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