Цикл турбокомпрессорного врд

В современной авиации (при скоростях более 800 км/ч) наиболее распространены ВРД, имеющие компрессор и газовую турбину. Наличие компрессора позволяет увеличить степень сжатия воздуха в двигателе, а соответственно, и его КПД.

Идеальный цикл турбокомпрессорного ВРД в р,v- диаграмме приведен на рис. 14.2.

Процесс 1-2 на рис.14.2 соответствует сжатию воздуха в диффузоре. Работа сжатия в диффузоре_д соответствует площади под процессом 1-2 в проекции на ось давлений. Процесс 2-3 соответствует сжатию воздуха в компрессоре _к. Процесс 3-4 соответствует подводу теплоты к рабочему телу. Площадь под процессом 4-5 в проекции на ось давлений соответствует работе газовой турбины. Эта площадь равна работе компрессора. Процесс 5-6 соответствует расширению газов в сверхзвуковом сопле. Процесс 6-1 соответствует отводу теплоты от рабочего тела.

Термический КПД такого двигателя имеет такое же расчетное выражение, как и для прямоточного ВРД:

, (14.4)

отличие заключается в большем значении величины .

14.1. Задачи

Пример решения задачи:

14.1. Определить термический КПД идеального прямоточного цикла ВРД 1-2-3-4-1 (рис. 14.3), для которого задано: р₁=1 бар, t₁= -20 ^оС, скорость самолета 800 км/ч. Скорость на выходе из диффузора принять равной нулю. Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с =28,96 кг/кмоль и к=1,4.

Решение

Для идеального цикла ВРД КПД зависит только от величины степени адиабатного повышения давления, которая определяется из уравнения (14.3):

.

Термический КПД ВРД рассчитывается по уравнению (14.4)

.

14.2. Определить термический и внутренний абсолютный КПД прямоточного цикла ВРД (рис. 14.3), для которого задано: р₁=1 бар, t₁=0 ^оС, скорость самолета 1000 км/ч, температура газа в начале процесса адиабатного расширения t₃=1000 ^оС, коэффициенты адиабатного сжатия воздуха в диффузоре _д=р_2i/р₂=0,95 и адиабатного расширения в сопловом канале _с=_оi/_о=0,9. Скорость на выходе из диффузора принять равной нулю. Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с =28,96 кг/кмоль и к=1,4.

Ответ: _t=0,124, _i=0,092.

14.3. Определить термический КПД турбокомпрессорного цикла ВРД 1-2-3-4-5-6-1 (рис. 14.4), для которого задано: р₁=1 бар, t₁=0 ^оС, скорость самолета 1000 км/ч, степень повышения давления воздуха в компрессоре =р₃/р₂=3. Скорость на выходе из диффузора принять равной нулю. Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с =28,96 кг/кмоль и к=1,4.

Ответ: _t=0,360 .

14.4. Определить внутренний абсолютный КПД турбокомпрессорного цикла ВРД 1-2’-3’-4’-5-’6’-1 (рис. 14.4), для которого задано: р₁=1 бар, t₁=0 ^оС, скорость самолета 1000 км/ч, температура газа в начале процесса адиабатного расширения t_4i=t₄=1000 ^оС, коэффициенты адиабатного сжатия в диффузоре _д=р_2i/р₂=0,95, в компрессоре _к=_о/_оi=0,88 и адиабатного расширения в газовой турбине и сопловом канале _гт=_с=_оi/_о=0,9. Скорость на выходе из диффузора принять равной нулю. Рабочее тело обладает свойствами идеального воздуха с =28,96 кг/кмоль и к=1,4.

Ответ: _i=0,280,

промежуточные результаты решения: р_2i=1,509 бар, Т_3i=Т₃=442 К.

14.4. Для условий предыдущей задачи определить температуру t_5i и давление р_5i газов на выходе из газовой турбины и ее внутреннюю мощность при расходе воздуха через турбокомпрессорный ВРД G=10 кг/с.

Ответ: t_5i=869 ^оС, р_5i=2,96 бар, W_ГТi=1,31 МВт .