; 
= 
;
.
Работа цикла 
Термический к.п.д. 
Задачи
При решении задач считать, что рабочее тело обладает свойствами идеального газа.
10.1. Для идеального цикла газовой турбины с подводом теплоты при Р =const найти параметры в характерных точках, полезную работу, термический к.п.д., количество подведенной и отведенной теплоты, если Р 1=100 кПа, t 1=27°С, t 3=800°С, β= Р 2/ Р 1=12, k =1,4.
10.2. Для идеального цикла газотурбинной установки (ГТУ) с подводом теплоты при Р =const определить параметры в характерных точках, полезную работу, термический к.п.д., количество подведенной и отведенной теплоты. Известны следующие параметры: Р 1= 1,0 бар, t 1=17°С, t 3=600°С, β=10. Рабочее тело – воздух. Теплоемкость считать постоянной.
10.3. ГТУ работает по циклу Брайтона. Известны параметры: Р 1=0,1 МПа, t 1=37°С, t 4=450°С, степень увеличения давления β=12. Рабочее тело – воздух. Определить параметры в характерных точках цикла, количество подведенной и отведенной теплоты, работу, совершаемую за цикл, и термический к.п.д. Теплоемкость считать постоянной.
10.4. Газотурбинная установка работает по циклу с подводом теплоты при P= const. Степень повышения давления β=15.
Рассчитать термический к.п.д. ГТУ для двух случаев: 1) рабочим телом является воздух; 2) рабочим телом является гелий.
10.5. Компрессор газотурбинной установки сжимает воздух с начальными параметрами Р 1=1 бар и t 1=5°С до давления Р 2=0,8 МПа. Внутренний относительный к.п.д. компрессора равен 0,84. Определить температуру воздуха на выходе из компрессора и мощность привода компрессора N к, если известно, что компрессор должен подавать 105 кг/ч воздуха.
10.6. В турбину ГТУ входит гелий с параметрами Р 3=1,0 МПа; t 3=700°С. Внутренний относительный к.п.д. турбины равен 0,87, давление за турбиной Р 4=1 бар. Определить температуру гелия на выходе из турбины, а также его массовый часовой расход, если действительная мощность турбины N т=40 МВт.
10.7. Для ГТУ, работающей со сжиганием топлива при Р =const, известно: Р 1=1бар, t 1=27°С, t 3=820°С, ηт0 i = 0,90; ηк0i= 0,88, производительность компрессора 360 т/ч, степень повышения давления β=8. Определить параметры характерных точек идеального и реального циклов ГТУ, термический и внутренний к.п.д. ГТУ, теоретические и действительные мощности турбины, компрессора и всей установки в целом. Считать, что рабочим телом является воздух; теплоемкость воздуха рассчитывать по молекулярно-кинетической теории.
10.8. Для ГТУ с регенерацией тепла известно: Р 1=1 бар, t 1 =20°С, β= Р 2/ P 1=5,6, t 3=820°С. Внутренние относительные к.п.д. турбины и компрессора ηто i =0,87 и ηкo i =0,84 соответственно. Регенерация предельная, рабочее тело обладает свойствами воздуха, теплоемкость которого следует рассчитывать по молекулярно-кинетической теории. Определить параметры всех точек цикла и внутренний к.п.д. ГТУ при условии выключения системы регенерации. Рассчитать термический к.п.д. ГТУ с регенерацией.
10.9. ГТУ работает по циклу с подводом тепла при Р = const без регенерации. Известны степень повышения давления в цикле, равная 7 и степень предварительного расширения, равная 2,5. Рабочее тело – воздух. Найти термический к.п.д. этого цикла и сравнить его с циклом поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при Р = const при одинаковых степенях сжатия и при одинаковых степенях расширения. Представить цикл в T-s -диаграмме.
10.10. Газотурбинная установка работает с подводом теплоты при постоянном объеме и с полной регенерацией тепла. Известны параметры: t 1=27°С и t 5=400°С, β=4. Рабочее тело – воздух. Определить термический к.п.д. этого цикла. Изобразить цикл в диаграммах T-s и Р-ν.
10.11. Построить график зависимости термического к.п.д. идеального цикла газотурбинной установки с подводом теплоты при Р = const для степеней повышения давления, равных 2, 4, 6, 8 и 10.
10.12. Известно, что термический к.п.д. простейшей ГТУ с подводом теплоты при Р =const возрастает с увеличением степени повышения давления β. Как будет изменяться термический к.п.д. с ростом β при неизменной температуре перед турбиной, если ГТУ работает с предельной регенерацией? Задачу решить с помощью Т-s -диаграммы.
10.13. Швейцарской фирмой «Эшер Висс» спроектирована газотурбинная установка, работающая по замкнутой схеме, с нагреванием газа в атомном реакторе. Рабочим телом является гелий при высоком давлении. В отличие от обычных схем ГТУ в данной установке вместо камеры сгорания установлен атомный реактор, и так как схема замкнутая, то газ не выбрасывается в атмосферу, а поступает в охладитель газа и далее вновь к компрессору. Параметры гелия по тракту ГТУ следующие: Р 1=2,94 МПа; t 1=32°С; Р 2=4,57 МПа; Р 3=4,53 МПа; t 3=32°С; Р 4=7,02 МПа; Р 5=6,87 МПа; t 5=469°С; Р 6=6,76 МПа; t 6=760°С; Р 7=3,04 МПа; Р 8=2,99 МПа. Через ГТУ проходит 100 кг/с гелия. Внутренние относительные к.п.д. компрессоров равны 88%, внутренний относительный к.п.д. турбины ηтo i =88,9%.
1). С помощью приведенных данных рассчитать схему ГТУ.
2). Рассчитать температуры в точках 2, 4, 7 и 8, действительную мощность турбины и двух компрессоров, действительную мощность ГТУ на лопатках, а также электрическую мощность на клеммах генератора, приняв механический к.п.д. ηм=0,985, а к.п.д. генератора ηг=0,976.
3). Рассчитать электрический к.п.д. ГТУ. Представить цикл ГТУ в T-s -диаграмме.
Приложение
Характеристики и свойства воды и некоторых газов
| Газ | Химическое обозначение | Молярная масса | Плотность, кг/м3 | Критическая температура, °С | Критическое давление, МПа | Критический объем, м3/кг |
| Воздух | 28,97 | 1,2928 | –140,6 | 3,769 | 0,003196 | |
| Гелий | He4 | 4,0026 | 0,1785 | –267,95 | 0,226 | 0,014343 |
| Аргон | Ar | 39,9440 | 1,7839 | –122,5 | 4,858 | 0,001876 |
| Водород | H2 | 2,01590 | 0,08987 | –239,9 | 1,2568 | 0,032258 |
| Азот | N2 | 28,0134 | 1,2505 | –146,9 | 3,396 | 0,003835 |
| Кислород | O2 | 31,9968 | 1,42895 | –118,38 | 5,087 | 0,00246 |
| Хлор | Cl2 | 70,904 | 3,22 | 7,711 | 0,001715 | |
| Окись углерода | CO | 28,009 | 1,2500 | –140 | 3,496 | 0,003322 |
| Двуокись углерода | CO2 | 44,0079 | 1,9768 | 31,05 | 7,383 | 0,002137 |
| Сернистый газ | SO2 | 64,0658 | 2,9263 | 157,5 | 8,147 | 0,001904 |
| Аммиак | NH3 | 17,0306 | 0,7714 | 132,4 | 11,298 | 0,0042553 |
| Вода | H2O | 18,014 | 0,998 | 374,12 | 22,115 | 0,003147 |
Литература
1. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 1969.
2. Дрыжаков Е.В., Исаев С.И., Корнейчук Н.К. и др. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче. – М.: Высшая школа, 1968.
3. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. – М.: Энергоатомиздат, 1983.
4. Андрианова Т.А., Дзампов Б.В., Зубарев В.Н., Ремизов С.А. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Энергоатомиздат, 1981.
5. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: Изд-во МЭИ. 1999.
Содержание
| 1. | Параметры состояния ……………………………..… | |
| 2. | Идеальные газы ……………………………………… | |
| 3. | Смеси идеальных газов ……………………………… | |
| 4. | Первый закон термодинамики………..…………….... | |
| 5. | Процессы изменения состояния идеальных газов …. | |
| 6. | Второй закон термодинамики. Работоспособность газов…………………….………………………….….. | |
| 7. | Вода и водяной пар. Равновесная парожидкостная смесь……...………………………………………..….. | |
| 8. | Цикл Ренкина (цикл паросиловых установок)……... | |
| 9. | Цикл парокомпрессорной холодильной установки… | |
| 10. | Циклы газотурбинных установок …………………… | |
| Приложение….……………………………………….. | ||
| Литература…………………………………………… |
Дата добавления: 2015-10-29; просмотров: 1728 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Циклы газотурбинных установок | | | Прохладительный напиток |