Газовый цикл Брайтона. Оптимизированные расчеты по выбору параметров

Страницы работы

Содержание работы

Вопрос №52

Газовый цикл Брайтона. Оптимизированные расчеты по выбору параметров.

                                    

i0 – S0 – диаграмма цикла Брайтона.

Мощность газа, Вт, высвобождаемая в цикле Брайтона:                                                    Nц= Nт +Nк, где Nт – мощность газа, высвобождаемая в процессе расширения в турбине или МГД-генераторе;

Nк – мощность, затрачиваемая на сжатие газа в механическом или МГД-компрессоре.

Разность этих мощностей представляет собой полезную мощность, высвобождаемую в цикле, которую можно преобразовать в механическую или электрическую энергию.

В диаграмме i0 – S0:

10-20 – процесс сжатия реального газа в компрессоре, он протекает с ростом энтропии S0, так как наблюдается диссипация механической энергии газа при его трении и переход этой энергии в тепло; 20-30 – процесс нагрева газа в теплообменнике при Р20=const. Энтропия газа растет из-за его нагрева при контакте с первичным источником энергии (термохимический, ядерный, радиоизотопный реакторы, солнечный концентратор и коллектор);

30-40 – процесс расширения газа без теплообмена с внешней средой в турбине или в МГД-генераторе. Энтропия растет из-за диссоциации механической энергии при трении газа и перехода этой энергии в тепло;

40-10 – процесс охлаждения газа в холодильнике. В случае космической установки это холодильник-излучатель. Энтропия S падает из-за отвода тепла.

Если N=G∙L0, где G – массовый расход газа, кг/с; L0 – удельная работа газа, Дж/кг; Nт=Gт∙Lт0 – мощность турбины, Вт; Nк=Gк∙Lк0 – мощность компрессора, Вт, то эффективная мощность цикла равна:

Nц= Gт∙Lт0-Gк∙Lк0.

Если пренебречь расходом сжатого газа на собственные нужды энергоустановки и считать Gт=Gк=G, то эффективная работа цикла Брайтона:

Lц0= Lт0- Lк0, Дж/кг.

В космических условиях используют газотурбинные ЭУ, работающие по замкнутому циклу.

Процесс сжатия в компрессоре

10-20 – адиабатный процесс сжатия газа в компрессоре без теплообмена с окружающей средой, но при наличии диссипации энергии из-за трения реального газа;

10-2иэ0 – изоэнтропный процесс сжатия реального газа без теплообмена и диссипации энергии.

Удельная работа сжатия реального газа, Дж/кг: .

Удельная работа сжатия идеального газа, Дж/кг: .

Эти работы связанны через адиабатный КПД компрессора:

,   .

Вынося Т10 за скобки, получаем:.

Связав температуры и давления с помощью уравнения изоэнтропы 10-2иэ0, находим: , где -степень сжатия компрессора.

Тогда .

Аналогично можно найти работу расширения газа в турбине.

Для реального газа: , где  - теплоемкость при постоянном давлении горячего газа в турбине.

В случае расширения идеального газа в турбине удельная работа расширения вдоль изоэнтропы 30-4иэ0:  

Величины Lт0 и Lтиэ0 связанны величиной адиабатного КПД турбины:

,.Вынося Т30 за скобки, получаем: . Связав температуры и давления с помощью уравнения изоэнтропы 30-4иэ0, находим: , где

 - степень расширения турбины,  - показатель изоэнтропы горячего газа в турбине.

Тогда .

Эффективная работа цикла Брайтона:

Lц0= Lт0- Lк0=.

Связь степени расширения турбины и степени сжатия компрессора: , , где  и  - коэффициенты восстановления полного давления в подогревателе и холодильнике.

Тогда .

Опыт расчетов показывает, что в большинстве случаев величина, .

, где  - величина, характеризующая гидравлическое сопротивление в контуре турбокомпрессора.

Учитывая вышеизложенное можно записать:

Lц0= .

Вынося удельную работу сжатия компрессора за скобки, получаем: Lц0= .

Введя обозначения , - степень подогрева газа в цикле.

Находим Lц0= .

Величина  характеризует гидравлические сопротивления в контуре турбокомпрессора и изменение теплоемкости газа с ростом его температуры.

Видно, что Lц0 зависит от степени подогрева газа в цикле  и его сжатия . Величины  при изменении параметров цикла изменяются слабо.

Похожие материалы

Информация о работе