II. Расчет осевого компрессора и турбины
2.1. Порядок расчета осевого компрессора
Расчет излагается в порядке выполнения программы на алгоритмическом языке FORTRAN версии Visual Fortran. Обозначения переменных (идентификаторов) выбраны максимально приближенными к физическим, принятым при изложении курса дисциплины. Идентификаторы в тексте приводятся в скобках.
1. Задано:
расход
воздуха
;
начальная температура в
;
–
начальное давление МПа;
степень
повышения давления в компрессоре.
Идентификаторы (Gv,
Th,
ph,
pik).
Параметры окружающего воздуха принимаются
в соответствии с данными стандартной
атмосферы
(СА) Th
288 К; ph
0,101325 МПа.
2. Задано также
число оборотов компрессора
(n)
по умолчанию. Предусмотрена возможность
изменения n
по требованию
пользователя программы. Изменение числа
оборотов компрессора производится при
введении по запросу признака логической
константы 0 (ноль) или 1 (единица) в
диалоговом режиме.
3. В расчетах
принято:
показатель изоэнтропы сжатия для воздуха
(kv);
газовая постоянная
Дж/(кг.град) (Rv);
молекулярная масса
кг/кмоль (myv).
Расходом воздуха на охлаждение пренебрегаем
2.1.1. Предварительный расчет компрессора
4. Задаемся в
предварительном расчете осевой скоростью
на входе в первую ступень
равной 100
.
Это нужно для оценки потерь давления
во входном устройстве. Значения осевых
скоростей по ступеням компрессора
обозначены элементами массива Cz(i),
номера элементов динамического массива
i
соответствуют номерам ступеней,
размерность массива (число i)
определяется в ходе выполнения программы.
В дальнейшем имеется возможность
корректировки значений Cz(i)
по желанию пользователя программы.
5. Скорость потока
на входе в первую ступень равна
,
что соответствует углу поворота потока
во входном направляющем аппарате на 35
градусов.
6. Задаемся
коэффициентом потерь кинетической
энергии во входном устройстве
(dzeta=10
%)
7. Определяем
теплоемкость воздуха при
К.
Для определения теплоемкости воздуха при различных температурах рекомендуется пользоваться следующим аппроксимирующим полиномом Чебышева третьего порядка, полученным обобщением опытных данных:
.
Данная аппроксимация
справедлива в интервале
К, размерность рассчитанной теплоемкости
в кДж/(кг град).
8. Температура
воздуха на входе в первую ступень.
.
Размерность Ср
в данном соотношении имеет размерность
Дж/(кг К). Определяемое по аппроксимационной
формуле (п.7) значение Ср
в кДж/(кг К), по этой причине в предыдущем
соотношении второе слагаемое необходимо
принять как
.
Ввиду того, что имеется рекурсивная
(взаимная) зависимость между температурой
и теплоемкостью [Т1(Cp)
и Cp(Т1)],
а также ввиду того, что значение Т1
заранее не известно, на компьютерах
определение температуры решается
итеративным методом.
9. Давление потока на входе в первую ступень РК (р1)
,
где коэффициент
гидравлических потерь давления по
скорости (кинетической энергии)во
входном устройстве и ВНА
принимается в диапазоне 0,05…0,2.
10. Плотность воздуха (ро1)
.
Размерность давления р1 в этом соотношении следует принимать в Па.
11. Давление заторможенного потока (p1z)
12. Полное давление на выходе из компрессора (p2z)
В печать выводятся
значения параметров
(po1,
p1,
p1z,
t1,
p2z)
13. Предварительно задаемся относительным втулочным диаметром первой ступени
,
а также коэффициентом
загромождения (экранирования) проходного
сечения потока (ометаемой площади)
.
14. Наружный диаметр первой ступени (DH1)
15. Окружная скорость на внешнем радиусе (U)
16. Печатается рекомендуемое и расчетное значение окружных скоростей, в диалоговом режиме предлагается альтернативные варианты изменения, либо оставить без изменения значение U. Если принято решение об изменении окружной скорости, необходимо ввести новое значение числа оборотов. В этом случае происходит уточнение значений U, DH1, Dвт1, которые выводятся на экран ПК.
17. Высота лопаток первой ступени (lr1)
18. Ширина лопаток первой ступени (br1)
,
значение относительной
длины лопаток первой ступени
принято равным 2,6.
19. Окружная скорость на среднем диаметре РК первой ступени (Ucr1)
20. Число Маха на входе в РК первой ступени (M1)
21. Температура заторможенного потока на входе в РК первой ступени (T1z)
.
Размерность Cp, как и в п. 8, необходимо принимать в Дж/кг град.
22. Адиабатическая (изоэнтропическая)работа сжатия в компрессоре (Had)
23. Выбираем среднее
значение показателя политропического
сжатия воздуха. Изменение
(np)
выбрано в виде линейной зависимости
показателя политропного процесса в
интервале
;
при
;
.
Тогда
24. Осредненный изоэнтропический КПД компрессора (kpdadk)
Выводятся в экран значения параметров
DH1,
Dвт1,
lрк1,
Cz1,
M1,
,
Haд,
(DH1, Dvt1, Lr1, Cz(1), M1, T1z, Had, kpdadk)
25. Задаемся средним
значением коэффициента затраты энергии
в ступени компрессора (alfact)
.
Тогда приближенно коэффициент затраты
энергии в компрессоре равен
= zст.
Поскольку число ступеней компрессора
определяется ниже при выполнении п. 28,
организовано итеративное уточнение
его значения.
26. Работа, затраченная в компрессоре
27. Осредненная адиабатическая (изоэнтропическая) работа в ступени (cth), (аппроксимирована следующей линейной зависимостью)
28. Число ступеней (zct)
,
которое округляется до ближайшего целого значения
29 Вывод в печать результатов промежуточных расчетов
НК, hст из, z, nct (Hk, cth, zct, nct),
где nct округленное до целого число ступеней компрессора.
30. Распределяем адиабатическую работу компрессора по ступеням в следующей последовательности:
организуем одномерный динамический массив работ в ступенях hct(i));
определяем
среднюю работу ступени (hcp)
;
назначаем работу
в ступенях компрессора hct(i)
следующим образом: для первых трех
ступеней принимаем: hct(1)=0,5
;
hct(2)=0,78
;
hct(3)=0,91
;
работа в последней ступени hct(nct)=0,91
;
в остальных ступенях hct(i)=1,2
,
где
.
Предусмотрен останов выполнения программы (pause ‘prov1’) с тем, чтобы успеть записать нужную информацию. Программный останов будет происходить неоднократно. Продолжение выполнения программы в этих случаях происходит при нажатии клавиши ENTER.
С данной позиции в программе начинается выполнение расчетов по ступеням.