Термодинамический анализ технической системы

Курсовой проект - Физика

Другие курсовые по предмету Физика

?азовых и паровых турбин. Это позволяет существенно повысить эффективность использования станции, увеличивая эл. КПД до 47%.

ГТУ предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения. Строительство таких электростанций в отдаленных (особенно северных) районах позволяет получить значительную экономию средств за счет исключения издержек на строительство и эксплуатацию протяженных линий электропередач, а для центральных районов - повысить надежность электрического, теплового снабжения как отдельных предприятий или организаций, так и территорий в целом.

1.Описание исследуемой подсистемы Тепловой двигатель

 

Принципиальная схема простейшей ГТУ представлена на рисунке:

 

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема теплового двигателя

 

Атмосферный воздух Т1 с помощью компрессора (К) сжимается Т2 и подается в камеру сгорания (КС). Туда же поступает топливо. Соотношение между количествами топлива и воздуха таковы, что происходит полное сгорание топлива, а полученные продукты сгорания разбавляются избыточным воздухом. Из камеры сгорания смесь газов Т3 поступает в газовую турбину (Т), расширяется, совершая работу, и выбрасывается в атмосферу Т4. Газовая турбина приводит во вращение компрессор, топливный насос и полезную нагрузку (Н).

Процесс в термодинамических диаграммах представлен на рисунке 1.2

Рисунок 1.2 - Диаграмма состояния рабочего тела в ГТУ

 

Оговорим условия идеализации, для которых пригоден принимаемый идеализированный термодинамический цикл:

1)Количество рабочего тела неизменно во всех процессах, протекающих в тепловом двигателе.

2)Отвод теплоты от рабочего тела в ГТУ осуществляется в изобарном процессе. Давление рабочего тела при его расширении в газовой турбине понижается до атмосферного, после чего дымовые газы выбрасываются в окружающую среду на охлаждение.

)Рабочее тело подчиняется законам идеального газа.

)Теплоемкость рабочего тела не зависит от температуры.

)Сжатие и расширение рабочего тела адиабатные.

 

2.Расчет процесса сжатия воздуха в компрессоре

 

Исходные данные:

Степень увеличения давления в компрессоре: .

Относительный внутренний КПД компрессора: .

Температура воздуха перед компрессором (Т1): .

Давление воздуха перед компрессором : .

Расчет:

Для нахождения параметров воздуха за компрессором воспользуемся формулой для адиабатного сжатия:

 

 

Формула для давлений и температур будет выглядеть:

 

 

Отсюда температура:

 

 

Найдем действительную температуру в точке Т2, учитывая необратимое сжатие в компрессоре:

 

 

Учитывая, что для воздуха теплоёмкость не зависит от температуры, получаем:

 

Отсюда:

 

 

Количество воздуха, подаваемое в ГТУ на 1 топлива:

 

 

Рассчитаем энтальпии входного и выходного потоков воздуха для компрессора:

 

 

Тогда работа компрессора будет рассчитываться по формуле:

 

 

3.Расчет камеры сгорания

 

Исходные данные:

Влагосодержание окружающего воздуха: .

Температура топлива: .

Температура перед газовой турбиной: .

Составы топлива и влажного воздуха представлены соответственно в в таблице 1.1 и таблице 1.2:

Таблица 1.1 - Состав топлива:

Компо-Молярная низш.тепл.сгоранияПлотностьРабочая массасухая нент ПГмассаНорм.м.Тымчакпри н.у.табличн.масса кг/кмольккал/м3ккал/м3кг/м3%%СН416,042855585580,716270,30,2%С2Н630,06815226152351,342311,00,1%С3Н844,09421795218021,968511,30,4%С4Н1058,1228338283452,59465,20%5,3%N228,016001,25071,00%1,0%Н2О18,016000,80431,20%0,0%Проверка материального состава топлива по балансу100,00%

Таблица 1.1 - Состав влажного воздуха:

Состав влажного воздухамолярные массы, кг/кмольЕд. измеренияВеличинасодержание N228,01621,32642объемные % 76,1%содержание СО2 44,0110,012871объемные % 0,03%содержание Н2О (соотв. влагосодерж.10 г/кг)18,0160,453963объемные % 2,52%содержание О2326,535074объемные % 20,4%содержание аргона (Ar)39,9480,362155объемные % 0,9%сумма контрольная по балансу28,69100,0%Плотность влажного воздуха (при н.у.)кг/м31,2808Теплоемкость влажного воздухакДж/(м3*гр)1,346Энтальпия вносимого воздуха, Iв кДж/м3 25262

Расчет:

Температура воздуха перед камерой сгорания имеем:

 

 

Для нахождения состава продуктов сгорания воспользуемся методикой подбора коэффициента избытка воздуха, задаваясь им, затем, проверяя, совпадает ли теоретическая температура горения с расчетной адиабатной температурой горения.

Температура адиабатного горения расчетная:

 

После предварительных расчетов получили конечный коэффициент избытка воздуха: , при остальных параметрах, указанных в таблице 1.3:

 

Таблица 1.3 - Состав действительных дымовых газов

Состав действительных д. г. - азота, VN2 % объемн.74,69% - трёхатомных газов, VRO2 % объемн.2,28% - водяных паров, VH2O % объемн.6,21% - кислорода, VO2% объемн.15,93% - аргона VAr% объемн.0,89%Баланс% объемн.100,0%

Расход дымовых газов на природного газа:

Теплоёмкость дымовых газов: .

Энтальпия выхлопных газов действительного состава на ВГ: .

4.Расчет процесса расширения рабочего тела в турбине

 

Исходные данные:

Температура дымовых газов перед ГТУ: .

Температура дымовых газов после ГТУ: .

Расчет:

Для н