Введение к работе
Актуальность проблемы. В перспективе повышение экономичности ГТД будет достигаться за счет увеличения эффективного КПД путем повышения КПД узлов, а для авиационных ГТД также за счет увеличения полетного КПД путем перехода к двигателям со сверхвысокой степенью двухконтурности и винтовентиляторным.
В связи с тем, что степень сжатия современных ГТД находится вблизи оптимальной по работе цикла (которая меньше оптимальной по экономичности) существует также принципиальная возможность повышения экономичности ГТД путем увеличения степени сжатия до экономической, если при этом обеспечить увеличение работы цикла при сохранении его экономичности. Одним из возможных путей увеличения работы цикла является дополнительный подвод тепла в турбине.
В связи с изложенным исследование термодинамической эффективности циклов ГТД со ступенчатым подводом тепла в турбине становится актуальной задачей. Термодинамическая эффективность циклов ГТД определяется соотношением эффективной работы и эффективного КЦД циклов.
Цель работы. Показать возможность увеличения работы цикла ГТД при сохранении его экономичности и степени сжатия путем дополнительного подвода тепла в турбине. Показать такую возможность с учетом повышения КПД узлов в перспективе, а для авиационных ГТД -также с учетом перехода к винтовентиляторным двигателям.
Научная новизна.
1. Получены аналитические выражения для степени расширения га
за в первой ступени, обеспечивающие равенство эффективных КПД ёе^е
циклов ГТД с одно- и двухступенчатым подводом тепла при одинаковой
степени сжатия в циклах с учетом общих КПД процессов сжатия и рас
ширения.
Показано аналитически, что в цикле с двухступенчатым подводом тепла при равенстве 2е.=е в случае идеального газа максимумы эффективного КПД и эффективной работы достигаются при одинаковой степени сжатия.
2. Получены аналитические выражения для степени расширения га
за в первой ступени подвода тепла (первой турбине), обеспечивающие,
выдерживание возможных критериев эффективности цикла ГТД с двух
ступенчатым подводом тепла (двухкамерного ГТД): максимума эффек
тивного КПД, равенства эффективных КПД te-^e и максимума степени
расширения газа в реактивном сопле (свободной турбине) с учетом общего КПД процесса расширения. Показано, что полученные выражения-
различные функции
~2-
одинаковых параметров, вследствие чего указанные критерии эффективности для идеального газа в общем случае не совпадают.
3. Получены аналитические выражения для степени расширения
газа в первой турбине, обеспечивающие выдеркивание равенства эф
фективных КЦД 2е=* и максимума степени расширения газа в ре
активном сопле (свободной турбине) с учетом КПД узлов.
Показано, что для реального газа указанные критерии обеспечивают практически одинаковую .эффективность двухкамерного ГТД (практически совпадают).
4. Получены формулы эффективной работы и эффективного КПД
реальных циклов обычных и двухкамерных ГІД в функции от парамет
ров и КПД узлов двигателей.. ,
Практическая ценность. Предложен и обоснован удобный для практических расчетов критерий эффективности (оптимальности) двухкамерного ГТД - максимум степени расширения газа в реактивном сопле (свободной турбине).
Показано, что за счет двухступенчатого подвода тепла в турбине при неизменной степени сжатия:
мокно получить значительное увеличение удельной мощности (тяги) и соответствующее- уменьшение удельного веса авиационных ГТД при практически неизменном удельном расходе топлива;
в наземных ГТД мокно значительно понизить температуру газа в камерах сгорания (основной и дополнительной) и значительно уменьшить выброс вредных веществ (оксидов азота) в атмосферу при сохранении удельной мощности;
увеличение удельной мощности (тяги) в авиационных ГТД и понижение температуры газа в наземных ГТД увеличивается с уменьшением потерь энергии в узлах двигателей в перспективе.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на 3-х семинарах в КГТУ и 3-х научно-технических конференциях^ МАИ (1986), КГТУ (1995), АО"Авиадвигатель" (Пермь, 1995).
Публикации. По результатам работы опубликовано б статей в научно-технических курналах и тезисы 3-х докладов на научно--технических конференциях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов и списка литературы ( V3 наименований). Диссертация изложена на 1^1 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 12 таблиц.
_ з -
