Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Міністерство освіти та науки ,Стр 1 из 5Следующая ⇒
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ВИЩІЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД «ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» Кафедра «Технічна теплофізика» МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ З ТЕПЛОТЕХНІКИ на тему: «Тепловий розрахунок газотурбінної установки»
(для студентів фаху 6.050401 «Промислова теплотехніка»)
Донецьк, 2012 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ВИЩІЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД «ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» Кафедра «Технічна теплофізика» МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ З ТЕПЛОТЕХНІКИ на тему: «Тепловий розрахунок газотурбінної установки»
(для студентів фаху 6.050401 «Промислова теплотехніка») Розглянуто та ухвалено на засіданні кафедри “Технічна теплофізика”, протокол № 7 від 25.01.2012 Донецьк, 2012 Методичні вказівки до виконання курсової роботи з теплотехніки / Волкова О.Г. - Донецьк, 2012.−25 с.
У методичних вказівках дані рекомендації до виконання курсової роботи з дисципліни «Теплотехніка», передбаченої навчальним робочим планом фаху 6.050401 «Промислова теплотехніка». Тема курсової роботи: тепловий розрахунок газотурбінної установки за різними способами підводу тепла у камері згоряння. У курсовій роботі необхідно визначити вплив різних параметрів на ККД, витрату палива та потужність ГТУ з метою обрання відповідного оптимального устаткування. Виконання курсової роботи потребує знань з технічної термодинаміки, розрахунків спалення палива, а також з курсу «Інформатика та програмування».
Розглянуто та ухвалено на засіданні кафедри “Технічна теплофізика”, протокол № 7 від 25.01.2012
Рецензент доц. кафедри “Промислова теплоенергетика” В.І.Ілющенко
Відповідальний за випуск старший викладач кафедри “Технічна теплофізика” О.Г.Волкова ЗМІСТ
ВСТУП
Задача економії енергоресурсів стоїть перед кожною державою світу. У сучасних умовах ця проблема стала найбільш гостро перед Україною у зв¢язку з подорожченням природничого газу, що транспортується з Росії. Уряд України вимагає від теплоенергетиків використання альтернативних джерел енергії та жорсткої економії природничого газу. Але в Україні, єдиній з країн Європи, досить не розроблено програму енергозбереження. Зараз у ЗМІ висвітлюються різноманітні вирішення цієї проблеми у області теплоенергетики, металургії, сільского господарства, обслуговування. Всі вони мають за мету економію природничого газу. У той же час наша країна багата вугіллям, при видобутку якого здобувається супутний газ, горючий склад якого коливається у дуже широкому діапазоні. На 99 % шахт Донецького регіону він викидається у атмосферу. Використання такого джерела енергії дозволило би не тільки опалювати приміщення, а отримувати більш дешеву електроенергію. Одним зі засобів перетворення теплової енергії у електричну є газотурбінні установки (ГТУ). ГТУ працюють за відкритою та закритою схемами. У першому випадку відпрацьовані продукти згоряння на виході із турбіни викидаються у атмосферу. У другому випадку теплота продуктів згоряння використовується для підігріву палива та повітря, що надаються у камеру згоряння. За конструкцією камери згоряння поділяються на ізобарні та ізохорні. З термодинамічної точки зору, останні є більш економічними, не дивлячись на те, що вони більш складні у обслуговуванні і діють періодично. Для безперервної дії газової турбіни встановлюється декілька паралельно підключених камер згоряння. ГТУ, як правило, низької потужності. Тому для використання здобутого супутного газу слід встановлювати декілька ГТУ, що можна розмістити на невеликій ділянці теріторії здобуваючого стовбуру шахти. Використання супутнього газу є відповіддю на потребу часу. Як відомо, енергоносії є левою часткою у собівартості видобуваємого вугілля. Це надасть можливості значно покращіти економічний стан України. Курсова робота має за мету навчити майбутніх спеціалістів-теплотехників розраховувати теплосилові установки, використовуючи існуючі енергоносії.
1 ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ
Мета курсової роботи: дослідження впливу різних параметрів на ККД, витрату палива та потужність теоретичного та дійсного циклу газотурбінної установки (ГТУ). Задача курсової роботи – визначення: параметрів циклу в усіх станах; кількості теплоти циклу; витрати палива, потужності ГТУ з урахуванням теплоємкості робочого тіла.
2 ЗАВДАННЯ НА ПРОЕКТУВАННЯ
Завдання на проектування видається керівником роботи, містить необхідні вихідні дані. Вихідні дані наведені в додатку А. Параметри робочого тіла в початковому стані (крапка 1): P1 – абсолютний тиск, бар; V1 – початковий об’єм, м3; T1 – абсолютна температура, К.
Характеристики циклу: k – показник адіабати, k = 1,4; b − ступінь підвищення тиску в компресорі; r − ступінь попереднього розширення робочого тіла в камері ізобарного згоряння; l − ступінь підвищення тиску в камері ізохорного згоряння. hтoi, hкoi − відносний внутрішній ККД турбіни та компресора відповідно. Паливо − природничий газ, сухий склад якого містить, %: СН4, N2, О2. Вологість газу W = 15 г/м3, температура палива tт = 20°С. Для спалення палива використовується атмосферне повітря зі змістом кисню О2=21%. Коефіцієнт витрати повітря при спаленні палива у камері згоряння a.
РОЗРАХУНОК СПАЛЕННЯ ПАЛИВА
Заданий склад палива є сухим. Перерахунок на вологий склад робиться за формулою:
. Позначимо . Вміст вологи, %: . Тоді СН4вл = nт × СН4сух і т.д. S = 100%. Нижча теплота згоряння робочого палива: , кДж/м3. Густина палива, кг/м3: .
Визначення складу та густини вологого повітря. Сухе повітря містить 21% О2 та 79% N2. Приймаємо температуру холодного повітря 20°С; при цьому вологість складає dв = 18,9 г/м3. Коефіцієнт перерахунку на вологий склад: . Склад та густина вологого повітря визначаються аналогічно перерахунку палива. Теоретичний об¢єм вологого повітря, необхідний для спалювання 1 м3 палива, м3/м3:
,
де кв=N2/O2=79/21=3,762. Дійсна витрата вологого повітря , м3/м3. Визначення витрати та складу продуктів згоряння. При повному згорянні палива (a>1) об¢єм продуктів згоряння: , м3/м3. Об¢єм вуглекислого газу у продуктах згоряння: , м3/м3. Об¢єм азоту: , м3/м3. Об¢єм кисню: , м3/м3. Об¢єм водяної пари: , м3/м3. Склад продуктів згоряння, %: і т.д. S = 100%. Густина продуктів згоряння: , кг/м3.
Для перевірки правильності розрахунку спалення палива необхідне скласти матеріальний баланс. а) приходні статті балансу, кг: маса палива mт=rт×Vт; Vт = 1 м3; маса повітря mв=rв×Lд. приходна маса mприх= mт+ mв б) витратні статті балансу, кг: маса продуктів згоряння mд=rд×Vд.; витратна маса mрасх= mд. в) нев¢язання матеріального балансу:
ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ЦИКЛУ
Цикл ГТУ складається з наступних процесів: стискування повітря у компресорі (1−2), підведення теплоти (ізобарного чи ізохорного) у камері згоряння (2−3), адіабатного розширення продуктів згоряння у газовій турбіні (3−4) та ізобарного відведення теплоти (4−1) у навколишнє середовище. Цикл ГТУ з ізобарним та ізохорним підведенням теплоти зображено на рисунку 5.1 а, б відповідно. Параметри всіх станів визначаються окремо для кожного виду підведення теплоти. Побудова кривих ліній процесів у PV – і TS – координатах здійснюється по трьох проміжних крапках. PV – і TS – діаграми ідеального циклу ГТУ необхідно привести у пояснювальній записці до курсової роботи.
Рисунок 5.1 – Цикл ГТУ за ізобарним (а) та ізохорним (б) підведенням теплоти
5.1 Стан 1
Параметри робочого тіла в початковому стані P1, V1, T1 задані у вихідних даних. Газова постійна повітря R= 287 Дж/(кг×К). Маса повітря, що надходить у компресор: , кг. Ентропія, Дж/К, повітря у стані 1 визначається вираженням:
де =1,005 кДж/(кг×К) − питома середня масова ізобарна теплоємкість вологого повітря (див. розділ 4) у діапазоні температур від 0 до t1,°С (додаток Е). Для визначення теплоємкостей та ентальпій варто використовувати метод лінійної інтерполяції.
5.2 Стан 2
У курсовій роботі необхідно обрати кращій з двох запропонованих компресорів для стискування повітря. З цією метою треба виконати розрахунок адіабатного стискування повітря (процес 1−2) для обох компресорів, що відрізняються ступенем стискування (bн, bк). Тиск повітря наприкінці процесу , бар. Об’єм стиснутого повітря , м3. Температура повітря , К (°С). При адіабатному стиску , Дж/К.
5.3 Стан 3
Підведення теплоти в процесі 2−3 може здійснюватися по ізобарі або ізохорі (у відповідності із завданням до курсової роботи). При розрахунку параметрів станів 3 і 4 необхідно враховувати параметри стану 2 при bн та bк. Щоб уникнути помилок, пов’язаних із похибкою розрахунків, параметри станів 3 і 4 варто висловити через вихідні дані, тобто через параметри стану 1. а) Ізобарне підведення теплоти: , бар; =r V1/ , м3; Т3=r×Т2= r×Т1× , К (°С); , де Мд − маса продуктів згоряння у камері згоряння, кг. Мд= mд×Vт; Vт − об¢єм продуктів згоряння, м3. Vт=Мв/mв; Мв − маса повітря, кг (п. 5.1); mд, mв − маса продуктів згоряння та повітря відповідно, м3/м3 (визначені при розрахунку спалення палива у розділі 4); − середня масова ізобарна теплоємкість продуктів згоряння, визначена для двох діапазонів температур: t2н − t3н та t2к − t3к, кДж/(кг×К) (додаток Е).
= ,
, − середні масові ізобарні теплоємкості продуктів згоряння, визначені при відповідних температурах (t2н, t3н, t2к, t3к), кДж/(кг×К) (додаток Е) з урахуванням складу продуктів згоряння:
= .
б) Ізохорне підведення теплоти: ; = V1/ , м3; =l×Т1× , К (°С); ,
де − питома середня масова ізохорна теплоємкість продуктів згоряння, визначена для двох діапазонів температур: t2н − t3н та t2к − t3к, кДж/(кг×К) (додаток Ж).
= ,
, − середні масові ізохорні теплоємкості продуктів згоряння, визначені при відповідних температурах (t2н, t3н, t2к, t3к), кДж/(кг×К) (додаток Ж) з урахуванням складу продуктів згоряння:
= ,
5.4 Стан 4
Процес 3 – 4 –адіабатне розширення продуктів згоряння в газовій турбіні. , бар; , м3; , К (°С); S4н= S3н; S4к= S3к. а) Ізобарне підведення теплоти:
Р3=b×Р1; ; = V1×r; Т3=r×Т1× ; =Т1×r.
б) Ізохорне підведення теплоти:
Р3=l×b×Р1, бар; , м3; = V1×l1/к, м3; ; = Т1×l1/к, К (°С).
Після розрахунку параметрів станів для двох запропонованих компресорів варто представити цикли ГТУ у РV − і ТS − координатах.
Додаток А Вихідні дані
У компресорі відбувається адіабатний стиск повітря (k=1,4; R=287 Дж/(кг×К) з початковим тиском Р1=1 бар та температурою T1=300 K. Вміст кисню у сухому повітрі О2=21%. Паливо: природничій газ із вологістю W=15 г/м3 та температурою tт=20°С. Умовні позначення: V1 − об¢єм повітря поперед стискуванням у компресорі, м3; bн, bк − ступінь стискування повітря для двох компресорів; r − ступінь попереднього розшерення робочого тіла у камері ізобарного згоряння; l − ступінь підвищення тиску в камері ізохорного згоряння; , − відносні внутрішні ККД турбіни та компресора відповідно; a − коефіцієнт витрати повітря; СН4, N2, О2 − об¢ємний склад палива.
Номер варіанту визначає викладач. Додаток Б Приклад оформлення листа “РЕФЕРАТ” Додаток В Приклад оформлення листа “Зміст”
Додаток Г МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ УНІВЕРСИТЕТ»
Кафедра “Технічна теплофізика”
«ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ГАЗОТУРБІННОЇ УСТАНОВКИ»
ПОЯСНЮВАЛЬНАЯ ЗАПИСКА Д 050401.49.06.816 КР
Розробив ст. гр. ПТТ10 _________________________________А.Г.Кліменко (підпис) (дата) Керівник ст. викладач __________________________________О.Г.Волкова (підпис) (дата) 20 12
Додаток Д Дисципліна «Теплотехніка» Спеціальність Промислова теплотехніка Курс 2 Група ПТТ10 Семестр 4 ЗАВДАННЯ на курсову роботу студента Кліменко Андрія Генадійовича
1. Тема роботи Тепловий розрахунок газотурбінної установки 2. Строк здачі студентом закінченної роботи 17.05.2012 3. Вихідні дані до роботи (варіант № 9) наведені у таблиці. У компресорі відбувається адіабатний стиск повітря (k=1,4; R=287 Дж/(кг×К) з початковим тиском Р1=1 бар та температурою T1=300 K. Вміст кисню у сухому повітрі О2=21%. Паливо: природничій газ із вологістю W=15 г/м3 та температурою tт=20°С. Таблиця − Вихідні дані
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які підлягають розробці): 4.1 розрахунок спалення палива; 4.2 визначення параметрів циклу; 4.3 визначення теплоти циклу та термічного ККД; 4.4 розрахунок витрати палива; 4.5 визначення потужності ГТУ. 5. Дата видачі завдання 14.02.2012.
Додаток Е Питомі середні ізобарні масові Cpm теплоємкості газів, кДж(кг×К) [1, с. 317]
Додаток Ж Питомі середні масові ізохорні Cvm теплоємкості газів кДж/(кг×К) [1, с. 318]
Додаток К Ентальпія газів h, кДж/м3 [2, с. 25]
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-10-24; просмотров: 34; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.224.64.89 (0.149 с.) |