Основы теории тепловых двигателей. Схемы и циклы ГТД

1.

Теплотехника ПНИПУ
Основы теории
тепловых двигателей
Схемы и циклы ГТД
© 2002-2022 WebMaster [email protected]

2.

Теплотехника ПНИПУ
Классификация ГТД
ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ (ГТД)
Турбовинтовые двигатели
(ТВД)
Турбовинтовентиляторные
двигатели (ТВВД)
Турбореактивные двигатели
(ТРД)
Двухконтурные турбореактивные
двигатели (ТРДД)
Турбовальные двигатели
(ТВаД)
Двухконтурные турбореактивные
двигатели с форсажной камерой
(ТРДДф)
2

3.

Теплотехника ПНИПУ
Принципиальная схема
Невозмущенный поток
Основные компоненты:
1. Входное устройство, входной диффузор (ВУ).
2. Компрессор (осевой или центробежный).
В ТРДД различают:
компрессор высокого давления (КВД);
компрессор низкого давления (КНД);
вентилятор.
Каскад – самостоятельный модуль компрессора,
состоящий из определенного числа ступеней.
3

4.

Теплотехника ПНИПУ
Принципиальная схема
Невозмущенный поток
Основные компоненты:
В ТРДД различают турбину высокого давления (ТВД), турбину
низкого давления (ТНД) и свободную турбину
3. Камера сгорания (КС).
4. Турбина.
5. Выхлопной конус, переходник, удлинитель.
Используется в основном для ТРДДф
6. Выходное устройство (реактивное сопло).
В ТВаД – выхлопной диффузор.
компрессор
+
КС
компрессор
+
турбина
+
турбина
=
=
газогенератор
турбокомпрессор
4

5.

Теплотехника ПНИПУ
Принцип работы ГТД
https://www.youtube.com/watch/_W5rSFuy5Ns
Из-за высокой температуры рабочего тела, при
которой осуществляется расширение, в двигателе
обеспечивается увеличение скорости газа по
сравнению со скоростью полета, изменяется
количество движения газа, проходящего через
двигатель, что по второму закону Ньютона создает
силу тяги.
Потенциальная энергия
продуктов сгорания (после
сжатия и горения)
Реактивная тяга
Кинетическая энергия продуктов
сгорания (в турбине)
Увеличение
скорости
истечения газа в
сопле
Привод агрегатов
и
вспомогательных
систем
5

6.

Теплотехника ПНИПУ
Принцип работы ТВД и ТРДД
Тяга = тяга первого контура + тяга второго
контура
Тяга = тяга винта + тяга реактивного
сопла
Воздух второго контура минует КС.
Винт связан с валом через редуктор.
Скорость потоков первого и второго контура на
выходе (в выходном сечении сопла) должна быть
согласована.
Тяга, выполненная винтом в ТВД, обычно превышает реактивную тягу в 7–9
раз, а вентилятором в ТРДД в 1,5–2 раза при работе двигателей на месте.
6

7.

Теплотехника ПНИПУ
Цикл Брайтона
Идеальный адиабатный цикл
Условия идеальности цикла:
рабочее тело – воздух;
КС
турбина
сопло
теплоемкость рабочего тела не зависит от
температуры;
нет потерь на трение и гидравлическое
сопротивление;
КПД турбины и компрессора равны 1;
во всех точках цикла, кроме начальной и
конечной, поток заторможен.
На самом деле рабочее тело в точке е выбрасывается
Цикловая работа
из двигателя, и процесс теплообмена
В ТВД и ТРДД часть
осуществляется за его пределами.
компрессор
С точки зрения термодинамики неважно на что
расходуется работа цикла!
работы тратится на
винт (вентилятор)
Суммарная степень
повышения давления
7

8.

Теплотехника ПНИПУ
Цикл Брайтона
Идеальный адиабатный цикл
Так как в условиях полета скоростное
сжатие принято считать адиабатным, то
При работе на месте
скоростного сжатия нет
Следствие 1: чем выше степень повышения давления, тем выше термический КПД.
Следствие 2: если, при условии следствия 1, подводимая теплота постоянна, то полезная
работа будет расти.
Следствие 3: следствие 1 и следствие 2 приведут к росту максимальной температуры цикла Tz.
Оптимальное значение степени повышения давления, соответствующее
максимуму полезной работы при постоянной максимальной температуре цикла,
тем больше, чем выше отношение максимальной температуры к температуре
окружающей среды.
8

9.

Теплотехника ПНИПУ
Цикл Брайтона
Идеальный изотермический цикл
Степень предварительного
расширения
Ее можно привычно записать через удельные
объемы и получить известное соотношение:
Процесс сжатия перестает быть
адиабатным! Есть теплообмен.