Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 32
Текст из файла (страница 32)
ТРДФ обычно предназначаются для сверхзвуковых скоростей полета. ный /Пуд Рис. 13.4 Двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД) становятся доминирующими силовыми установками в дозвуковой и сверхзвуковой авиации. По сравнению с однокои турными ТРД и турбовинтовыми двигателями ТРДД имеют рЯД преимуществ и, в частности, возможность увеличения термнческо го кпд путем реализации более высоких степеней повышения дав ления и температуры газов перед турбиной.
166 Принципиальная схема ТРДД с раздельными потоками приведена на рис. 13.4, теоретический цикл — на рис. 13.5. Термодииамическнй цикл с подводом теплоты при р=сопз1 реализуется во внутреннем контуре, часть работы расширения (участок 8-2 адиабаты) идет на сжатие вентилятором воздуха второго (наружного) контура. Второй контур выступает в ТРДД в роли дополнительного движителя. На рнс.
13.5, а работа компрессора численно равна пл. ас86, работа вентилятора — пл. 1476, работа турбины — пл. г878, расяолагаемая работа внутреннего контура — пл. 2е56, располагаеиая' работа наружного контура — пл. 8267. На рис. 13.5 б: работа сжатия в компрессоре — пл. ас85; работа сжатия в вентиляторе— ял. 1476; работа расширения в турбине — пл. г878; работа расщирения в реактивном сопле внутреннего контура — пл. 2е66; работа расширения в турбине вентилятора — пл. 8267.
и < 7 к д Рис. 13.5 В этой схеме ТРДД турбина вентилятора приводит вентилятор, поэтому 1„=т(„нли И,— И,-т(И~ — И ) Работа цикла ТРДД с раздельными контурами 1ц — — д~ — да=1,— 1„, нли 1ч=(И И<) (И< Иа)=(И< Ит)+<и(Из Из) (И< Иа) л< (Из Иа) (Из Ив) (13.4) где и= 6,,,/6,,„— степень двухконтурности (отношение расходов воздуха через вентилятор и основной двигатель). Термический кпд имеет вид % Ч! ч< Ие Иа Гв в (13.5) — д, Требованиям высокой экономичности удовлетворяет цикл ЛД прн оптимальном выборе и и и, (п~ — степень повышения давления в вентиляторе), гп и температуры газа перед турбиной.
167 Уменьшение скоростей истечения в реактивных соплах внут реннего и наружного контуров позволяет повысить полетный кпд и вместе с тем снизить удельные расходы топлива. й 1З.З. ЦИКЛ ЖИДКОСТНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Жидкостно-реактивным двигателем (ЖРД) называется двигатель, создающий силу тяги вследствие вытекаиня из сопла продуктов сгорания жидкого топлива. ЖРД получили в настоящее время широкое распространение как силовые установки самолетов, баллистических снарядов, ракет.
Они приыеняются также для бурения скважин в твердых породах. Жидкостно-реактивный двигатель (рис. 13.6) состоит из каме. О ры сгорания 3 с соплом 4, окруженных г охлаждающей рубашкой, системы подачи г у е топлива 1, в которую входят баки, насосы, агрегаты управления. Рабочие компоненты топлива подаются в камеру сгорания через форсунки 2, перемешиваются там и сгорают. Продукты сгорания расширяются в сопловом канале. При этом часть теплоты, которой они обладают, превращается в кинетическую энергию. Скорость истечения газов увеличивается, а давление падает от давления в камере сгорания до давления окружающей среды (при полном расширении). Равнодействующая от сил давления, приложенных к стенке камеры сгорания и сопла, создает силу, направленную в сторону, противоположную истечению, — силу тяги двигателя.
Сила тяги получается непосредственно без каких-либо промежуточных устройств. Она равна Р=Отв, (13.6) я г Рис. 13.6 где 1г' — расход топлива, кг/с; и — скорость в выходном сечении сопла, м/с. Рассмотрим цикл ЖРД с газогенерацией, когда рабочее тело турбины, связанной с насосом горючего Г и окислителя 0 (ТНА), получается в жидкостных газогенераторах. В схеме ЖРД (рис. 13.6) роль газогенератора играет охлаждающая рубашка, в которой жидкий водород превращается в газообразный. Генераторный газ после турбины направляется в камеру сгорания. Работа турбины ТНА 1,=пл. 35б2 (рис.,13.7, а) равна работе насосов 1,=пл.
!ас2. Пл. 2с43 — работа, затраченная на преодоление сопротивления в тракте горючего. Количество теплоты, подводимой к основной камере, складывается из теплоты генератор ного газа 11~' и теплоты дожиганиЯ д~", так что д~ — — г)г'+д~". Процесс горения топлива идет при постоянном давлении и не прерывном увеличении объема продуктов сгорания.
Следователь 168 ио, процесс горения в основной камере можно представить изобарой с-а (рис. 13.7). После этого продукты сгорания поступают в реактивное сопла и расширяются до конечного давдения (процесс а-е). Отработавшие газы выбрасываются из сопла в окружающую среду, унося с собой заключенную в них теплоту. При изучении идеального цикла считают, что 1,=1,. Циклы считают обратимыми, так как процесс горения отождествляется с 'подводом эквивалентного количества теплоты при р=сопз1, а процесс выброса газов в окружающую среду — с отводом эквиваа) с 3), Рис.
13.7 'а =1 —— Ч! где д,=се(Т,— Т,); д,=се(Тг — Т ). Так как в идеальном цикле Т, и Т, малы по сравнению с Т, и Т„то а~=с Т„с),=срТ, и т, .1,=1 — — '=1— Тг Тг)тг Если расширение газа в идеальном цикле осуществляется по адиабате, то, произведя замену найдем — йы — 1)/а (13.7) 169 нентного количества теплоты от рабочего тела также при р= =сопз1. Рабочее тело, участвующее в цикле, рассматривается как .идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Диаграмма идеального цикла в координатах р,о имеет вид, показанный на рис. 13.7, б.
Площадь асае представляет собой работу цикла. Параметром цикла является степень расширения газа б= Ре !Рг. Термический кпд цикла Таким образом, термический кпд цикла определяется прн пол. ном расширении только степенью расширения н прн увеличения последней увеличивается. По мере увеличения степени расшнре. ння рост термического кпд замедляется н применение высоких давлений в камере сгорания нецелесообразно, так как необходимо будет делать ее с более толстыми стенками, а следовательно, и утяжелять двигатель. Большие значения показателя аднабаты И дают больший тер. мнческнй кпд. Повышения А можно достигнуть, увеличив в про дуктах сгорания наличие одноатомных ялн легких газов. С другой стороны, термический кпд цнкла равен отношению теоретической работы цикла 1 =нгт/2 к подведенному количеству теплоты г7г=Ь,— Ь, н тогда газ '6г= (13.8) 2 (Ил — Ис) Таким образом, термический кпд можно связать непосредственно со скоростью в выходном сечении сопла, а следовательно, н с тягой ЖРД прн единичном расходе топлива.
ГЛАВА !4 ЦИКЛЫ НАРОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК Пароснловые установки занимают ведущее место в общей энергетике страны. Рассмотрению циклов пароснловых установок н установлению нх термодннамнческнх особенностей посвящена настоящая глава. $ !4.!. ЦИКЛ РАНКИНА Так как для обеспечения замкнутого парового цикла Карно необходимо сжимать насыщенный пар, а не воду (причем парокомпрессор будет потреблять значительную часть работы, производимую установкой), то зз идеальный цикл паросиловой установки принят не цикл Карно, а другой, называемый циклом Ранкина.
Этот цикл может быть осуществлен в пароснловой установке (рнс. 14.1). В паровом котле 7 за счет теплоты сгорающего в топке топлива происходит процесс парообразовання; пар необходн. мых параметров получается в пароперегревателе 2. Из паропсре. гревателя 2 пар поступает в паровую машину нлн турбину 2, где происходит преобразованне теплоты в работу. Отработанный паР направляется в конденсатор 4 (холодяльннк), где отдает часть теплоты охлаждающей воде н конденсируется.
Полученный кон. денсат насосом б подается обратно в котел. На рнс. 14.2, а, б изображен цикл Ранкнна для перегретого пара на ро- н Тв-днаграммах. В паровом котле прн давлении Рг !70 происходит подогрев и испарение воды (при р~ —— сопи!) — процесс е.Ь, а в пароперегревателе идет изобарный перегрев пара до тем- пературы Т! — процесс Ь-е.
Таким образом, из котла и паропере- гревателя пар выходит с параметрами рь Тп йь Предполагается, что от котла до турбины р~ =сопи!. Далее в машине (турбине) происходит адиабатное расширение Пара до давления ри (процесс е-Т). После рас- ширения температура пара равна Тм а энталь- пия отработавшего пара л,. При этих парамет- рах начнется изобарный процесс конденсации пара (процесс )-!4), в результате которого по- лучится вода при температуре Т, с энтальпией ! аи йк. Конденсат после адиабатного сжатия от давления ри до давления р! в питательном на- сосе поступает в котел. Если пренебречь работой, которая затраче- иа иа питательный насос, 1и„=пл. таган (ро- Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
