Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Энергетический баланс и КПД ГТД
|
|
Газотурбинный двигатель выполняет одновременно две функции: теплового двигателя и движителя. Как тепловой двигатель он преобразует тепловую энергию, выделявшуюся при сгорании топлива, в кинетическую энергию направленного движения газа. Вторая функция ГТД состоит в преобразовании полученного приращения кинетической энергии в полезную работу реактивной тяги.
Обозначим через Q0 количество теплоты, которая была бы сообщена 1 кг воздуха в камере сгорания за 1 с при полном сгорании топлива и отсутствии потерь теплоты за счет теплоотдачи через стенки двигателя, а через Q- действительное количество тепла, сообщаемое 1 кг воздуха за это же время. В соответствии с уравнением сохранения энергии (4.15) тепло Q расходуется на изменение энтальпии рабочего тела и увеличение его кинетической энергии, т.е.
Q=cр(Tс-Tн)+(cс2-V2)/2.
Приращение кинетической энергии является полезным результатом преобразования тепловой энергии. Изменение же энтальпии характеризует потери теплоты в процессе этого преобразования, т.е. теплоты, отводимой в холодильник в соответствии со вторым законом термодинамики. Поэтому совершенство ГТД как теплового двигатель можно оценить, как отношение приращения кинетической энергии ко всей теплоте, внесенной в двигатель с топливом. Это отношение называют внутренним КПД-η вн ГТД. В соответствии с определением
η вн= 
Коэффициент η вн учитывает все потери тепловой энергии в процессе ее преобразования в кинетическую энергию струи газа. У современных ГТД коэффициент η вн составляет 0, 25-0, 4.
Приращение кинетической энергии не полностью используется для совершения полезной работы перемещения самолета в пространстве. Величину полезной работы тяги L пол в единицу времени можно определить как произведения тяги на путь, пройденный самолетом. За 1 с самолет пройдет путь, численно равный скорости полета V. Таким образом, в расчете на 1 кг воздуха L пол=PудV.
Отношение полезной работы L пол к приращению кинетической энергии потока газа называется тяговым КПД ГТД и обозначается η тяг. Согласно определению
η тяг= 
Тяговый КПД оценивает потери кинетической энергии в процессе ее преобразования в полезную работу тяги. Потери кинетической энергии обусловлены тем, что на выходе из двигателя потока газа имеет определенную скорость относительно окружающей среды. Эта скорость равна сс-V. Кинетическая энергия, которую газ имеет на выходе из двигателя, равна 0, 5(сс-V)2, расходуется на перемешивание близлежащих слоев атмосферы. С точки зрения совершения полезной работы эта кинетическая энергия является потерянной.
Выразив Pуд через сс и V, можно показать, что
η тяг= 
Максимальное значение тягового КПД ГТД не превышает 0, 6-0, 7.
Эффективность преобразования тепловой энергии, внесенной в ГТД с топливом, в полезную работу тяги оценивают полным КПД:
η п=PудV/Q0.
(6.7)
Полный КПД характеризует ГТД и как тепловой двигатель, и как движитель. Нетрудно показать, что η п=η внη тяг. Для современных ГТД η п в полете составляет 0, 2-0, 35.
Процесс преобразования в ГТД тепловой энергии в полезную работу тяги можно наглядно представить в виде диаграммы его энергетического баланса (рис. 6.9). Здесь (Q0-Q) – потери
Рис. 6.9. Диаграмма энергетического баланса ГТД
Из за неполного сгорания топлива и теплоотдачи через стенки двигателя; ср(Тс-Тн) и 0, 5(сс-V)-потери, обусловленные тем, что на выходе из двигателя струя газа имеет более высокий по сравнению с набегающим потоком температуру и скорость.
Рис. 1. Диаграмма энергетического баланса одноконтурного ТРД
Для ТРДД с раздельным выходом потоков диаграмма энергетического баланса будет иметь несколько иной вид (рис. 2.), а именно: кроме отмеченных выше потерь, имеют место потери кинетической энергии внешнего контура, которые зависят от степени двухконтурности и гидравлических потерь во внешнем контуре. Эти потери могут составлять значительную часть общих потерь кинетической энергии. Существенное улучшение КПД внешнего контура ТРДД может быть обеспечено за счет аэродинамического совершенствования лопаточных венцов вентилятора.
Рис. 2. Диаграмма электрического баланса ТРДД с раздельным выходом потоков.
|
|