23Термогазодинамический расчет ГТУ. Термогазодинамический расчет ГТУ на расчетном режиме.
Математическая модель ГТУ на расчетном режиме, в основу которой заложены условия совместной работы отдельных элементов в системе двигателя, определяет физическую взаимосвязь между элементами двигателя. О том, насколько полно представлены физические взаимосвязи между элементами двигателя в математической модели, говорит ее уровень.
Нулевой уровень представляет основные параметры двигателей в виде таблиц или графиков в зависимости от условий работы и параметров рабочего процесса.
Первый уровень характеризует двигатель взаимосвязью между его элементами уравнениями, отражающими реальные условия их совместной работы, с дискретным изменением теплоемкости рабочего тела и формальным заданием значений коэффициентов, характеризующих потери в элементах двигателя (нулевой уровень по элементам).
Второй уровень характеризует двигатель наиболее точными физическими взаимосвязями между его элементами с переменным значением теплоемкости рабочего тела и заданием коэффициентов, характеризующих потери в элементах двигателя на базе детального расчета этих элементов по математическим моделям первого уровня.
Построение математической модели ТРД (ТРДФ) начнем с определения условий совместной работы элементов в системе двигателя и взаимосвязей между параметрами газовоздушного потока, проходящего через двигатель.
1. Баланс расходов в проточной части двигателя. При отсутствии отборов и перепусков воздуха из проточной части двигателя массообмен с внешней средой отсутствует.
Расход воздуха через камеру сгорания
. (7.1)
Расход газа через турбину
. (7.2)
Расход газа через форсажную камеру у ТРДФ или через реактивное сопло у ТРД
. (7.3)
2. Изменение энтальпии газовоздушного потока в проточной части двигателя. Изменение энтальпии в каждом элементе двигателя определяется только процессами, происходящими в этих элементах, так как энергообмен с внешней средой отсутствует. Энтальпия воздуха за компрессором
. (7.5)
Энтальпия газа за камерой сгорания
. (7.6)
Энтальпия газа за турбиной (без учета смешения охлаждающего газа с основным рабочим телом)
.
БИЛЕТ 9
9. Рабочий процесс в камере сгорания ГТУ.Камера сгорания независимо от способа выполнения состоит из двух основных частей – жаровой трубы, в которой происходит сжигание топлива, и внешнего кожуха, располагаемого вокруг жаровой трубы. Топливо впрыскивается через форсунки в начальную, фронтовую часть жаровой трубы. Воздух из компрессора поступает в пространство между кожухом и жаровой трубой, откуда проходит внутрь трубы через имеющуюся в её стенках отверстия; продукты сгорания топлива и избыточный воздух, т.е. газовая смесь, из жаровой трубы выходят в турбину. Принципы организации рабочего процесса:
1. прямоточное движение воздуха и газов, т.е. движение их примерно в одном направлении вдоль оси двигателя от компрессора к турбине, что снижает гидравлические потери и облегчает создание единообразных условий впуска воздуха в жаровую трубу.
2. уменьшение скорости воздуха от 150 – 200 м/с за компрессором до 50 – 70 м/с перед жаровой трубой с соответствующим повышением его статического давления, для чего вначале камеры располагают входной диффузор, образующий переднюю часть кожуха.
3. обеспечение хорошего перемешивания жидкого топлива с воздухом путем его распыливания при подаче в жаровую трубу с помощью форсунок.
4. создание у форсунок во фронтовой части жаровой трубы (в которую подается лишь небольшая доля всего воздуха) области с невысокими скоростями и пониженным давлением, где образуется зона обратных токов раскаленных газов, поступающих из факела пламени. Эти газы обусловливают быстрое испарение и воспламенение части вспрыскиваемого топлива.
5. постепенный впуск воздуха в жаровую трубу для образования в ней двух зон: зоны горения и зоны смешения. В зону горения подается так называемый первичный воздух в количестве, лишь немного превышающем необходимое для полного сжигания топлива (соответствующее 
= 1). Остальной поступающий в жаровую трубу вторичный воздух образует зону смешения и служит для понижения температуры подаваемого в турбину газа до требуемого значения. Поступающие в жаровую трубу струи воздуха турбулизируют поток в трубе, что ускоряет процесс сгорания в зоне горения и улучшает перемешивание газов в зоне смешения.
6. создание вокруг наружной поверхности жаровой трубы воздушного потока, так называемой воздушной рубашки, для чего вся жаровая труба отделяется от внешней среды кожухом.
7. организация внутри жаровой трубы пристеночны струй воздуха путем соответствующего направления входных отверстий; этим достигается пленочное (внутреннее) охлаждение стенок. Камеры дожигания в среде выхлопных газов.Выхл. Газы гту им достаточно выс температуру, а объемная конц окислителя сост 13-16%. В ряде случаев в ПГУ приходится вводить дожигание (происхв среде выхл газов). Это позволяет повысить температуру и мощность ПГУ, стабилизировать параметры генерируемого пара. Организация такого дожигания связано с жесткими требованиями: высокая степень полноты сгорания топлива, уст горение при высоких скоростях, надежное воспламенение топлива , создание равномерных температурных полей после горелок, малое гидросопротивление. Обычно этим требованиям отвечают ммикрофакельные горелки. ВЫпрыск топлива осуществляется в зоне рециркуляции за плохо обтекаемыми телами. При температуре 400-550 град и объемной концентрации О2 13-14% горение возможно при альфа 4-5.
24. Термогазодинамический расчет ГТУ на нерасчетном режиме.
Наличие характеристик компрессора, ГТ и КС позволяют провести расчет в нерасчетном режиме. Исходными данными являются: параметры наружного воздуха, расчетная температура газов перед турбиной, совместные характеристики компр и ГТ, характеристики и вид сжигаемого топлива, расчетные параметры тепловой схемы в базовом режиме.
Расчет в компрессоре используется в качестве исх данных нерасч точки 3. Уточняют ПиК, n превед, изоэнтропный кпд комперссора и ряд хар-к компрессора.
-коэф гидравл сопротивл
Расход возд через компрессор на нерасч режиме 
кг/c
Работа сжатия в компрессоре 
-среднеарифм значение среднелогарифм теплоемкости в интервале температур Тнв-Ткк.
Температура сжатого воздуха за комперссором 
, 
определяют методом последовательных приближений задавая значение 
и уточняя его.
Давление за компрессором 
В результате расчетов определяют: необходимое кол-во воздуха Gохл, определяют требуемое давление охл воздуха и номер отсека из которого его отбирают, расход воздуха через камеру сгорания.
=0,003-0,005 
-утечки через наружные уплотнения компрессора.
-доля охл воздуха. Внутренняя мощность 
-работа сжатия компр до точки соотв отбора на охлаждение, энтальпия сжатого воздуха hкк берутся из таблиц теплофизических свойств воздуха и газов по Ткк, параметру газа 
и молекулярной массе 
Далее выполняется расчет камеры сгорания на нерасчетном режиме, рассчитываются параметры газа перед ГТ hнт и коэффициент избытка воздуха альфа 
Далее определяют основные параметры тела в газовой турбине. Расход газов перед турбиной 
, 
-потери тракта компрессор-кс-входгт. Далее определяют давление газа за турбиной 
, 
-коэффициент гидр сопрот в выходном тракте(диффузор, газовый шибер, газоходы с поворотами, дымовая труба) 
Определяем температуру смеси газов и охл воздуха на выходе из газовой турбины. Условно делится на 2 потока: газ от Тнт до Ткт и второго потока (несколько потоков воздуха охл) от расшир до конечной температуры Ткв=(0,8-0,82)Ткк. Определяем внутреннюю мощность 
, 
-стехеометрический коэффициент. Объемная концентрация кислорода 
Электрическая мощность ГТУ 
БИЛЕТ 10
10. Основные виды топлив, используемых в камерах сгорания ГТУ, их энергетические характеристики. Требования предъявляемые к топливам.
Топлива выполняют следующие функции:
1. Источник тепловой энергии для нагрева раб.тела в ТД цикле.
2. Топливо – раб. тело для получения мех. энергии.
3. Применение топлива в качестве охладителя в системах и элементах ГТУ.
Топливо исп-ся для охлаждения в спец. т/об. Масла системы смазки двигателя или воздуха, идущего на охлаждение турбины.
Требования, предъявляемые к топливам:
1. Максимально высокая массовая уд. теплота сгорания топлива НU (QНР);
2. Высокая уд. теплопроизводительность 
- тепловыделение 1 кг в стехиометрической смеси топлива и воздуха, определяющая max t-ру продуктов сгорания;
3. Высокая работоспособность продуктов сгорания, определяемая комплексом RT*, R – газовая постоянная, T* - t-ра продуктов сгорания, 
, где 
- средняя молекулярная масса прод-в сгорания.
4. Возможность подвода топлива в ГТУ.
5. Достаточная химическая активность и возможность эффект. сжигания.
6. Эксплуатационная пригодность – умеренная токсичность, безопасность, транспортабельность, стабильность при хранении.
7. Умеренная стоимость и достаточные ресурсы.
Попутный газ, синтетический газ, эталонный газ, природный газ, жидкие топлива: керосин, дизельное топливо, высококачественный мазут(Ф-5 или Ф-12)