CICLO TURBORREACTOR GAS PERFECTO, CALORES ESPECÍFICOS VARIABLES

CICLO TUR CICLO TURBOR BORREA REACT CTOR OR GAS PERFECTO, CALORES ESPECÍFICOS VARIABLES Ejercicio Turborreactor Flujo Único a os os at atos os pa para ra se o en an anco co

:

0

=

a,

0

=

.

,

0

=

:

Calidades de componentes: rendimiento r endimiento de compresor compresor,, turbina,… Parámetros de diseño: T 4t ,π c Sangrado a la salida del compresor: 10%.(6% para refrigeración de los NGVs y 4% refrigeración del rotor). Tobera convergente-divergente adaptada Combustible a elegir entre: queroseno, hidrógeno, gas natural Calcular: 1.Impulso y consumo especifico de combustible suponiendo que los sangrados son inyectados en la corriente principal: a)el sangrado sangrado de los NGVs a la salida de estos realizando realizando trabajo en la ur na y e sa sangra o para re r gerac n e ro ores ny nyec a o en a corr en e pr nc pa a a sa a de la turbina. 2.Realizar el mismo mismo cálculo mediante el uso de código GasTurb GasTurb u otro código y comparar los resultados obtenidos

http://www.gasturb.de/Free/Software/software.html http://www.gspteam.com/main/main.shtml Códigos libres, pero restringidos

Gregorio L. Juste, Juste, Lab. Propulsión Aeroespacial Aeroespacial [email protected],, http://labprop.dmt.upm.es/ljuste [email protected]

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TdS = dh −

dP

ρ

dh = cP dT dS = cP

dT

T 2

S 2 − S1 = cP

−R

dT

dP

− R ln

1

T 1

T2

S 2 − S1 =

cP Tref

P2

dT T

T 1

−

cP T ref

dT T

−R

n

P P1

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h(T ) = h f (298.15 K ) + ⎡⎣ h(T ) − h f (298.15 K ) ⎤⎦

=

T

. h=

f

T

c+P dT c p 298.15

T ref T

=

c T ref

dT T

S 2 − S1 = φ2 − φ 1 − R ln

P2 P

Para el calculo de las propiedades se pueden utilizar tablas, aproximaciones basados en aproximaciones polinomicas. Ej: CET (*) (CEA(**)) calculo de composición de equilibrio * , . , , . ., , ., , NASA Lewis Computer Program for Calculating Complex Chemical Equilibria With Applications, NASA TM–4557 ** http://www.grc.nasa.gov/WWW/CEAWeb/ Gregorio L. Juste, Lab. Propulsión Aeroespacial [email protected], http://labprop.dmt.upm.es/ljuste

0

1

2

-

3

4

5

6

-

7


Mezclas: aire – productos de combustión (riqueza f)


Evoluciones

isoentál icas e isoentró icas

Difusor-tobera

h2t = h1t , s2t = s1t

→

P2t =P1t

Evolución

en el compresor : Dados πc y ηc y condiciones de entrada P 2t, T2t y f = 0 (solo aire) Se pueden calcular h 2t y s2t roceso soen r p co : s3t = s2t Con πc, P3t = πc * P2t con P3t y s3t se calcula h’3t Con el rendimiento

η c =

− h2t h3t − h2t h3' t

Se calcula h3t y con h3t la T3t


Proceso adiabático: Datos usuales: T4t y π34

entalpía reactantes = entalpía productos

Ecuación de la energía : G3h3t + c hf = (G3+c)h4t h3t + f hf = (1+f)h4t En nomenclatura anglosajona f = far h4t =

h3t

+

far4 h f (T f ) 4

Conocemos h3t y hf , incognita far 4, para calcular h4t a partir de T4t necesitamos conocer far 4 (composición) proceso iterativo →→

P4t = π34 P3t Ejemplo con el GCD

(*)McBride, B.J., and Gordon, S., 1996, Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications, II: Users Manual and Program Description, NASA RP–1311.


Inclusión del rendimiento de combustión

h3t (T3t ) = h3t ( Tr ) + ⎡⎣ h3t ( T3t ) − h3t ( Tr ) ⎤⎦ h

3

3t

r

T

=h

T

+ ⎡h

−h

T

T ⎤

h f (T f

) = h (T ) + ⎡⎣h (T ) − h (T ) ⎤⎦

3t

−

3t

f

3t

r

r

f

c

f

f

f

r

r

⎣

f

f

−

f

r

⎦ =

( G3 + c ) {h4t (Tr ) + ⎡⎣ h4t ( T4t ) − h4t ( Tr ) ⎤⎦ }


3 3t

r

c

f

reactantes

r -

−

r

r

4t

productos combustión completa

= η q

3 3t

c

r

r

f

=c

−

r

4t ( comb .completa )

r

=

= η q cL G3

{⎡⎣h

3t

(T3t ) − h3t (Tr ) ⎤⎦} + c {⎡⎣h f

(T ) − h (T )⎤⎦} + η cL = f

f

r

q

( G3 + c ) {⎡⎣h4t (T4t ) − h4t (Tr ) ⎤⎦ Tr = 298.15 K Los subíndices se refieren a la composición en la estación correspondiente Si la composición no cambia la entalpía de formación no cambia El CET trabaja con entalpias : formación + sensible Gregorio L. Juste, Lab. Propulsión Aeroespacial [email protected], http://labprop.dmt.upm.es/ljuste

Procesos

mezclas astos de refri eración:

Mezcla a presión constante: P41t = P4t Ecuación de la energía

xG G2(1-x1-x2)+c

G2x1h3t +[G2(1-x1-x2)+c] h4t = 2 - 2 41t Datos : gastos, sangrados, h 4t, h3t Se calcula h41t Con h41t y P4t se calcula el estado en 41t : far 41 =

2

2

c G2 (1 − x2 )

⎫ G2 (1 − x1 − x2 ) ⎪ ⎪ 4 c ⎪ far 41 = G2 (1 − x2 ) ⎪ ⎭ far 4 =

c

ar41

=

1− x − x ar4 1 − x2


Salida de la turbina: punto 45 Se supone que el gasto de aire que refrigera el rotor no contribuye a la potencia que da la turbina

W c = W t [G2 (1-x 2 )+c] (h41t -h45t ) =G2 (h3t – h2t )

= S

'

− h45t ⇒ h41t − h45t h41t

= S ⎫

' 45 t

⎪⎭

h

⇒

→

h45t

h'

45 t

’ far 45 = far 41 Gregorio L. Juste, Lab. Propulsión Aeroespacial [email protected], http://labprop.dmt.upm.es/ljuste

rotor y se llega a la estación 5 Mezcla a presión constante P 5t = P 45t [G2 (1-x 2 )+c]h45t +G2 x 2 h3t =[G2 +c]h5t Con

→

h5t

el CET se pueden calcular las propiedades en 5 incluido s5t

Recordar

en el CET se entra con h, P, y far correspondientes a cada

estación

Evolución isoentálpica h9t =h5t Evolución isoentrópica s = s Variable de remanso: deceleración isoentrópica : s9 = s9t Tobera adapta P 9 = P 0 Con P 9, s9, far 9 se calcula h9 (Nota: far 9=far 5 =c/G2 =(1-x 2 )far 45 ) Gregorio L. Juste, Lab. Propulsión Aeroespacial [email protected], http://labprop.dmt.upm.es/ljuste

2

h

I

=

= E

9 9

G2

=

c E

=h + = =

2

V 9

⇒ V 9

G2 c G9V9

=

= (1 + c

( G2 + c ) V9

far9 ) V 9

=

1

(1 +

far9 ) V 9


Entrada típica del CET “archivo.in” &case_study title='sec3pt' / REACTANTS N 1.56176O 0.41959AR.009324C 0.00030 100. -28.0 G 298.15 O C 1.0 H 1.9296 100. -5330.0 L 298.15 F NAMELISTS &INPT2 , P=1519875., NSQM=T, SP=T, fa=T, mix=0.1e-10, S0=6.8264, =, / Problemas: SP = T, HP = T, TP=T




Gas Turbine Performance, Second Edition , Philip P. Walsh & Paul Fletcher. 1998, 2004 by Blackwell Science Ltd Gregorio L. Juste, Lab. Propulsión Aeroespacial [email protected], http://labprop.dmt.upm.es/ljuste

NASA Glenn Coefficients for Calculating Thermodynamic Properties of Individual Species. Bonnie J. McBride, Michael J. Zehe, and Sanford Gordon, NASA/TP—2002-211556



1922 K 2144 2311






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