Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Гулина Светлана Анатольевна. Анализ влияния состава газового топлива на показатели эффективности авиационного газотурбинного двигателя: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.07.05 / Гулина Светлана Анатольевна;[Место защиты: федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва» (национальный исследовательский университет)].- Самара, 2012.- 16 с.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность проблемы. Авиационные двигатели являются наукоёмким высокотехнологичным продуктом, аналогов которому среди других изделий машиностроения практически нет. В развитых странах на долю авиации приходится около 30% годового расхода топлива для всех видов транспорта. Поэтому, с учётом снижения нефтяных запасов, становится актуальным применение в авиации альтернативных видов топлива, обладающих большими ресурсами, меньшей стоимостью и обеспечивающих лучшие экологические характеристики ГТД. Проведённые ОАО «Кузнецов» и ОАО «Туполев» технико-экономические исследования показали высокую эффективность применения газового топлива для двигателей самолетов. При переходе с керосина на сжиженный природный газ концентрация окислов азота в выхлопных газах падает на 30%, массовый выброс NOx сокращается на 10%, что позволит сжигать "бедные" смеси и уменьшать вредные выбросы в 1,5-2,0 раза. Использование водорода в качестве топлива ГТД снижает эксплуатационные расходы до 30% по отношению к керосину. Кроме того, в настоящее время природный газ широко используется в наземных газоперекачивающих установках на базе конвертированных авиационных двигателей. Для анализа термодинамического цикла авиационного двигателя, переведённого на газовое топливо, необходимо решить комплекс проблем, связанных с учётом влияния свойств рабочего тела на параметры эффективности ГТД в зависимости от состава газового топлива. Поэтому получение достоверных значений термодинамических параметров двигателя на основе уточнённого термодинамического расчета на начальном этапе перевода ГТД на газовое топливо является актуальной задачей.

Цель исследования заключается в повышении эффективности ГТД, работающего на газовом топливе.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

  1. Разработка алгоритма и программы расчёта теплофизических параметров рабочего тела ГТД с учётом точного состава топливного газа.

  2. Анализ изменения теплофизических параметров рабочего тела ГТД в зависимости от типа газового топлива.

  3. Разработка методики и программы расчёта термодинамического цикла ГТД на основе уточнённого определения теплофизических параметров рабочего тела.

  1. Анализ показателей эффективности ГТД в зависимости от состава топливного газа.

  2. Оценка адекватности созданной методики термодинамического расчёта ГТД, с учётом изменения теплофизических свойств рабочего тела.

  3. Повышение эффективности использования авиационного ГТД в качестве механического привода на основе энергетического и эксергетического методов исследования.

Научная новизна

1. Разработана математическая модель расчёта параметров ГТД, учитывающая переменность теплофизических свойств рабочего тела в

зависимости от процентного содержания основных компонентов и примесей топливного газа (CmHn; H2S; С02; 02; СО; Н2; Н20; N2).

  1. Разработаны алгоритм и методика расчёта термодинамического цикла ГТД, позволяющие получить более точные данные параметров ГТД за счёт использования точных составов топливного газа.

  2. Проведены исследования термодинамических циклов различных схем авиационных ГТД с учётом влияния на их термодинамические показатели свойств рабочего тела в зависимости от состава топливного газа и включённых в него примесей, что позволяет повысить эффективность использования газового топлива в ГТД.

  3. Определены коэффициенты влияния параметров цикла с учётом состава топливного газа на эффективность привода для перспективных схем авиационных ГТД.

  4. С помощью созданной математической модели уточненного учета тепло-физических параметров рабочего тела проведен энергетический и эксергети-ческий анализ ГТД для выбора оптимальных параметров при конвертировании авиационного двигателя для различных климатических условий эксплуатации.

Практическая ценность:

1. Создана математическая модель учёта тепло физических параметров
продуктов сгорания топливного газа, которая обеспечивает получение более
точных данных показателей эффективности ГТД, позволяет оценить
эффективность его перевода на определенный вид газообразного топлива и
спрогнозировать изменение его характеристик.

2. Разработаны алгоритм и программа уточнённого определения теплофизи-
ческих параметров рабочего тела ГТД для широкого диапазона составов топлив
ного газа, которые могут быть использованы при разработке технических
предложений по адаптации ГТД под нетрадиционные виды топлива (попутный
газ, биогаз, доменный газ).

  1. Определены значения показателей эффективности ГТД хорошо согласующихся с экспериментальными данными за счёт учёта точного состава топливного газа (погрешность рассчитанных значений не превышает 2%), что позволяет выполнять термодинамический расчёт цикла как для вновь создаваемых двигателей, так и для двигателей, находящихся в эксплуатации.

  2. Разработанная методика и программа термодинамической оценки параметров ГТД применима для мониторинга характеристик приводных ГТД, находящихся в эксплуатации с целью повышения их эффективности при работе на газовом топливе.

На защиту выносятся:

1. Алгоритм, программа и методика уточнённого расчета теплофизических
параметров рабочего тела ГТД, работающего на газовом топливе.

2. Результаты анализа изменения теплофизических параметров рабочего
тела ГТД в широком диапазоне состава топливного газа и коэффициентов
избытка воздуха.

3. Результаты исследования термодинамических циклов для дозвуковых
ТРДД со смешением потоков и ТВаД, использующих в виде топлива водород,

попутный нефтяной и природный газы. Анализ изменения параметров эффективности ГТД при переводе его на газовое топливо соответствующего состава.

4. Уравнения и коэффициенты влияния параметров конвертированных
авиационных ГТД на эффективность привода с учётом состава топливного газа.

5. Результаты обобщённой оценки эффективности ГТД и модель построения
области его оптимальных параметров на основе энергетического и эксерге-
тического методов исследования.

Методы исследования базируются на фундаментальных закономерностях технической термодинамики, теории горения, методах математического моделирования термодинамических процессов ГТД, использовании натурных экспериментальных исследований двигателей, энергетического и эксергетического анализа параметров ГТД.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертационной работы достигаются: корректным использованием методов математического моделирования процессов работы ГТД и сравнением с результатами исследований отечественных и зарубежных авторов; апробацией разработанной методики и программы путём сравнения результатов расчёта с полученными экспериментальными данными натурных испытаний ГТД, работающего на природном газе определенного состава; сравнение результатов расчётов ГТД, выполненных по программе, разработанной автором и в программном комплексе «Астра», основанном на другой математической модели, дало расхождение полученных характеристик ГТД в пределах 1%.

Апробация работы. Материалы исследований и основные результаты диссертационной работы докладывались на заседаниях кафедры «Оборудование и эксплуатация газопроводов» ВПО УрФУ (2009, 2010, 2011г.), на VII Всероссийской научно-практической конференции «Процессы горения, теплообмена и экология тепловых двигателей», (СГАУ, октябрь 2010 год), на заседаниях кафедры теплотехники и тепловых двигателей СГАУ (сентябрь 2011г.), в ОАО «Кузнецов».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объём диссертации составляет 175 страниц. Список использованных источников содержит 114 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net