Turbinowy silnik odrzutowy obieg rzeczywisty. opracował Dr inż. Robert Jakubowski

Transkrypt

1 urbinowy ilni odrzutowy obieg rzezywity oraował Dr inż. Robert Jaubowi

2 Obieg turbinowego ilnia jednorzeływowego -orównanie ilnia idealnego i ilnia rzezywitego (z uwzględnieniem trat) i 3 3 q do 4 S 4 4 l t l v i S do_ q od i wl KS t d

3 3 Proey termodynamizne w zeołah ilnia WLO (INLE, INAKE) 4 DLA PRĘDKOŚCI LOU 0 DLA WARUNKÓW PRZELOOWYC i # # i # # # Entalia we wloie i i Sręż dynamizny π dyn + Ma Straty iśnienia we wloie wl σ Przyrot entroii R R R ln ln lnσ ln wl σ wl

4 3 4 Proey termodynamizne w zeołah ilnia SPRĘŻARKA (COMPRESSOR) Sręż rężari: π n π t i Przyrot entalii w rężare: i i + l Praa rężari: l ( ) Srawność rężari: Zależność zmiany temeratury od rężu rężari: π + η _ iz izentroowa Przyrot entroii R l i i η l i i ln ln _ iz _ iz

5 Proey termodynamizne w zeołah ilnia KOMORA SPALANIA (COMBUSOR, BURNER) Wółzynni trat iśnienia w KS: σ 3 4 Bilan omory alania Qɺ KS qdo iks + al mɺ KS KS ( ' ( τ ) ) ( ) Wółzynni wydzielania ieła w KS (rawność ielna KS) η q ( + τ ) ' do al KS qdo _ t Wuτ al Przyrot entroii + + R KS al _ tr ln ln σ KS q q τ ' do _ t do al,, - Cieło teoretyznie dorowadzone (roe idealny - Cieło rzezywiśie wydzielone w roeie alania -Względne zużyie aliwa -Cieło właśiwe dla owietrza -Cieło właśiwe dla alin -Średnie ieło właśiwe dla roeu alania -emeratura i iśnienia za rężarą - emeratura i iśnienie za omorą alania

6 3 4 Proey termodynamizne w zeołah ilnia URBINA (URBINE) BILANS MOCY URBINA SPRĘŻARKA ( + τ ) al lηm ls Praa turbiny ( ) l i i ' η l l t t t _ iz ( ) SPRAWNOŚĆ URBINY IZENROPOWA Przyrot entroii w turbinie: R ln ln l η ' ( + τ ) m al ' ' ηt + π t ηt l l τ S η ' al m ',, - Praa turbiny - Praa rężari -Względne zużyie aliwa -Srawność mehanizna -Cieło właśiwe dla alin - Wyładni izentroy dla alin -emeratura i iśnienia rzed turbiną - emeratura i iśnienie za turbiną

7 3 4 Proey termodynamizne w zeołah ilnia DYSZA WYLOOWA (NOZZLE) Entalia w dyzy wylotowej i i 4 ' 4 4 Straty iśnienia w dyzy dyz σ Strata rędośi w dyzy ϕ iz Przyrot entroii R R R ln lnσ dyz ln σ dyz Prędość alin na wyjśiu z dyzy wylotowej z równania Bernuliego: ' + ( ) '

8 Bilan energii ilnia Równanie ędu SIŁA CIĄGU (dla zuełnego rozrężu alin w dyzy wylotowej ilnia) Ciąg ilnia: Bilan energii ilnia: K mɺ mv ɺ V mɺ i q e i mɺ + + do _ t tr _ wewn. + + mɺ mɺ V q W e q mɺ mɺ al do _ t u tr _ wewn. + + od Strata energii w ilniu Zmiana energii inetyznej Cieło odrowa dzone

9 Parametry harateryzująe raę ilnia Energetyzne Srawność ielna: lob mɺ V mɺ al η Wu qdo mɺ mɺ Srawność naędowa: Srawność ogólna: jv mɺ V η jv lob mɺ j V m ɺ al ηo j V Wu qdo mɺ mɺ mɺ V q W e q mɺ mɺ al do _ t u tr _ wewn. + + odr

10 DANE,, Ma, π,, mɺ 3 Analiza arametrów termodynamiznyh obiegu ilnia jednorzeływowego Srawnośi oraz traty rzeływowe zeołów ilnia W analizie rzyjęto model gazu doonałego wl 3 4 WLO: + Ma σ σ + Ma wl wl SPRĘśARKA π KOMORA SPALANIA (na odtawie bilanu omory alania) τ al lub mɺ m W W ' ' al 3 3 ' ɺ η u 3 ξ u π + η σ 3 KS

11 Analiza arametrów termodynamiznyh obiegu ilnia jednorzeływowego.d. URBINA (na odtawie bilanu moy turbina-rężara) ( ) ( + τ ) 4 3 ' ηm al DYSZA WYLOOWA 4 ' 4 σ dyz 4 σ dyz 4 ' ' + 4 η η ' ' lub ϕ ' dyz 4 4 ' ' '

12 Analiza arametrów termodynamiznyh obiegu ilnia jednorzeływowego PARAMERY UZYKOWE SILNIKA m al wl 3 4 CIAG SILNIKA V V rędość lotu Ma R (( τ ) ) K mɺ m ɺ mɺ + gdzie: al CIAG JEDNOSKOWY ( + τ ) j al ZUŻYCIE PALIWA mɺ al τ mɺ al mɺ JEDNOSKOWE ZUŻYCIE PALIWA al j K τ al j

13 Analiza arametrów termodynamiznyh obiegu ilnia jednorzeływowego OCENA ENERGEYCZNA SILNIKA PRACA OBIEGU L l OB OB ( + τ al ) m ( + τ al ) Srawność ielna ilnia ( + τ al ) η τ W al Srawność ielna ilnia ηk ( + τ ) j ηo τ W al al u u j Srawność ogólna ilnia Dla V0 ( 0) rawnośi naędowa i ogólna bez względu na doonałość roeów energetyznyh w ilniu ą równe 0.

14 Otymalizaja arametrów obiegu termodynamiznego ilnia jednorzeływowego Polega ona na ozuiwaniu maimum ray obiegu (iągu, iągu jednotowego) i minimum jednotowego zużyia aliwa w zależnośi od arametrów termodynamiznyh ilnia. ( π ) ( π ) ( π ) l,, K,,, lub OB _ max 3 max 3 j _ max 3 d j dπ d d j 3 3 idem π idem 0 0 Wartość arametru, rzy tórej iąg (iąg jednotowy) oiąga maymalną wartość oreśla ię mianem otymalny n. ręż otymalny ( π ) j _ min 3 d, lub j dπ d d j 3 3 idem π idem 0 0 Wartość arametru, rzy tórej jednotowe zużyie aliwa oiąga wartość minimalną oreśla ię mianem eonomizny n. ręż eonomizny

15 PRZYKŁAD Wyznazyć wartość rężu otymalnego dla ilnia o temeraturze 3 dla rędośi Ma 0 i wyoośi 0 dla ilnia o zuełnym rozrężu alin w dyzy wylotowej ( +τ al ) Pozuujemy maimum ray obiegu, gdzie raę obiegu wyraża zależność: lob bo τ al ( ) 4 gdzie dla rozrężu zuełnego w dyzy 4 η σ wlσ KSσ dyzπ, : 3 3 η gdzie o odtawieniu i uorządowaniu: oraz z bilanu -S π ηmη S σ wlσ KSσ dyzπ η o rzy założeniu daje ( + τ al ) π π ηm η η S m ηs dl Wyznazają wartość rężu otymalnego zamiat oblizać różnizę dla obzadanyh warunów można wyznazyć dπ d η mη 3 3 dπ π ( σ wlσ KSσ dyz ) π σ σ η η ( wl KSσ dyz ) d dπ m _ ot

16 Wartość rężu otymalnego, gdy w oiie ilnia uwzględnia ię rawnośi olitroowe rężania i rozrężania π 3 m _ ol _ ol _ ot σ wlσ KSσ dyz η η η ( ) Przedtawiona zależność wazuje, że zwięzenie tonia odgrzania ilnia będzie owodowało wzrot rężu otymalnego. Porawa rawnośi turbiny i rężari będzie taże ię rzyzyniać do wzrotu rężu otymalnego, ale odnozenie wartośi waźniów trat iśnienia w zeołah ilnia, będzie owodowało, że maymalne wartośi iągu będą oiągane rzy niżzyh wartośiah rężu rężari.

17 Charaterytyi wewnętrzne ilnia jednorzeływowego dla tałej wartośi tonia odgrzania w ilniu Ciąg jednotowy i raa obiegu dla ilnia o tałym toniu odgrzania oiągają maimum rzy tej amej wartośi rężu ałowitego ilnia. Natomiat gdy rędość lotu jet więza od zera, to rawność naędowa dla tej watroi rężu jet najmniejza. Sręż ten nazywa ię rężem otymalnym ilnia. Jednotowe zużyie aliwa oiąga minimum rzy rężu więzym od rężu otymalnego. Gdy rędość lotu jet więza od zera, to dla tej wartośi rężu rawność ogólna oiąga wartośi maymalne. Sręż ten nazywa ię rężem eonomiznym ilnia. π σ π π wl dyn

18 Charaterytyi wewnętrzne ilnia jednorzeływowego dla tałej wartośi rężu ałowitego Ciąg jednotowy dla ilnia o tałym rężu ałowitym rośnie ze wzrotem tonia odgrzania. ym amym gdy rędość lotu jet więza od zera rawność naędowa ze wzrotem tonia odgrzania maleje. Jednotowe zużyie aliwa dla ilnia o tałym rężu ze wzrotem tonia odgrzania zybo maleje oiągają wartość najmniejzą rzy toniu odgrzania nieznaznie więzym od minimalnego (eonomizny toień odgrzania, eonomizna temeratura rzed turbiną), a natęnie wzrata. Srawność ogólna zahowuje ię odobnie, z tym że dla eonomiznego tonia odgrzania oiąga wartość najwięzą W ratye analizy dla tałej wartośi rężu ilnia ię nie rowadzi. Natomiat ozuuje ię rężu dla oreślonej wartośi tonia odgrzania, bowiem maymalna temeratura w ilniu najzęśiej jet limitowana ogranizeniami materiałowymi ontruji

19 Wływ wzrotu tonia odgrzania w ilniu na wartośi otymalnego i eonomiznego rężu ilnia Ze wzrotem tonia odgrzania ilnia: wzrata iąg maymalny ilnia, tóry jet oiągany rzy więzyh wartośiah rężu otymalnego obniża ię wartość minimalnego jednotowego zużyia aliwa, tóre jet oiągane rzy więzyh wartośiah reżu eonomiznego rozzerza ię zare ręży, rzy tóryh raa obiegu jet dodatnia. zwięza ię rozbieżność omiędzy wartośiami rężu otymalnego i eonomiznego Charaterytya ta tłumazy dlazego wzrotowi maymalnej temeratury w ilniu mui towarzyzyć wzrot rężu ilnia

20 Dzięuję za uwagę