Расчетно-графическая работа - Исследование и расчет термодинамических циклов - файл n1.doc

приобрести
Расчетно-графическая работа - Исследование и расчет термодинамических циклов
скачать (2018.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2019kb.08.07.2012 21:26скачать

n1.doc

1   2   3

Задание №2


Газотурбинная установка (ГТУ) работает по циклу Брайтона с подводом теплоты при постоянном давлении без регенерации (рис.2.1). Атмосферный воздух с давлением p1 и температурой t1 сжимается в компрессоре (К) и подается в камеру сгорания (КС), в которую поступает соответствующее количество топлива. Образовавшиеся продукты сгорания заданной температуры t3 направляются из КС в газовую турбину (ГТ). Расширяясь в турбине, продукты сгорания понижают свою температуру и выбрасываются в окружающую среду.

Рабочее тело ГТУ считать идеальным газом с термодинамическими свойствами воздуха.



Задание:

1.Определить параметры в характерных точках: коэффициент ?, учитывающий уменьшение подводимой теплоты по сравнению с теоретическим циклом; удельную работу сжатия теоретического цикла ?сж; удельную работу действительного цикла lц; термический ?t и абсолютный внутренний ?i КПД цикла для различных величин степени повышения давления ?.

2.Построить графические зависимости ?=f(?), ?сж=f(?), lц=f(?), ?t=f(?), ?i=f(?).

3.Из полученных графиков оценить оптимальные степени повышения давления из условия максимального внутреннего КПД и максимальной удельной работы цикла.

4.Построить термодинамический цикл газотурбинной установки в p-v и T-s - координатах.

Решение задания №2

Таблица 2.1. Исходные данные для расчета

№ варианта

p1,

МПа

t1,

0С

t3,

0С

?гт,

-

?к,

-

3

0,10

30

1500

0,93

0,83

1. Определение параметров в характерных точках

Точка 1: по заданным давлению p1 и температуре t1 находим удельный объем, энтальпию и энтропию:

p1=0,10 МПа; t1=30 0C;



;



;



.

Таблица 2.2 Параметры в точке 1


p1,

МПа

t1,

0C

?1,

м3/кг

h1,

кДж/кг

s1,

кДж/(кг∙К)

0,1

30

0,87004

30,135

0,10468



Точка 2t: степени повышения давления ? = 6,2 и энтропии s2t=s1 находим давление, удельный объем и энтальпию:

s2t= 0,10468 кДж/(кг∙К)



;







;



;



.

Таблица 2.3 Параметры в точке 2t


p2t,

МПа

t2t,

0C

?2t ,

м3/кг

h2t ,

кДж/кг

s2t ,

кДж/(кг∙К)

0,62

237,41

0,23634

238,478

0,10468



Точка 2: по давлению p2=p2t и внутреннему относительному КПД ?к процесса сжатия находим температуру, энтропию, удельный объем и энтальпию:

p2=0,62 МПа;



;



;







.

Таблица 2.4 Параметры в точке 2


p2,

МПа

t2,

0C

?2 ,

м3/кг

h2 ,

кДж/кг

s2 ,

кДж/(кг∙К)

0,62

279,892

0,25600

281,1515

0,18497



Точка 3: по давлению p3=p2 и температуре t3 находим энтропию, удельный объем, и энтальпию:

p3=0,62 МПа; t3=1500 0C;



;



;



.

Таблица 2.5 Параметры в точке 3


p3,

МПа

t3,

0C

?3,

м3/кг

h3,

кДж/кг

s3,

кДж/(кг∙К)

0,62

1500

0,82080

1506,75

1,35529


Точка 4t: по давлению p4t=p1 и энтропии s4t=s3 находим температуру, удельный объем и энтальпию:

p4t=0,10 МПа; s4t=1,35529 (кДж/(кг∙К));



;



;



.

Таблица 2.6 Параметры в точке 4t


p4t,

МПа

t4t,

0C

?4t ,

м3/кг

h4t ,

кДж/кг

s4t ,

кДж/(кг∙К)

0,10

779,682

3,02163

783,191

1,35529



Точка 4: по давлению p4=p4t и внутреннему относительному КПД ?гт процесса расширения находим температуру, энтропию, удельный объем и энтальпию:

p4=0,10 МПа;



;




;



;





Таблица 2.7 Параметры в точке 4


p4,

МПа

t4,

0C

?4 ,

м3/кг

h4 ,

кДж/кг

s4 ,

кДж/(кг∙К)

0,10

830,104

3,16634

833,839

1,40228


Аналогично рассчитываем параметры в характерных точках в цикле для различных степеней повышения давления ?. Результаты заносятся в таблицу 2.8

Таблица 2.8 Параметры в характерных точках цикла

Степень повышения давления ?

Характерная точка установки

P

t

T

?

h

s

МПа

°С

К

м3/кг

кДж/Кг

КДж/(Кг∙К)

6,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

0,620000

237,406581

510,556581

0,236338

238,474910

0,104676

2

0,620000

279,887447

553,037447

0,256003

281,146940

0,184959

3

0,620000

1500,000000

1773,150000

0,820797

1506,750000

1,355290

4t

0,100000

779,682228

1052,832228

3,021628

783,190798

1,355290

4

0,100000

830,104472

1103,254472

3,166340

833,839942

1,402281

9,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

0,920000

298,344105

571,494105

0,178281

299,686653

0,104676

2

0,920000

353,306150

626,456150

0,195427

354,896028

0,196913

3

0,920000

1500,000000

1773,150000

0,553146

1506,750000

1,242029

4t

0,100000

667,420372

940,570372

2,699437

670,423763

1,242029

4

0,100000

725,700946

998,850946

2,866702

728,966600

1,302419

12,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

1,220000

346,334688

619,484688

0,145731

347,893194

0,104676

2

1,220000

411,126130

684,276130

0,160973

412,976198

0,204597

3

1,220000

1500,000000

1773,150000

0,417126

1506,750000

1,161033

4t

0,100000

594,555745

867,705745

2,490315

597,231246

1,161033

4

0,100000

657,936843

931,086843

2,672219

660,897558

1,231850

16,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

1,620000

398,612896

671,762896

0,119010

400,406654

0,104676

2

1,620000

474,111922

747,261922

0,132385

476,245426

0,211665

3

1,620000

1500,000000

1773,150000

0,314132

1506,750000

1,079651

4t

0,100000

527,028792

800,178792

2,296513

529,400422

1,079651

4

0,100000

595,136777

868,286777

2,491983

597,814892

1,161705

19,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

1,920000

432,024718

705,174718

0,105409

433,968829

0,104676

2

1,920000

514,367130

787,517130

0,117717

516,681782

0,215612

3

1,920000

1500,000000

1773,150000

0,265049

1506,750000

1,030892

4t

0,100000

489,115590

762,265590

2,187702

491,316610

1,030892

4

0,100000

559,877499

833,027499

2,390789

562,396947

1,120063

22,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

2,220000

461,889397

735,039397

0,095025

463,967900

0,104676

2

2,220000

550,348671

823,498671

0,106461

552,825240

0,218825

3

2,220000

1500,000000

1773,150000

0,229232

1506,750000

0,989227

4t

0,100000

458,144710

731,294710

2,098816

460,206361

0,989227

4

0,100000

531,074580

804,224580

2,308125

533,464415

1,084717

25,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

2,520000

488,995179

762,145179

0,086800

491,195658

0,104676

2

2,520000

583,006240

856,156240

0,097507

585,629768

0,221515

3

2,520000

1500,000000

1773,150000

0,201942

1506,750000

0,952851

4t

0,100000

432,136128

705,286128

2,024171

434,080740

0,952851

4

0,100000

506,886599

780,036599

2,238705

509,167589

1,054042

28,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

2,820000

513,884450

787,034450

0,080099

516,196930

0,104676

2

2,820000

612,993314

886,143314

0,090186

615,751783

0,223816

3

2,820000

1500,000000

1773,150000

0,180459

1506,750000

0,920572

4t

0,100000

409,832076

682,982076

1,960159

411,676320

0,920572

4

0,100000

486,143830

759,293830

2,179173

488,331478

1,026968

31,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

3,120000

536,947963

810,097963

0,074519

539,364229

0,104676

2

3,120000

640,780678

913,930678

0,084070

643,664191

0,225818

3

3,120000

1500,000000

1773,150000

0,163107

1506,750000

0,891558

4t

0,100000

390,387556

663,537556

1,904353

392,144300

0,891558

4

0,100000

468,060427

741,210427

2,127274

470,166699

1,002756

34,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

3,420000

558,477479

831,627479

0,069789

560,990628

0,104676

2

3,420000

666,719854

939,869854

0,078872

669,720094

0,227583

3

3,420000

1500,000000

1773,150000

0,148799

1506,750000

0,865211

4t

0,100000

373,209621

646,359621

1,855052

374,889065

0,865211

4

0,100000

452,084948

725,234948

2,081424

454,119330

0,980869

37,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

3,720000

578,697181

851,847181

0,065720

581,301318

0,104676

2

3,720000

691,080941

964,230941

0,074391

694,190805

0,229157

3

3,720000

1500,000000

1773,150000

0,136799

1506,750000

0,841080

4t

0,100000

357,867434

631,017434

1,811020

359,477838

0,841080

4

0,100000

437,816714

710,966714

2,040474

439,786889

0,960909

40,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

4,020000

597,783420

870,933420

0,062179

600,473445

0,104676

2

4,020000

714,076410

987,226410

0,070481

717,289754

0,230573

3

4,020000

1500,000000

1773,150000

0,126591

1506,750000

0,818822

4t

0,100000

344,038880

617,188880

1,771332

345,587055

0,818822

4

0,100000

424,956159

698,106159

2,003565

426,868462

0,942573

43,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

4,320000

615,877672

889,027672

0,059063

618,649121

0,104676

2

4,320000

735,876713

1009,026713

0,067035

739,188158

0,231858

3

4,320000

1500,000000

1773,150000

0,117800

1506,750000

0,798167

4t

0,100000

331,477324

604,627324

1,735280

332,968972

0,798167

4

0,100000

413,273912

686,423912

1,970037

415,133644

0,925621



46,2

1

0,100000

30,000000

303,150000

0,870041

30,135000

0,104676

2t

4,620000

633,095337

906,245337

0,056297

635,944266

0,104676

2

4,620000

756,620888

1029,770888

0,063971

760,025682

0,233032

3

4,620000

1500,000000

1773,150000

0,110150

1506,750000

0,778899

4t

0,100000

319,990070

593,140070

1,702312

321,430025

0,778899

4

0,100000

402,590765

675,740765

1,939376

404,402423

0,909864

2. Определение характеристик цикла

Теоретическая и действительная работы расширения 1кг газа:



;



;

Теоретическая и действительная работы сжатия 1кг газа:



;



;

Теоретическая и действительная удельные работы циклов (без учета расхода топлив):



;



;

Подведенная удельная теплота в цикле:



;



;

Коэффициент, учитывающий уменьшение подводимой теплоты по сравнению с теоретическим циклом:



;

Удельная работа сжатия теоретического цикла:




Термический КПД цикла:



;

Абсолютный внутренний КПД цикла:



.

Аналогично проведем расчеты для различных степеней повышения давления ?. Результаты занесем в таблицу 2.9

Таблица 2.9 Значения при различных степенях повышения давления

Степень повышения давления ?

?

?

lц

?t

?i

6,2

0,9663543

0,1642703

421,898117

0,4062362

0,3442372

9,2

0,9542614

0,2233119

453,022372

0,4695483

0,3932984

12,2

0,9438386

0,2741997

463,011244

0,5106417

0,4233154

16,2

0,931451

0,3346806

462,824682

0,5487247

0,4491243

19,2

0,9228986

0,3764364

457,806270

0,5701065

0,4623987

22,2

0,9147882

0,4160341

450,595344

0,5875731

0,4723594

25,2

0,9070123

0,453999

442,087643

0,6022411

0,4799456

28,2

0,8994957

0,4906975

432,801739

0,6148199

0,4857493

31,2

0,8921837

0,5263973

423,054110

0,625786

0,4901646

34,2

0,8850347

0,5613009

413,045576

0,6354738

0,4934657

37,2

0,8780165

0,5955666

402,907306

0,6441263

0,4958498

40,2

0,871103

0,6293205

392,726785

0,6519252

0,4974624

43,2

0,8642733

0,6626658

382,563197

0,6590095

0,4984135

46,2

0,8575096

0,6956882

372,456895

0,6654879

0,4987877

49,2

0,8507974

0,7284599

362,435419

0,6714469

0,4986508

52,2

0,8441237

0,7610429

352,517444

0,6769561

0,4980548

55,2

0,8374777

0,793491

342,715413

0,6820726

0,4970411

58,2

0,8308497

0,8258514

333,037343

0,6868434

0,4956426

61,2

0,824231

0,8581661

323,488076

0,6913082

0,4938858

65

0,8158489

0,8990906

311,581051

0,6965755

0,4911789

70

0,8048006

0,9530324

296,236955

0,7029323

0,4868477

75

0,7937048

1,0072061

281,256154

0,7087305

0,4816901

80

0,7825367

1,0617327

266,629929

0,7140519

0,4757396

Из графиков видно, что максимальная работа цикла lц достигает при степени повышения давления ? = 12,2. Абсолютный внутренний КПД цикла ?i становится максимальным при ? = 46,2
Задание №3

Парогазовая установка (ПГУ) бинарного типа работает по следующей схеме (рис. 3.1): воздух с давлением p1 и температурой t1 сжимается в компрессоре (К) и подается в камеру сгорания (КС), в которую поступает соответствующее количество топлива. Образовавшиеся продукты сгорания с температурой t3 направляются из КС в газовую турбину (ГТ). Расширяясь в турбине и производя работу, продукты сгорания понижают свою температуру и затем направляются в котел-утилизатор (КУ). Из КУ в паровую турбину (ПТ) поступает пар с давлением p1п и температурой t1п. Давление пара в конденсаторе (К) – p2п. Конденсат отработавшего пара при давлении p2п и температуре насыщения подается питательным насосом (ПН) обратно в КУ.

Рабочее тело газовой части считать идеальным газом с термодинамическими свойствами воздуха (сp=1,0045 кДж/(кг∙К); k=1,40; R=0,287 кДж/(кг∙К)ермодинамическими свойствами воздуха ()льным насосом ()вою температуру). Механический КПД генератора принять равным ?мг=0,98



Рис. 3.1. Принципиальная схема парогазовой установки

Задание:

  1. Для всех характерных точек установки определить параметры : давление p; температуру t; удельный объем ?; удельные энтальпию h и энтропию s; степень сухости х; полный расход рабочего тела.

  2. Определить теоретический и действительный относительные расходы пара в КУ, а также действительные мощности ГТУ, ПТУ, ПГУ.

  3. Рассчитать термический и абсолютный внутренний КПД цикла ПГУ, а также отдельно циклов ГТУ и ПТУ.

  4. Полученные значения КПД сравнить и сделать выводы.

  5. Изобразить термодинамический цикл бинарной ПГУ в T-s – координатах.

Решение задания № 3

Таблица 3.1 Исходные данные для расчета

№ варианта

Газовая часть

Паровая часть

p1,

МПа



°C

t3,

°С

t5,

°С

?,

-

?гт,

-

?к,

-

G,

кг/с

р1п,

МПа

t1п,

°С

р2п,

МПа

?пт,

-

?н,

-

12

0,14

30

1550

95

26

0,88

0,77

195

6

450

0,009

0,90

0,80

1. Расчет газовой части

Точка 1: по заданным давлению p1 и температуре t1 находим удельный объем, энтальпию и энтропию:

p 1 = 0,14 МПа; t1 = 30 0C;



;



;



.

Таблица 3.2 Параметры в точке 1


p1,

МПа

t1,

0C

?1,

м3/кг

h1,

кДж/кг

s1,

кДж/(кг∙К)

0,14

30

0,62146

30,135

0,0081080


Точка 2t: по заданной степени повышения давления ? и энтропии s2t=s1 находим давление, удельный объем и энтальпию:

s2t = 0,0081080 кДж/(кг∙К)



;



;



;



.

Таблица 3.3 Параметры в точке 2t

p2t,

МПа

t2t,

0C

?2t,

м3/кг

h2t,

кДж/кг

s2t,

кДж/(кг∙К)

3,64

495,83

0,060631

498,06

0,0081080

Точка 2 : по давлению p2 = p2t и внутреннему относительному КПД ?к процесса сжатия находим температуру, энтропию, удельный объем и энтальпию:

p2 = 3,64 МПа;



;



;



;



.

Таблица 3.4 Параметры в точке 2

p2,

МПа

t2,

0C

?2,

м3/кг

h2,

кДж/кг

s2,

кДж/(кг∙К)

3,64

634,97

0,071602

637,82737

0,17517

Точка 3: по давлению p3 = p2 и температуре t3 находим энтропию, удельный объем, и энтальпию:

p3 = 3,64 МПа; t3 = 1550 0C;



;



;



.

Таблица 3.5 Параметры в точке 3

p3,

МПа

t3,

0C

?3,

м3/кг

h3,

кДж/кг

s3,

кДж/(кг∙К)

3,64

1550

0,14375

1556,975

0,87525

Точка 4t: по давлению p4t = p1 и энтропии s4t = s3 находим температуру, удельный объем и энтальпию:

p4t = 0,14 МПа; s4t = 0,87525 кДж/(кг∙К);



;



;





Таблица 3.6 Параметры в точке 4t

p4t,

МПа

t4t,

0C

?4t,

м3/кг

h4t,

кДж/кг

s4t,

кДж/(кг∙К)

0,14

445,58

1,47340

447,58511

0,87525

Точка 4: по давлению p4 = p4t и внутреннему относительному КПД ?гт процесса расширения находим температуру, энтропию, удельный объем и энтальпию:

p4 = 0,14 МПа;



;



;



;





Таблица 3.7 Параметры в точке 4

p4,

МПа

t4,

0C

?4,

м3/кг

h4,

кДж/кг

s4,

кДж/(кг∙К)

0,14

578,11

1,74508

580,71150

1,04524

Точка 5: по давлению p5 = p4 и температуре t5 находим энтальпию, удельный объем и энтропию:

p5 = 0,14 МПа; t5= 95 0C;



;










Таблица 3.8 Параметры в точке 5

p5,

МПа

t5,

0C

?5,

м3/кг

h5,

кДж/кг

s5,

кДж/(кг∙К)

0,14

95

0,75471

95,4275

0,20324


Теоретическая и действительная удельные работы расширения газовой части:









Теоретическая и действительная удельные работы сжатия газовой части









Теоретическая и действительная удельные работы газовой части парогазового цикла:









Подведенная теплота в газовой части парогазового цикла:









Термический КПД газовой части парогазового цикла:





Абсолютный внутренний КПД газовой части парогазового цикла:




2. Расчет паровой части

Точку 1п определяем по заданным давлению p1п =9 МПа и температуре

t1п = 460 ­0C с использованием h-s диаграммы.

Таблица 3.9 Параметры в точке 1п


p1п

t1п

?1п

h1п

s1п

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

6

450

0,05217

3302,764

6,7216


Точку 2nt определяем по заданному конечному давлению p2 и энтропии s2nt=s1 c использованием h-s диаграммы.

Таблица 3.11 Параметры в точке 2пt


p2пt

t2пt

?2пt

h2пt

s2пt

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,009

43,76

13,06363

2116,190

6,7216


Точку 2п определяем с помощью расчета действительного процесса расширения пара в паровой турбине:



Из (1.1) определяем h2п :



h2п (кДж/кг)

По найденной h2п и известному p2п определим все остальные параметры точки 2п с использованием h-s диаграммы.

Таблица 3.12 Параметры в точке 2п


p2п

t2п

?2п

h2п

s2п

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,009

43,76

13,86551

2234,8474

7,0960


Параметры точек 3п, 4пt, 4п определим с помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара. Точку 3п определяем по давлению p3п = p2п как жидкость, находящаяся в состоянии насыщения.

Таблица 3.13 Параметры в точке 3п


p3п

t3п

?3п

h3п

s3п

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

0,009

43,79

0,0010094

183,28

0,6224



Точку 4пt определим по давлению p4пt = p1п и энтропии s4пt=s3п..

Таблица 3.14 Параметры в точке 4пt


p4пt

t4пt

?4пt

h4пt

s4пt

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

6

43,95

0,00101

189,311

0,6224



Из расчета действительного процесса сжатия воды в питательном насосе определим энтальпию точки 4п :



h4п= 183,28+(189,311-183,28)/0,8=190,81875 (кДж/кг)

По энтальпии h4п и давлению p4п = p4пt определим все остальные параметры точки 4п.

Таблица 3.15 Параметры в точке 4п


p4п

t4п

?4п

h4п

s4п

МПа

0С

м3/кг

кДж/кг

кДж/(кг∙К)

6

44,32

0,00101

190,81875

0,6272
1   2   3


Задание №2
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации