7.3. Цикли газотурбінних установок (гту).

Основними недоліками поршневих двигунів внутрішнього згоряння є обмеженість їхньої потужності і неможливість адіабатного розширення робочого тіла до атмосферного тиску, що відсутні в газотурбінних установках. В газотурбінних установках робочим тілом є продукти згоряння рідкого або газоподібного палива.

На мал.7.6 дана схема найпростішої газотурбінної установки зі згорянням палива при постійному тиску. Паливним насосом 5 і компресором 4 паливо і повітря через форсунки 6 і 7 надходять у камеру згоряння 1.

З камери продукти згоряння направляються в комбіновані сопла 2, де вони розширюються, і надходять на лопатки газової турбіни 3.

На мал.7.7 і мал. 7.8 представлені ідеальний цикл ГТУ на PV і TS діаграмах.

1-2 - адіабатний стиск до тиску Р₂; 2-3 – підведення теплоти q₁ при постійному тиску Р₂ (згоряння палива); 3-4 – адіабатне розширення до первісного тиску Р₁; 4-1 – охолодження робочого тіла при постійному тиску Р₁ (відвід теплоти q₂);

1-2 - адіабатний стиск до тиску Р₂; 2-3 – підведення теплоти q₁ при постійному тиску Р₂ (згоряння палива); 3-4 – адіабатне розширення до первісного тиску Р₁; 4-1 – охолодження робочого тіла при постійному тиску Р₁ (відвід теплоти q₂);

Характеристиками циклу є: ступінь підвищення тиску -  = Р₂/ Р₁ ; ступінь ізобарного розширення -  = _3/₂ . Робота турбіни:

l_т = h₃ – h₄ . (7.10)

Робота компресора:

l_н = h₂ – h₁ . (7.11)

Корисна робота ГТУ дорівнює різниці робіт турбіни і компресора:

L_ГТУ = l_т – l_к . (7.12)

Термічний к.к.д. циклу ГТУ має вигляд:

_t = 1 – 1/  ^(-1)/ . (7.13)

Теоретична потужність газової турбіни, компресора й установки (ГТУ):

N_т = l_т·D/3600 = (h₃ – h₄)·D/3600 , (7.14) N_к = l_к·D/3600 = (h₂ – h₁)·D/3600 , (7.15) N_ГТУ = l_ГТУ·D/3600 = [(h₃ – h₄) (h₂ – h₁) ]·D/3600 . (7.16)

Дійсний цикл ГТУ відрізняється від теоретичного наявністю втрат на тертя і вихроутворення в турбіні і компресорі.

Ефективними методами підвищення економічності газотурбінних установок є: регенерація теплоти, східчастий стиск і розширення робочого тіла й ін.

Розділ II. Основи теорії теплообміну.

Тема 8. Основні поняття і визначення.

Теорія теплообміну вивчає процеси поширення теплоти у твердих, рідких і газоподібних тілах. Перенос теплоти може передаватися трьома способами:

• теплопровідністю;

• конвекцією;

• випромінюванням (радіацією).

Процес передачі теплоти теплопровідністю відбувається при безпосередньому контакті тіл або частками тіл з різними температурами і являє собою молекулярний процес передачі теплоти. При нагріванні тіла, кінетична енергія його молекул зростає і частки більш нагрітої частини тіла, зіштовхуючись із сусідніми молекулами, передають їм частину своєї кінетичної енергії.

Конвекція – це перенос теплоти при переміщенні і перемішуванні всієї маси нерівномірно нагріті рідини або газу. При цьому, перенос теплоти залежить від швидкості руху рідини або газу прямо пропорційно.

Цей вид передачі теплоти супроводжується завжди теплопровідністю. Одночасний перенос теплоти конвекцією і теплопровідністю називається конвективним теплообміном.

В інженерних розрахунках часто визначають конвективний теплообмін між потоками рідини або газу і поверхнею твердого тіла. Цей процес конвективного теплообміну називають конвективной тепловіддачею або просто тепловіддачею.

Процес передачі теплоти внутрішньої енергії тіла у виді електромагнітних хвиль називається випромінюванням (радіацією). Цей процес відбувається в три стадії: перетворення частини внутрішньої енергії одного з тіл в енергію електромагнітних хвиль, поширення електромагнітних хвиль у просторі, поглинання енергії випромінювання іншим тілом.

Спільний теплообмін випромінюванням і теплопровідністю називають радиаційно-кондуктивним теплообміном. Сукупність усіх трьох видів теплообміну називається складним теплообміном.

Процеси теплообміну можуть відбувається в різних середовищах: чистих речовинах і різних сумішах, при зміні і без зміни агрегатного стану робочих середовищ і т.д. У залежності від цього теплообмін протікає по різному й описується різними рівняннями.

Процес переносу теплоти може супроводжуватися переносом речовини (масообмін).

Наприклад випарування води в повітря, рух рідин або газів у трубопроводах і.т.п. і.т.д. Тоді процес теплообміну ускладнюється, тому що теплота додатково переноситься з масою речовини, що рухається.