Термодинамический и газодинамический расчет двигателя - файл n1.doc

приобрести
Термодинамический и газодинамический расчет двигателя
скачать (2601 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2601kb.19.09.2012 14:29скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6
ВВЕДЕНИЕ
Основными типами авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), применя-емых в гражданской авиации, являются: турбореактивные (ТРД), двухконтурные турбореактивные (ТРДД), турбовинтовые (ТВД), турбовальные (ТВаД).

Этапы проектирования ГТД включают взаимосвязанные термодинамический и газодинамический расчеты.

Целью термогазодинамического расчета газотурбинного двигателя (ГТД) яв-ляется: определение параметров рабочего тела в характерных сечениях проточной части двигателя, расхода воздуха, удельной тяги и удельного расхода топлива, а также – определение геометрических размеров проточной части контуров дви-гателя.
1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Необходимыми данными для термодинамического расчета ГТД всех типов являются расчетные условия (высота полета и скорость полета ) и параметры рабочего процесса конкретного типа ГТД.

Исходными данными для термодинамического расчета турбореактивных двигателей (ТРД) являются тяга , степень повышения давления воздуха , температура газа перед турбиной .

Исходными данными для термодинамического расчета ТРДД является тяга , степень двухконтурности , степень повышения давления воздуха во внутреннем контуре , степень повышения давления воздуха в наружнем контуре (в вентиляторе) , температура перед турбиной . Пример термодинамического расчета ТРДД приведен в приложении 1.
1.1. Термодинамический расчёт турбореактивных двухконтурных двигателей

без смешения потока


      1. Определение параметров рабочего тела в невозмущенном потоке перед

двигателем
Принципиальная схема ТРДД и обозначение сечений показаны на рис.1.

По таблицам МСА находят параметры атмосферы и для заданной расчетной высоты и определяют параметры заторможенного потока по формулам:

; , где

- показатель адиабаты для воздуха ;

- газовая постоянная воздуха ;


Рис.1

Расчетная схема ТРДД с раздельными соплами
1.1.2. Определение параметров рабочего тела на входе в вентилятор
Температуру и давление воздуха находят по равенствам:

; ,

где - коэффициент восстановления полного давления на входном устройстве.

Для ТРДД и ТРД с тягой до , , с тягой , .


      1. Определение параметров рабочего тела за вентилятором в наружном

контуре
Работу сжатия воздуха в вентиляторе вычисляют по уравнению:

,

где - КПД вентилятора, .

Давление и температуру воздуха определяют по формулам:

;

.
1.1.3. Определение параметров воздуха на выходе из сопла наружного контура
Параметры воздуха перед соплом в ТРДД с укороченным наружным контуром равны параметрам за вентилятором, т. е.

; .

У ТРДД с умеренной степенью двухконтурности (m = 1 - 3) наружный контур, как правило, простирается до сопла внутреннего контура. Поэтому на преодоление гидравлических сопротивлений в наружном контуре от вентилятора до сопла затрачивается часть полного давления, и воздух перед соплом имеет следующие параметры:

; ,

где - коэффициент восстановления полного давления в наружном контуре,

.

Скорость течения воздуха из сопла наружного контура определяют по формуле для полного расширения, полагая при этом, что даже при критическом и неболь-шом сверхкритическом перепадах давлений происходит расширение в косом срезе сопла до наружного давления.

Тогда ,

; ,

где - коэффициент скорости сопла наружного контура;

.
1.1.4. Определение параметров рабочего тела за компрессором
КПД компрессора определяют по приближенной формуле:

,

где - КПД ступени; .

Эффективную работу сжатия воздуха в компрессоре вычисляют по уравнению:

,

а параметры воздуха за компрессором:

; .


1.1.5. Определение параметров рабочего тела на выходе из камеры сгорания
Давление газа перед турбиной определяют по формуле:

,

где - коэффициент восстановления полного давления в камере сгорания, учитывающий гидравлические потери и «тепловое сопротивление» камеры;

.

Температура задана в исходных данных.

Среднюю теплоемкость газа в камере сгорания вычисляют по формуле:

.

Относительный расход топлива определяют по уравнению:

,

где - коэффициент полноты сгорания;

- низшая теплотворность топлива.

В расчетах принимают , .

Средний коэффициент избытка воздуха в камере сгорания вычисляют по формуле:

,

где - количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания

1 кг топлива;

.
1.1.6. Определение параметров газа за турбиной
Эффективную работу всех ступеней турбины ТРДД вычисляют по уравнению:

,

где - относительное количество воздуха, отбираемое на охлаждение деталей турбины.

Относительное количество воздуха зависит от температуры газа перед турбиной.

Ориентировочные значения приведены в табл.1.

Если в соответствии с назначением самолёта должен производить отбор воздуха из компрессора на какие-либо нужды, то при определении работы турбины необ-ходимо учитывать это. Знаменатель уравнения при этом имеет вид:

.

Затраты мощности турбины на привод агрегатов и преодоление трения в подшипниках учитывают механическим КПД . В расчете принимают

.

Температуру и давление газа перед турбиной определяют по формулам:

; ,

где и - показатель адиабаты и газовая постоянная для газа;

- КПД турбины.

В расчетах принимают: .

.

.




Охлаждаемые элементы



До 1200
1200-1300
1300-1400
1400-1500


1500-1600

Диск турбины
Диск, сопловые лопатки первой ступени
Диск, сопловые и рабочие лопатки первой ступени
Диск, сопловые и рабочие лопатки первой ступени, сопловые и рабочие лопатки второй ступени
Диск, сопловые и рабочие лопатки первых двух ступени

0,02-0,03
0,03-0,04
0,04-0,06
0,05-0,08


0,08-0,12



1.1.7. Определение параметров газа в выходном сечении сопла внутреннего

контура
Если ; ,

то расширение в реактивном сопле полное и параметры газа вычисляют по формуле:

; ,

,

где - коэффициент скорости сопла;

.

Если , и сопло сужающееся,

то расширение неполное и параметры газа определяют по формулам:

;

;

, где

- коэффициент восстановления полного давления в реактивном сопле;

.

Если , то целесообразно применить не сужающееся сопло, а сопло Лаваля, которое обеспечит полное расширение газа до . В этом случае скорость истечения газа определяют по формуле для полного расширения.
1.1.9. Определение основных удельных параметров двигателя и расхода воздуха
Удельную тягу внутреннего контура вычисляют по уравнению:

.

При полном расширении газа в реактивном сопле удельную тягу наружного контура находят по формуле:

.

Удельную тягу ТРДД определяют по уравнению:

.

Удельный расход топлива вычисляют по формуле:

.

Расход воздуха через двигатель находят из соотношения:

.

Расходы воздуха через внутренний и наружный контуры определяют по формулам:

; ; .

Внутренний КПД определяют по формуле:

.

Тяговый КПД определяют по формуле:

,

; ,

где - скорость истечения из сопла внутреннего контура, вычисленная по формуле для полного расширения газа в реактивном сопле.

Полный КПД находят по соотношению:

;

1.2. Термодинамический расчет ТРДД со смешением потоков
1.2.1. Определение параметров рабочего тела в основных сечениях проточной

части
В задании на расчет ТРДД со смешением потоков (рис.2) степень двухкон-турности не задают, а определяют в ходе термодинамического расчета. До определения параметров газа за турбиной расчет выполняют по тем же уравне-ниям, что и расчет ТРДД с раздельными соплами.



Рис.2

Расчетная схема ТРДД со смешением потоков
В ТРДД со смешением потоков давление газа за турбиной и давление воздуха, выходящего из наружного контура, должны быть приблизительно одинаковы, т. е. . Из этого условия определяют работу расширения газа в турбине:

.

Степень двухконтурности определяют из условия баланса мощностей турбины, вентилятора и компрессора низкого давления (КНД) по уравнению:

.

Далее расчет производят так же, как и для ТРДД с раздельными соплами вплоть до определения параметров газа за турбиной. После чего переходят к расчету камеры смешения.
1.2.2. Определение параметров рабочего тела на выходе из камеры смешения
На входе в камеру смешения известны параметры воздуха на выходе из наружного контура ( , ) и параметры газа за турбиной ().

Температуру рабочего тела на выходе из камеры смешения вычисляют по уравнению:

,

где - средняя теплоемкость воздуха в интервале температур от до ;

- средняя теплоемкость смеси, вычисляемая по формуле:

.

В приближенных расчетах можно принимать:

; ;
Значение показателя адиабаты находится между и и может быть вычислено по формуле:

.
Газовая постоянная смеси имеет значение между и

, которое определяют по формуле:

;
Давление рабочего тела на выходе из камеры смешения определяют по приближенной формуле:

, где
- коэффициент восстановления полного давления при смешении потоков;

.
1.2.3. Определение параметров рабочего тела на выходе из реактивного сопла
Критический перепад давлений вычисляют по уравнению:

.

При расширение в реактивном сопле неполное и параметры рабочего тела определяют по формулам:

; ; .

При расширение в реактивном сопле полное и параметры рабочего тела определяют по формулам:

; ; ;


1.2.4. Определение основных удельных параметров турбореактивных

двухконтурных двигателей со смешением потоков
Удельную тягу ТРДД со смешением потоков вычисляют по уравнению:

.

Расход воздуха, удельный расход топлива и внутренний КПД определяют по формулам:

; ; ;
  1   2   3   4   5   6


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации