Материал: Белозеров В.И., Яркин А.Н., Кузина Ю.А. Сборник задач по курсу Техническая термодинамика

10.3. ГТУ работает по циклу Брайтона. Известны параметры: Р₁=0,1 МПа, t₁=37°С, t₄=450°С, степень увеличения давления β=12. Рабочее тело – воздух. Определить параметры в характерных точках цикла, количество подведенной и отведенной теплоты, работу, совершаемую за цикл, и термический к.п.д. Теплоемкость считать постоянной.

10.4. Газотурбинная установка работает по циклу с подводом теплоты при P=const. Степень повышения давления β=15.

Рассчитать термический к.п.д. ГТУ для двух случаев: 1) рабочим телом является воздух; 2) рабочим телом является гелий.

10.5. Компрессор газотурбинной установки сжимает воздух с начальными параметрами Р₁=1 бар и t₁=5°С до давления Р₂=0,8 МПа. Внутренний относительный к.п.д. компрессора равен 0,84. Определить температуру воздуха на выходе из компрессора и мощность привода компрессора N_к, если известно, что компрессор должен подавать 10⁵ кг/ч воздуха.

10.6. В турбину ГТУ входит гелий с параметрами Р₃=1,0 МПа; t₃=700°С. Внутренний относительный к.п.д. турбины равен 0,87, давление за турбиной Р₄=1 бар. Определить температуру гелия на выходе из турбины, а также его массовый часовой расход, если действительная мощность турбины N_т=40 МВт.

10.7. Для ГТУ, работающей со сжиганием топлива при Р=const, известно: Р₁=1бар, t₁=27°С, t₃=820°С, η^т_0i = 0,90; η^к_0i = 0,88, производительность компрессора 360 т/ч, степень повышения давления β=8. Определить параметры характерных точек идеального и реального циклов ГТУ, термический и внутренний к.п.д. ГТУ, теоретические и действительные мощности турбины, компрессора и всей установки в целом. Считать, что рабочим телом является воздух; теплоемкость воздуха рассчитывать по молекулярно-кинетической теории.

10.8. Для ГТУ с регенерацией тепла известно: Р₁=1 бар, t₁ =20°С, β=Р₂/P₁=5,6, t₃=820°С. Внутренние относительные к.п.д. турбины и компрессора η^т_оi=0,87 и η^к_oi=0,84 соответственно. Регенерация предельная, рабочее тело обладает свойствами воздуха, теплоемкость которого следует рассчитывать по молекулярно-кинетической теории. Определить параметры всех точек цикла и внутренний к.п.д. ГТУ при условии выключения системы регенерации. Рассчитать термический к.п.д. ГТУ с регенерацией.

10.9. ГТУ работает по циклу с подводом тепла при Р = const без регенерации. Известны степень повышения давления в цикле, равная 7 и степень предварительного расширения, равная 2,5. Рабочее тело – воздух. Найти термический к.п.д. этого цикла и сравнить его с циклом поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при Р = const при одинаковых степенях сжатия и при одинаковых степенях расширения. Представить цикл в T-s-диаграмме.

10.10. Газотурбинная установка работает с подводом теплоты при постоянном объеме и с полной регенерацией тепла. Известны параметры: t₁=27°С и t₅=400°С, β=4. Рабочее тело – воздух. Определить термический к.п.д. этого цикла. Изобразить цикл в диаграммах T-s и Р-ν.

10.11. Построить график зависимости термического к.п.д. идеального цикла газотурбинной установки с подводом теплоты при Р = const для степеней повышения давления, равных 2, 4, 6, 8 и 10.

10.12. Известно, что термический к.п.д. простейшей ГТУ с подводом теплоты при Р=const возрастает с увеличением степени повышения давления β. Как будет изменяться термический к.п.д. с ростом β при неизменной температуре перед турбиной, если ГТУ работает с предельной регенерацией? Задачу решить с помощью Т-s-диаграммы.

10.13. Швейцарской фирмой «Эшер Висс» спроектирована газотурбинная установка, работающая по замкнутой схеме, с нагреванием газа в атомном реакторе. Рабочим телом является гелий при высоком давлении. В отличие от обычных схем ГТУ в данной установке вместо камеры сгорания установлен атомный реактор, и так как схема замкнутая, то газ не выбрасывается в атмосферу, а поступает в охладитель газа и далее вновь к компрессору. Параметры гелия по тракту ГТУ следующие: Р₁=2,94 МПа; t₁=32°С; Р₂=4,57 МПа; Р₃=4,53 МПа; t₃=32°С; Р₄=7,02 МПа; Р₅=6,87 МПа; t₅=469°С; Р₆=6,76 МПа; t₆=760°С; Р₇=3,04 МПа; Р₈=2,99 МПа. Через ГТУ проходит 100 кг/с гелия. Внутренние относительные к.п.д. компрессоров равны 88%, внутренний относительный к.п.д. турбины η^т_oi=88,9%.

1). С помощью приведенных данных рассчитать схему ГТУ.

2). Рассчитать температуры в точках 2, 4, 7 и 8, действительную мощность турбины и двух компрессоров, действительную мощность ГТУ на лопатках, а также электрическую мощность на клеммах генератора, приняв механический к.п.д. η_м=0,985, а к.п.д. генератора η_г=0,976.

3). Рассчитать электрический к.п.д. ГТУ. Представить цикл ГТУ в T-s-диаграмме.

Приложение

Характеристики и свойства воды и некоторых газов

Литература

1. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 1969.

2. Дрыжаков Е.В., Исаев С.И., Корнейчук Н.К. и др. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче. – М.: Высшая школа, 1968.

3. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

4. Андрианова Т.А., Дзампов Б.В., Зубарев В.Н., Ремизов С.А. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Энергоатомиздат, 1981.

5. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: Изд-во МЭИ. 1999.

Содержание

92