Trong quá trình nén không khí trong máy nén khí (MNK) và quá trình giãn nở của khí cháy trong các tua bin (TB) của động cơ tua bin khí, nhiệt dung ri êng đẳng áp của môi chất công tác. Bài báo đưa ra mô hình mới cho phép tính đến ảnh hưởng của đồng thời nhiệt độ và áp suất l ên nhiệt dung riêng của không khí trong máy nén khí của động cơ tua bin khí. , R – hằng số khí, thay đổi do nhiệt độ và áp suất của không khí và khí cháy thay đổi. Trong các mô hình tính toán chu trình công tác của động cơ tua bin khí, người ta thường coi nhiệt dung ri êng là hằng số 1, 2, 3, 4 và lấy bằng giá trị trung bình của nhiệt dung ri êng đầu vàcuối quá trình nén hoặc giãn nỡ. Bài báo này đưa ra một mô hình mới cho phép tính đến ảnh hưởng của cả nhi ệt độ và áp suất lên nhiệt dung riêng của môi chất công tác trong các quá trình nén và giãn nở bên trong MNK và các tua bin của động cơ tua bin khí.
CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỒNG THỜI NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT LÊN SỰ THAY ĐỔI NHIỆT DUNG RIÊNG ĐẲNG ÁP CỦA KHƠNG KHÍ TRONG MÁY NÉN KHÍ STUDY SIMUTANOUS EFFECTS OF P AND T ON AIR’S ISOBARIC HEAT ON CAPACITY IN GAS TURBINE COMPRESSOR PGS.TS ĐÀO TRỌNG THẮNG, TS NGUYỄN TRUNG KIÊN, Học viện Kỹ thuật quân Tóm tắt Bài báo đưa mơ hình cho phép tính đến ảnh hưởng đồng thời nhiệt độ áp suất lên nhiệt dung riêng khơng khí máy nén khí động tua bin khí Abstracs This paper shows a new calculation model to simutanous effects of p and t on air’s isobaric heat capacity in the gas turbine compressor Đặt vấn đề Trong trình nén khơng khí máy nén khí (MNK) q trình giãn nở khí cháy tua bin (TB) động tua bin khí, nhiệt dung riêng đẳng áp môi chất công tác cP kR , R – số khí, thay đổi nhiệt độ áp suất khơng khí khí cháy thay đổi k 1 Trong mơ hình tính tốn chu trình cơng tác động tua bin khí, người ta thường coi nhiệt dung riêng số [1, 2, 3, 4] lấy giá trị trung bình nhiệt dung riêng đầu cuối trình nén giãn nỡ Bài báo đưa mô hình cho phép tính đến ảnh hưởng nhiệt độ áp suất lên nhiệt dung riêng mơi chất cơng tác q trình nén giãn nở bên MNK tua bin động tua bin khí Cơ sở lý thuyết Trên phần tử vơ nhỏ q trình nén đoạn nhiệt khơng khí MNK (hoặc giãn nở khí cháy), ta có k p dp TS dTS p TS từ k 1 k d ln TS k 1 (1) dp dTS 1 p k TS Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 94 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 Hình Sự biến đổi thơng số khơng khí (KK) khí cháy (KC) phần tử động tua bin khí Giả sử thay đổi áp suất TS k f (T S ) p , T S и p , mối liên hệ k F ( p) 1000 100 000 p 1 dp f (TS ) dTS p TS có F ( p ) b2 ( p ) b1 ( p ) b0 và nhiệt độ T S trình đoạn nhiệt thể đưa dạng phương trình vi phân tách biến Nếu F ( p) f (T S ) a (T S ) a1 (T S ) a q trình nén khơng khí máy nén khí hướng trục, ta có К SK 1 0 b2 p b1 b0 p dp 0 a2 T S a1 a0 T S d T S (2) hay b2 ( pV* ) ( K* ) b1 ( pV* ) K* b0 ln K* * * T * TSKK TSKK * a (TV* ) SKK a ( T ) a ln * V * TV* TV TV (3) Ta xác định nhiệt độ khơng khí cuối q trình nén đoạn nhiệt máy nén khí hướng trục TSKK 1000 T SKK cơng q trình nén đoạn nhiệt khơng khí máy nén khí * * * H SKK c PKKSK TSK c PKK ,V TV* , nhiệt dung riêng c PKKSK c(TSKK ) c PKK V c(TV* ) , theo giá trị cho trước tỷ số nén khơng khí máy nén khí K* p *KK p *KK * , pV TV - áp suất nhiệt độ dừng khơng khí đầu vào máy pV* pV* nén khí Như vậy, ta viết (3) thành b2 p 02 ( К2 1) b1 p ( K 1) b0 ln K 2 T SKK T T SKK SKK a2 T 1 a1 T 1 a ln , T0 T T0 (4) Các hệ số b2 , b1 , b0 , a , a1 a0 phương trình (4) xác định cách giải phương trình dạng ki b2 ( p j ) b1 ( p j ) b0 a (T ) a1 (T ) a 0, i, j , 1, ,6 k i (5) Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 95 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 nhận ta sử dụng số liệu k k ( p, T ) (được cho Cẩm nang tính chất vật lý chất khí chất lỏng[5]), quy dạng c k P ( p , T ) (hình 2) k 1 R Theo tính chất vật lý khơng khí, hệ số b2 , b1 , b0 , a , a1 a0 đồng thời không, giả sử b0 , chia hai vế (5) cho b0 ta b a a0 k k k b a ( p) p (T ) (T ) b0 k b0 b0 b0 b0 k 1 k 1 viết gọn (đặt b2 b2 b a a a ; b1 ; a ; a1 ; a0 ) b0 b0 b0 b0 b0 k k k 2 ( p ) b2 p b1 (T ) a (T ) a1 a k k k 1 Hình Các điểm đặc trưng giúp xác định hệ số (6) a2 , a1 , a0 , b2 b1 Để xác định b2 b1 ta lập hệ phương trình k3 k k ( pIII )2 b2 pIII b1 (TI )2 a2 (TI ) a1 a0 ; k3 1 k3 1 k3 1 k1 ( p )2 b k1 p b (T )2 a (T ) a a k1 ; I I I k 1 k1 1 I k1 1 k6 k6 k6 2 k 1 ( pIII ) b2 k 1 pIII b1 (TIII ) a2 (TIII ) a1 a0 k 1; k k k ( pI )2 b2 pI b1 (TIII )2 a2 (TIII ) a1 a0 k4 1 k4 1 k4 1 (7) ứng với điểm 1, 3, 4, hình Để xác định a , a1 a0 , ta lập hệ (ứng với điểm 2, 7, 5) Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 96 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 k k k ( p II ) b2 p II b1 (T I ) a (TI ) a1 a ; k k k2 1 k k k ( p II ) b2 p II b1 (T II ) a (TII ) a1 a ; k7 1 k7 1 k k ( p II ) b2 k p II b1 (TIII ) a (TIII ) a1 a k k 1 k 1 k (8) Giải hệ phương trình (8) (10) ta nhận a 8.719 , a1 12.142 , a 20.016 , b2 0.025 и b1 1.025 , a (T ) a1 T a k 8.719 (T ) 12.142 T 20.016 k 1 b2 ( p ) b1 p 0.025 ( p ) 1.025 p nhiệt k cV c P R R 1 k 1 dung đẳng áp cP kR J , k kg K (9) đẳng tích J kg K Bằng cách tương tự, xác định hệ số mơ hình tính tốn ảnh hưởng đồng thời nhiệt độ áp suất khí đốt lên nhiệt dung đẳng áp trình giãn nở tua bin động tua bin khí Kết ứng dụng mơ hình Sử dụng mơ hình nói để tính tốn nhiệt động tua bin khí khác nhau, ta nhận kết hình Hình So sánh kết tính tốn nhiệt động tua bin khí theo phương pháp tính khác Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 97 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 Kết nhận cho phép ta kết luận rằng, mơ hình tính tốn ảnh hưởng đồng thời nhiệt độ áp suất lên nhiệt dung riêng không khí q trình nén máy nén khí cho ta kết gần với giá trị hiệu suất thực động Đó ưu điểm mơ hình mà tác giả báo đề xuất Tuy nhiên, mơ hình có hạn chế so với mơ hình truyền thống cồng kềnh phức tạp Rất may, hạn chế khắc phục nhờ sử dụng cơng cụ chương trình tính tốn máy tính TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Маслов, Л.А Судовые газотурбинные установки - Л.: Судостроение, 1973.-400с [2] Шнеэ, Я.И Газовые турбины М.: Машгиз, 1960г [3] Стационарные газотурбинные установки/ Справочник под ред Л.В Арсеньева, В.Г Тырышкин - Л.: Машиностроение, Ленингр отд-ние, 1989 [4] Nguyễn Văn Châu Động tua bin khí tàu thủy HVKTQS, 1997 [5] Варгафтик, Н.Б Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей: 2-ое изд.М.: Наука, 1972 -721с [6] Нгуен Чунг Киен Эффективность газотурбинного двигателя с паровым теплоутилизационным контуром/ Б.И Мамаев, Ю.И Митюшкин, Нгуен Чунг Киен Известия высших учебных заведений Проблемы энергетики 2006 № - С.32 – 36 Người phản biện: PGS.TS Vy Hữu Thành Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 98 ... đẳng áp cP kR J , k kg K (9) đẳng tích J kg K Bằng cách tương tự, xác định hệ số mơ hình tính tốn ảnh hưởng đồng thời nhiệt độ áp suất khí đốt lên nhiệt...CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 Hình Sự biến đổi thơng số khơng khí (KK) khí cháy (KC) phần tử động tua bin khí Giả sử thay đổi áp suất TS k f (T S ) p , T S и p , mối liên hệ... phương pháp tính khác Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 20 – 11/2009 97 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2009 Kết nhận cho phép ta kết luận rằng, mơ hình tính tốn ảnh hưởng đồng thời nhiệt