Расчёт теплотехнических параметров смеси, образовавшейся в результате горения.

1. Молекулярная масса газообразного продукта сгорания топлива (смеси газов)

- в камере сгорания:

m_Г = ∑(m_i ∙ r_i) = μ_H2O ∙ r_H2O + μ _RO2 ∙ r_RO2 +  μ _N2 ∙ r_N2+  m_В ∙ r_B =

= 18,016 ∙ r_H2O + 44,01 ∙ r_RO2 +  28,15 ∙ r_N2+ 28,97 ∙ r_В = 18,016 ∙ 0,10108 + 44,01 ∙ 0,04556 +  

+ 28,15 ∙ 0,48694 + 28,97 ∙ 0,3664= 28,1481кг/кмоль;

- перед газовой турбиной:

m_Г = ∑(m_i ∙ r_i) = μ_H2O ∙ r_H2O + μ _RO2 ∙ r_RO2 +  μ _N2 ∙ r_N2+  m_В ∙ r_B =

= 18,016 ∙ r_H2O + 44,01 ∙ r_RO2 +  28,15 ∙ r_N2+  28,97 ∙ r_В = 18,016 ∙ 0,06388 + 44,01 ∙ 0,02513+  

+ 28,15 ∙ 0,2686 + 28,97 ∙ 0,7063 = 30,2794 кг/кмоль.

2. Газовая постоянная газообразного продукта сгорания топливной смеси

- в камере сгорания:

R_Г = μR /μ_Г = 8,3145 /μ_Г = 8,3145 /28,1481 = 0,2954 кДж/(кг∙К);

- перед газовой турбиной:

R_Г = μR /μ_Г = 8,3145 /μ_Г = 8,3145 /30,2794 = 0,2746 кДж/(кг∙К).

3.  Вычисляется молярная энтальпия газообразного продукта сгорания топлива, соответствующая теоретической температуре горения, кДж/кмоль:

- в камере сгорания:

H_Т(t_Т) = (Q^Р_Н ∙ V_Н + H_ПГ(t_ПГ))  + H_B(t_{2 В})  = (Q^Р_Н ∙ V_Н + h_пг ∙ m_пг)  h_{2В КС} ∙ m_В  = (16969,5∙22,414+36,9568∙7,722)∙0,132+605,1435 ∙28,97∙0,868= 65461,36 кДж/кмоль

- перед газовой турбиной:

H_Т(t_Т) = (Q^Р_Н ∙ V_Н + H_ПГ(t_ПГ))  + H_B(t_{2 В})  = (Q^Р_Н ∙ V_Н + h_пг ∙ m_пг)  h_{2В КС} ∙ m_В  = (16969,5∙22,414+36,9568∙7,722)∙0,073+605,1435 ∙28,97∙0,927= 44037,95 кДж/кмоль

4. Принимаем температуру газов перед газовой турбиной: t = t₃ = 1210 ^OC.

5. По этой температуре, используя калькулятор для газов, находим молярные теплоёмкости

- водяных паров: C_{p H2O} = 46,951 кДж/(кмоль∙К);

- трёхатомных газов: C_{p RO2} = 58,447 кДж/(кмоль∙К);

- азота: C_{p N2} = 36,826 кДж/(кмоль∙К);

- воздуха: C_{p В} = 35,037 кДж/(кмоль∙К).

6. Молярная теплоёмкость газообразного продукта сгорания топлива (перед газовой турбиной): C_{p 3} = r_H2O ∙ C_pH2O + r_RO2 ∙ C_pRO2 + r_N2 ∙ C_pN2 + r_B ∙ C_pВ=

= 0,0803∙46,951 + 0,0324∙58,447+ 0,2429∙36,826 + 0,644∙35,037=37,183 кДж/(кмоль∙К).

7. Массовая теплоёмкость газообразного продукта сгорания топлива (перед газовой турбиной): c_{p 3} = C_{p 3} / m_Г = 37,183 / 28,286 = 1,3145 кДж/(кг∙К).

8. Массовая энтальпия газообразного продукта сгорания топлива:

h₃ = с_{p 3} ∙ (t₃+273,15) = 1,3145 ∙ (1210 + 273,15) = 1949,66 кДж/кг.

9. Плотность газообразного продукта сгорания топлива:

Тепловой расчёт газовой турбины (ГТ).

Расчёт параметров газа перед первой ступенью ГТ.

1. Температура газов перед газовой турбиной из расчёта камеры сгорания:

t = t₃ = 1210 ^OC.

2. Массовая теплоёмкость газообразного продукта сгорания топлива из расчёта камеры сгорания:

c_{p 3} = 1,3145 кДж/(кг∙К).

3. Массовая энтальпия газообразного продукта сгорания топлива из расчёта камеры сгорания:

h₃ = 1949,66 кДж/кг.

4. Плотность газообразного продукта сгорания топлива из расчёта камеры сгорания:

5. По температуре, используя калькулятор для газов, находим стандартные энтропии компонентов сгорания

- водяных паров: s⁰_{3 H2O} = 13,8778 кДж/(кг∙К);

- трёхатомных газов: s⁰_{3 RO2} = 6,6225 кДж/(кг∙К);

- азота: s⁰_{3 N2} = 8,5504 кДж/(кг∙К);

- воздуха: s⁰_{3 В} = 8,4314 кДж/(кг∙К).

6. Стандартная энтропия смеси газов на входе в газовую турбину:

s⁰₃ = r_H2O ∙ s⁰_{3  H2O} + r_RO2∙ s⁰_{3  RO2} + r_N2 ∙ s⁰_{3  N2} + r_В ∙ s⁰_{3 В} =

= 0,0803∙13,8778 + 0,0324∙6,6225 + 0,2429∙8,5504 + 0,6443∙8,4314 = 8,8382 кДж/(кг∙К).

7. Давление газа на входе в первую ступень газовой турбины, с учётом аэродинамических потерь в камере сгорания:

p₃ = p_{2 КС} ∙ η^а_ЖТ = 11,9443 ∙ 0,778 = 9,293 бар,

где: η^а_ЖТ = 0,778 – коэффициент аэродинамического сопротивления (аэродинамический КПД) жаровых труб камеры сгорания.

8. Приращение энтропии:

∆s _2-3 = s⁰₃ – s⁰_{2 КС} = 8,8382 – 7,4061 = 1,4321 кДж/(кг ∙ К).

9. Удельная энтропия:

s₃ = s_{2 КС} + ∆s_2-3 = 6,7935 + 1,4321 = 8,2256 кДж/(кг ∙ К).