Термогазодинамический расчет параметров двигателя ТРДДсм на максимальном режиме

 

Содержание

 

		Стр.
1.	Цель работы	2
2.	Схема двухвального ТРДДсм	2
3.	Исходные данные для  термогазодинамического расчета	3
4.   5.   6.   7.   8.   9.   10.	Результаты термогазодинамического расчета   Термогазодинамический расчет на ЭВМ                                                 Предварительный расчет геометрических размеров проточной части Схема двигателя в масштабе   Графики изменения параметров рабочего тела по длине проточной части Выводы по работе   Список использованной литературы	5   10   12   19   20   23   24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Цель работы:

 

1. Выполнить термогазодинамический расчет двигателя на максимальном режиме в стандартных стендовых условиях.
2. Выполнить расчет основных геометрических размеров проточной части ГТД и скоростей воздуха и газа в этих сечениях.
3. Выполнить чертеж проточной части ГТД.
4. Построить графики изменения параметров рабочего тела по длине проточной части ГТД.

• Тип авиационного ГТД: ТРДДсм;  прототип: Д-30.

• Тип ЛА: Ту-134.

 

2. Схема двухвального  ТРДД со смешением

 

 

 

 

На схеме обозначены характерные сечения тракта двигателя

 

н – невозмущённый  поток перед двигателем;

вх – вход в вентилятор;

в – выход из вентилятора;

вк – вход в компрессор газогенератора (компрессор высокого давления);

к – выход из компрессора;

г – вход в турбину  высокого давления;

тв – выход из турбины  высокого давления;

т – выход из турбины;

вс – вход в камеру смешения;

см – выход из камеры смешения;

с – выходное сечение  сопла.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Исходные данные для термогазодинамического расчёта

Определены следующие  исходные данные для расчёта двигателя на максимальном режиме в стандартных стендовых условиях:

- число Маха полета;

 - высота полета, км;

Параметры воздуха в  стандартных стендовых условиях:

- атмосферное давление;

- температура;

-  расход воздуха через  двигатель, кг/сек;

- cтепень двухконтурности;

- температура газа на выходе из камеры сгорания (на входе в турбину высокого давления), К;

- суммарная степень повышения давления в вентиляторе и компрессоре высокого давления;

- степень повышения давления  в вентиляторе;

- во входном устройстве;

- коэффициент радиальной неравномерности  за вентилятором ,

при  m<2        =1,0;  [1], стр. 232;

- КПД вентилятора;

- КПД компрессора высокого  давления;

- КПД турбины высокого давления;

- КПД турбины вентилятора;

Коэффициенты сохранения полного давления:

- в основной камере сгорания;

- в форсажной камере;

- в канале между вентилятором  и КВД;

- в камере смешения;

- в канале за турбиной вентилятор (от сечения «т» до сечения «вс_I»);

- в канале наружного контура (от сечения «в» до сечения «вс_II») ;

Газовые постоянные:

- для воздуха  ;

- для газа            ;

- показатель адиабаты для  воздуха;

Показатель адиабаты для газа зависит  от температуры   

,     при    

,        при  

 ,    при  

 

 

 

Механические КПД:

- ротора высокого давления;

- ротора вентилятора;

- коэффициент, учитывающий понижение  температуры охлаждающего воздуха,  отбираемого за компрессором в воздухо-воздушном теплообменнике наружного контура, ;

Относительный расход охлаждающего воздуха, отбираемого за компрессором (отнесенный к расходу воздуха через внутренний контур):

 - на охлаждение турбины вентилятора;

- на охлаждение турбины высокого давления;

 - отбор воздуха для самолётных нужд;

- на утечки без возврата  в проточную часть;

- коэффициент полноты сгорания  в камере сгорания;

- теплотворная способность топлива,(43000 кДж/кг);

- стехиометрический коэффициент,  ;

- коэффициент скорости в реактивном сопле;

- коэффициент  в уравнении расхода , для воздуха  при 1,4    ;

- коэффициент в уравнении расхода      для газа:

при 1,33   ;

при  1,3   ;

при  1,25   .

- удельная теплоемкость воздуха  (газа) ,

- глубина охлаждения воздуха  отбираемого из-за компрессора  высокого давления в воздухо-воздушном  радиаторе

<1,0

 

, см. рис.4.2.7 [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Термогазодинамический расчет двигателя Д-30 в стендовых условиях

 

1. ;                      
2. ;               
3.                        
4. ;                      
5. ;                 
6.                                               
7.                                                 
8.                                              
9. ,                                          
10.                                                                 
11.                                                         

 

12.                    
13.                                            

 

14.                                  
15.                                
16.                         
17.                     
18.                                              

      где  [1], стр. 231;

19.                                                      
20.          
21.  
22.                          
23.                            
24.                    
25.   ;

 

(значения произведений  теплоёмкостей на температуру  ( ) и ( ) берутся из табл. 4.2.2,  [1] стр.233-236), кДж/кг);

26.   ;                           
27.                              
28.                                                                

 

29.                                               
30.                             
31.       
32.               
33.  
34.                            

Пункт 35. Расчет температуры  газа на выходе из турбины ВД ( на входе  в турбину вентилятора) после  смешения газа на выходе из турбины  ВД с воздухом охлаждающим турбину  ВД

 

а)Если относительный расход воздуха, охлаждающего турбину высокого давления равен нулю =0, то

 и далее в пункт 36.

 

б) Если относительный расход воздуха, охлаждающего турбину высокого  давления больше нуля > 0, то в пункт 35.1

35.1  _;  

35.2  Определяем  по графику (см.Приложение),      кДж/кг

35.3  ∙0,998 = (1400-325,648) ∙0,998=1072,2033

35.4   Определяем    по графику (см.Приложение)   кДж/кг

35.5   35.6  По величине   находим по графику (см.Приложение),

35.7 | - |=‌ |1,204057-1,207231|=0,003 0,01

35.8  =1055,5516 ,   =1,204057 кДж/кг    

36. Проверяем правильность выбора по графику на рис. 4.2.6 [1], стр.    230.  При принимаем =0.

37.                                      38.                                                   

39. ;

40.                                                           

41.                                             

    42.  Расчет температуры на выходе из турбины вентилятора после смешения газа на    выходе из турбины вентилятора с воздухом охлаждающим турбину вентилятора

а) Если относительный расход воздуха, охлаждающего турбину вентилятора равен нулю =0, то

.

43. Принимаем согласно исходных данных величины ;

44.                                                        

45.                                                   

46. ;

 

47.  Расчет температуры смеси газа внутреннего контура с воздухом из наружного контура

47.1                                                

       где  -подогрев воздуха в наружном контуре от теплообменника

47.2  Определяем по графику (см.Приложение)

                     

47.3  Задаемся первого приближения

47.4 

47.5  По величине находим                    

47.6  Если | - | 0,01 то далее в п. 47.7 Иначе возвращаемся в    п.47.3,  задаемся новым значением , и повторяем расчет до пункта 47.6.

| - |₌|1,095565-1,1043888|=0,008 0,01

47.7  =652,18736

48. Задаемся ,

49.   По и =1,33 определяем ;

,

50.                                     

51.   =                                                         

52.   По и =1,4 определяем  ,  ;

=0,5721, _=0,78433

 Условие выполняется.

53.  

где   подогрев воздуха в наружном контуре

при обтекании этим воздухом теплообменника расположенного в наружном контуре.

54.                                           

55.                                                        

56.

57.

58. По и =1,33 находим: ;

=1,10243

59. >1, значит в сопле имеет место сверхкритический перепад и принимается

60.  По и =1,33 находим: ;

,

61.  ;

62.                             

63. а) При   =0,447

64.                                       

65.                                                              

66.    

67. 

68.  

69.                                         

70.                                        

71. 

,

 

72.                                              

73. 

= см. геометрический расчет,

74.   По величине  при =1,33 находим  

 

5.Термогазодинамический расчет на ЭВМ

------------------------------------------------------------------------------

        Tеpмодинамический pасчет двухконтуpных TPДДcм и  TPДДсмФ 

                    Аболмазова А.И.              АТТ-415       

                схема двигателя :  двухвальный  ТРДДcм                                        

------------------------------------------------------------------------------

                             Исходные данные

! Н(м)        =      .0000! М п         =      .0000! T н (к)     =   288.0000! sigma вх    =     1.0000!

! pi в*0      =     2.5000! Gв пp 0     =   129.0000! кпд в*0     =      .8400! ro          =     1.0000!

! pi кнд*0    =     1.0000! кпд кнд*0   =     1.0000! sig вх кнд  =     1.0000! pi квд*0    =     7.5510!

! кпд квд*0   =      .8600! sig вх квд  =      .9800! sig кс      =      .9400! кпд г       =      .9700!

! Нu          = 43000.0000! кпд твд*0   =      .8736! Tг*         =  1400.0000! Aг 0        =      .0000!

! dG охл вд   =      .0500! кпд м вд    =      .9800! кпд тнд*0   =     1.0000! dG охл нд   =      .0000!

! кпд м нд    =     1.0000! кпд тв*0    =      .9100! dG охл тв   =      .0000! кпд м в     =      .9900!

! sig вх тв   =     1.0000! dG пеpеп    =      .0000! sig 2       =      .9600! sig 1       =      .9800!

! lam вc 1    =      .4000! dG отб      =      .0000! m 0(cт.двух.=     1.0000! fi c        =      .9700!

! lam вф      =      .2200! sig cм      =      .9600! sig ф       =     1.0000! Тф*         =      .0000!

! z тв        =     1.0000! del G ут    =      .0050! Fc узк нф   =      .0000!

------------------------------------------------------------------------------

                          Pезультаты pасчетов

! n в oтн     =     1.0000! p тв*(мПа)  =      .5123! Аг нд потp  =  4178.5890! del Fc узк  =      .0000!

! n в пp отн  =     1.0000! p тн*       =      .5123! Aг нд отн   =     1.0000! del Fc      =      .0000!

! n кнд отн   =     1.0000! p т*        =      .2297! Aг тв потp  =  4178.5890! teta 0      =     4.8611!

! n кнд пp отн=     1.0000! p вc*1      =      .2251! Aг тв oтн   =     1.0000! тета ф      =      .0000!

! n квд oтн   =     1.0000! p cm*       =      .2216! В           =      .0000! lam вс 1    =      .4000!

! n квд пp отн=     1.0000! p вc oтн *  =     1.0801! Ат потp     =  8573.0950! lam вc 2    =      .5391!

! n тв пp отн  =     1.0000! p ф*        =      .2216! Aт отн      =     1.0000! F вф        =      .0000!

! m(ст.двух.) =     1.0000! pi в*       =     2.5000! N твд(квт)  = 23525.2500! lam c       =     1.0828!

! Vп          =      .0000! pi кнд*     =     1.0000! N тнд(квт)  =      .0000! pi pc       =     2.1871!

! Т вx* (к)   =   288.0000! pi квд*     =     7.5510! N тв(квт)   = 13451.8000! p вc oтн    =     1.0000!

! Т в*        =   390.7212! pi k*сум    =    18.5000! L в(кдж/кг) =   103.2348! qт          =      .0196!

! Т в1*       =   390.7212! pi твд*     =     3.4388! L кнд       =      .0000! qт ф        =      .0000!

! Т кн*       =   390.7212! pi тнд      =     1.0000! L квд       =   357.4379! sig c       =      .9505!

! Т k*        =   746.3807! pi тв*      =     2.2303! кпд в*      =      .8400! Сc (м/с)    =   491.4289!

! Т вc*2      =   390.7212! G в пp(кг/c)=   129.0000! кпд кнд*    =     1.0000! p (Дан)     =  6382.2390!

! Тг*         =  1400.0000! Gв          =   129.0000! кпд квд*    =      .8600! R уд (м/c)  =   494.7472!

! Т охл       =   746.3807! G кнд = Gв1 =    64.5000! кпд  тв*     =      .9100! С уд        =      .6732!

! Т тв*       =  1072.2250! G в2        =    64.5000! alfa сум    =      .0000! p суж       =  6249.6400!

! Т тн*       =  1072.2250! G кнд пp    =    30.0509! alfa oxл    =     1.0000! С уд  суж    =      .6875!

! Тт*         =   907.3408! G квд       =    64.5000! teta paд    =      .0000! p уд суж    =   484.4682!

! Т вc*1      =   907.3408! G квд пp    =    30.6641! alfa kc     =     3.4274! кпд  е       =      .3056!

! Т cм*       =   625.2703! del G отб   =      .0000! Gт час(кг/ч)=  4296.8240! кпд 0       =      .0000!

! p н(мПа)    =      .1013! Gг          =    62.1461! G тф час    =      .0000! кпд тяг     =      .0000!

! p н*        =      .1013! G тнд       =    65.3711! F вc 1(kв.m)=      .3727! кпд  е суж   =      .2930!

! p в*        =      .2533! G тв        =    65.3711! F вc 2      =      .1722! кпд 0 суж   =      .0000!

! p кн*       =      .2533! G вc 1      =    65.3711! F cм        =      .5448! кпд тяг суж =      .0000!

! p k*        =     1.8740! G вc 2      =    64.5000! F c         =      .3925! Le (kдж/кг) =   243.1331!

! p вc*2      =      .2431! Gc          =   129.8711! Fc узк      =      .3849! Le ф        =      .0000!

! Rг*         =     1.7616! Aг потp     =  1319.9870! Fc oтн      =     1.0197! кпд ф       =      .0000!

! p вx*       =      .1013! sig т       =      .0000! Gт сум час =      .0000! L квд/T г*  =      .2553!

! pi v        =     1.0000! qт сум      =      .0000! Fc узк отн  =      .0000! Le ф отн    =      .0000!

! pi c сум    =    18.5000! pi т*сум    =     7.6696!

------------------------------------------------------------------------------

6. Предварительный расчет геометрических размеров проточной части ТРДДсм Д-30

Исходные данные для расчета основных геометрических размеров проточной части ГТД:

- температура воздуха на входе в двигатель,

- температура воздуха на выходе из вентилятора,

- температура воздуха на выходе из компрессора высокого давления,

- температура газа на выходе из камеры сгорания,

- температура газа на выходе турбины высокого давления,

- температура газа на выходе из турбины вентилятора после смешения газа на выходе из турбины вентилятора с воздухом, охлаждающим турбину вентилятора,

- полное давление на входе  в двигатель,

- давление на выходе из вентилятора,

- давление на выходе из компрессора высокого давления,

- давление перед турбиной высокого давления,

- давление на выходе из турбины высокого давления,

- давление на выходе из турбины вентилятора после смешения газа на выходе из турбины вентилятора с воздухом, охлаждающим турбину вентилятора

-  расход воздуха через двигатель,

- расход воздуха через тракт внутреннего контура,

- расход воздуха через тракт наружного контура,

- расход газа через турбину,

- расход газа на охлаждение турбины высокого давления,

Коэффициенты восстановления полного давления:

- в канале за турбиной вентилятор (от сечения «т» до сечения «вс_I»),

- в канале наружного контура (от сечения «в» до сечения «вс_II»).

- коэффициент  в уравнении расхода , для воздуха при 1,4    ;

- коэффициент в уравнении расхода       для газа:

при  1,33   ;

при  1,3   ;

при  1,25   .

Газовые постоянные:

- для воздуха,

- для газа.

 

Задаваемые  параметры:

- коэффициент учитывающий неравномерность  поля скоростей на входе в  двигатель (0,98…0,99),

– относительный диаметр втулки на входе в рабочее колесо 1 ступени вентилятора,

– относительный диаметр втулки на входе в рабочее колесо 1 ступени  компрессора высокого давления,

– относительный диаметр втулки на выходе из вентилятора,

– относительный диаметр втулки на выходе из компрессора высокого давления,

– относительный диаметр входа  в компрессор высокого давления – относительный диаметр втулки на входе в компрессор высокого давления,

 – приведенная скорость на входе в двигатель,

– приведенная скорость на выходе из камеры сгорания,

– приведенная скорость на выходе из турбины высокого давления,

– приведенная скорость на выходе из турбины вентилятора,

– угол раскрытия меридионального сечения проточной части турбины высокого давления,

– угол выхода потока из турбины высокого давления,

– угол выхода потока из турбины вентилятора.     

Вход в двигатель

1. Задаемся приведенной  скоростью на входе в двигатель 

=0,5

2. Из таблиц газодинамических функций находится =0,7091  при k_в=1,4

3. Скорость воздуха на входе в двигатель:

4.  Рассчитываем площадь на входе в двигатель:

где – коэффициент, учитывающий неравномерность поля скоростей на входе в двигатель ( =0,98…0,99)

5.  Рассчитываем  диаметр в сечении на входе в двигатель:

Вентилятор

6.  Задаемся относительным диаметром втулки на входе в рабочее колесо I ступени вентилятора:

=0,4

7.   Рассчитываем диаметр втулки на входе  в рабочее колесо I ступени вентилятора:

8.  Площадь на входе в рабочее колесо I ступени вентилятора:

                                                  

9. Приведенная скорость на входе в рабочее колесо I ступени вентилятора:

                                           

10. Из таблиц газодинамических функций при =1,4 находим =0,6183

11. Скорость воздуха на входе в вентилятор:

                                  

12. Средний диаметр входного сечения вентилятора:

13. Высота лопатки I ступени вентилятора:

                                               

14. Принимаем, что наружный диаметр вентилятора по длине вентилятора.

15.  Задаемся относительным диаметром втулки на выходе из вентилятора:

16.   Диаметр втулки на выходе из вентилятора:

17.   Площадь на выходе из вентилятора:

18.  Газодинамическая функция от приведенной скорости на выходе из вентилятора:

19. Из таблиц газодинамических функций при находим приведенную скорость на выходе из вентилятора        

20. Скорость на выходе из вентилятора:

Компрессор  высокого давления

21. Задаемся относительным диаметром входа в компрессор высокого давления

22. Диаметр входа в компрессор высокого давления:                   
23. Задаемся относительным диаметром втулки на входе в рабочее колесо I ступени компрессора высокого давления  =0,6
24. Диаметр втулки на входе в рабочее колесо I  ступени компрессора высокого давления:

25. Площадь на входе  в компрессор ВД:

26. Газодинамическая функция от приведенной скорости на входе в компрессор высокого давления Приведенная скорость воздуха на входе в КВД ТРДД
27. Из таблиц газодинамических функций при найдем приведенную скорость воздуха на входе в компрессор высокого давления
28. Скорость воздуха на входе в компрессор высокого давления:

 

29. Высота лопатки I ступени компрессора высокого давления:

30.  Принимаем, что наружный диаметр компрессора высокого давления =0,614=const по длине.
31. Задаемся относительным диаметром втулки на выходе из компрессора высокого давления 
32. Диаметр втулки на выходе из компрессора высокого давления:

33.  Площадь на выходе из компрессора высокого давления:
34. Газодинамическая функция от приведенной скорости на выходе из компрессора ВД:

          

35. Из таблиц газодинамических функций при находим приведенную скорость на выходе из компрессора ВД =0,2715 
36. Скорость на выходе из компрессора ВД:

37.  Средний диаметр на выходе из компрессора высокого давления 

Камера сгорания

 

38. Наружный диаметр камеры сгорания:

39. Задаемся приведенной скоростью газа на выходе из камеры сгорания  =0,3
40. Из таблиц газодинамических функций при находится =0,4584
41. Скорость газа на выходе из камеры сгорания:

Турбина высокого давления

42. Задаемся средним диаметром на входе в турбину

43.  Площадь кольцевого сечения на входе в турбину высокого давления:

44.  Высота лопатки соплового аппарата турбины высокого давления  

45.   Наружный диаметр сопловой лопатки на входе в турбину высокого давления: , м
46. Внутренний диаметр сопловой лопатки на входе в турбину высокого давления: , м
47. Задаемся углом раскрытия меридионального сечения проточной части турбины высокого давления  (для сведения)
48. Задаемся приведенной скоростью в абсолютном движении на выходе из рабочего колеса последней ступени турбины высокого давления  (на входе в турбину вентилятора) = 0,45
49. Из таблиц газодинамических функций при находится
50. Задаемся углом выхода потока из рабочего колеса последней ступени турбины высокого давления 
51. Площадь на выходе из турбины высокого давления

52.  Скорость газа на выходе из турбины высокого давления

Турбина вентилятора

53. Задаемся приведенной скоростью в абсолютном движении на выходе из рабочего колеса последней ступени турбины вентилятора
54. Из таблиц газодинамических функций при находим
55. Задаемся углом выхода потока из турбины вентилятора:
56. Площадь на выходе из турбины вентилятора:
57. Высота лопатки соплового аппарата турбины вентилятора  (I ступень)
58. Высота рабочей лопатки турбины вентилятора  (последней ступени)
59. Наружный диаметр на выходе из турбины вентилятора 

60.  Скорость газа на выходе из турбины вентилятора

Камера смешения

61. Площадь на выходе из внутреннего контура: