ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΕΡΓ. ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ II Χειµερινό Εξάµηνο 00-00 Η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ Άσκηση (0 Βαθµοί) O στρoβιλοκινητήρας ενός αεροσκάφους τύπου στροβιλοδέσµης (rbojet) λειτουργεί µε κύκλο Brayto, παράκαµψη (σχέση bypa :), αναθέρµανση και µετάκαυση, ως εξής: α) Σχέση συµπίεσης Συµπιεστή ΧΠ (Fa) :, και Συµπιεστή ΥΠ : β) Θερµοκρασία εισόδου στον Στρόβιλο ΥΠ και στο Στρόβιλο ΧΠ 00Κ γ) Βαθµοί απόδοσης η t 0.95 και η c 0. δ) Τα καυσαέρια εισέρχονται στο ακροφύσιο µε ταχύτητα 0/. Ο Στρόβιλος ΥΠ κινεί τον Συµπιεστή ΥΠ και ο Στρόβιλος ΧΠ τον Συµπιεστή ΧΠ. Εάν η λειτουργία είναι ισεντροπική και η ταχύτητα του αεροσκάφους 0 /h σε ύψος.000, υπολογίστε τα εξής:. Τα στοιχεία της µονάδας και το αντίστοιχο -S διάγραµµα. Την ωστική δύναµη που αναπτύσσει ο στροβιλοκινητήρας µε µετάκαυση (500Κ). Την ωστική δύναµη του στροβιλοκινητήρα χωρίς µετάκαυση Άσκηση (0 Βαθµοί) Ένας κινητήρας που λειτουργεί µε κύκλο Otto δέχεται αέρα (00a, 0 ο ). Ο όγκος στο ΑΝΣ είναι 00 c και στο ΚΝΣ 00 c. Εάν η θερµότητα που προσδίδει το καύσιµο είναι 900 J/g-αέρα και το σύστηµα ψύξης απορροφά 0% της θερµότητας αυτής, σχεδιάστε ή υπολογίστε:. Τα σηµεία στα διαγράµµατα - και -S του κύκλου. Την καθαρή ισχύ του κινητήρα. Τον συντελεστή θερµοδυναµικής απόδοσης. Την µέση ενεργό (αποτελεσµατική) πίεση του κύκλου Άσκηση (0 Βαθµοί) Η µηχανή τύπου Dieel ενός ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους µε σχέση συµπίεσης : δέχεται αέρα µε 00a και 00Κ. Εάν η θερµότητα που προσδίδει το καύσιµο είναι 00 J/g-αέρα και το σύστηµα ψύξης απορροφά 5% της θερµότητας αυτής, σχεδιάστε ή υπολογίστε:. Τα σηµεία στα διαγράµµατα - και -S του κύκλου. Την καθαρή ισχύ του κινητήρα. Τον συντελεστή θερµοδυναµικής απόδοσης. Την καθαρή ισχύ του κινητήρα, εάν οι συνθήκες εισόδου είναι (90a και 0Κ) Πέµπτη //00 Παράδοη Τρίτη --00 Καθ. Ν. Βλάχος/Υπ. ρ.. Φείδαρος, Σωτ. Κακαράντζας
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΕΡΓ. ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ. Άσκηση Δεδομένα: Σχέση Bypa (ολική μάζα):(μάζα λειτουργίας) Η παράκαμψη (Bypa) για τον συγκεκριμένο κινητήρα σημαίνει, ότι ο αέρας μετά την είσοδο του στην μηχανή χρησιμοποιείται κατά 00% στον συμπιεστή ΧΠ και στην συνέχεια ποσοστό αέρος κατά,%(/) παρακάμπτει τον συμπιεστή ΥΠ, τον θάλαμο καύσης τον στρόβιλο ΥΠ, την αναθέρμανση και τον στρόβιλο ΧΠ και συναντά το ρεύμα των καυσαερίων στην έξοδο του στροβίλου ΧΠ και πριν την μετάκαυση ή το ακροφύσιο εξόδου εάν δεν υφίσταται μετάκαυση. Σχέση Συμπίεσης ΣΧΠ : Σχέση Συμπίεσης ΣΥΠ : t 0.95, c 0., καυσ0/, Ύψος πτήσης 000, πτήσης0/h p.005 J/(g K), 0. J/(g K).. Τα στοιχεία της μονάδας και το αντίστοιχο -S διάγραμμα Είσοδος αέρα στο αεροπλάνο με ταχύτητα 0/h00/ σε υψόμετρο 000 από την επιφάνεια της θάλασσας. Από πίνακα ιδιοτήτων πρότυπης ατμόσφαιρας (Μηχανική Ρευστών, Τομος Β, Αγγ. Παπαϊωάννου, Πίνακας Π., Σελ. 59) λαμβάνονται: a 9. a και a.k ΛΥΣΕΙΣ ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΙ 00-00
Είσοδος αέρα Α- a p p a.k a 95.5a a a a Διαδρομή (-) Συμπιεστής Χαμηλής Πίεσης L Δεδομένα: Κατάσταση 95.5 a,. K Δεδομένα: Κατάσταση Λόγος συμπίεσης r r S r 9.9 K r r.0 a 0.0K W L p ( - ).005 (0..) 0.5 J/g Από το σημείο γίνεται η παράκαμψη προς τον θάλαμο μετάκαυσης ή το ακροφύσιο, ενώ η υπόλοιπη μάζα συνεχίζει προς τον συμπιεστή υψηλής πίεσης. Διαδρομή (-) Συμπιεστής Υψηλής Πίεσης Η Δεδομένα: Κατάσταση. a, 0. K Δεδομένα: Κατάσταση Λόγος συμπίεσης r r S r.9k r r 9. a.9k W Η p ( - ).005 (.9-0.). J/g Διαδρομή (-) Θερμάνση Δεδομένα: Κατάσταση 9. a,.9 K Δεδομένα: Κατάσταση 9. a, Τ 00 Κ Q (-) p ( - ).005 (00-.9) 9.5 J/g Διαδρομή (-5) - Στρόβιλος υψηλής πίεσης (ΗΤ) Δεδομένα: Κατάσταση 9. a, Τ 00 Κ Διαδρομή (-5) ισεντροπικά Ο στρόβιλος υψηλής πίεσης το κινεί το συμπιεστή υψηλής πίεσης, W H W H ΛΥΣΕΙΣ ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΙ 00-00
ΛΥΣΕΙΣ ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΙ 00-00 Με την παραδοχή ότι p AI p Καυσαερίων p, τότε είναι: W H W H. J/g W H p ( - 5 ) 5 - W H /p 5 00-./.005 5. K 5 -( - 5 )/ t 00 - (00 -.)/0.95 05.9 K a 5.5 5 5 5 5 5 Διαδρομή (5-) Αναθέρμανση Δεδομένα: Κατάσταση 5 5.5 a, Τ 5. Κ Δεδομένα: Κατάσταση.5 a, Τ 00 Κ Q (-5) p ( - 5 ).005 (00-.). J/g Διαδρομή (-) - Στρόβιλος χαμηλής πίεσης (LΤ) Δεδομένα: Κατάσταση.5 a, Τ 00 Κ Δεδομένα: Κατάσταση ισεντροπικά Με την παραδοχή ότι p AI p Καυσαερίων p, τότε είναι: ( ) ( ) ( ) K p p W W H H 9. -( - )/ t 00 - (00-9.)/0.95 0.55 K a 095 50. Διαδρομή (-) Μετάκαυση (Afterbrig) Δεδομένα: Κατάσταση 50.095 a, Τ 9. Κ. a, 0. K Μεταξύ των καταστάσεων και ισχύει: 55.0 K ( ) ( ) a 9.0 Δεδομένα: Κατάσταση Τ 500 Κ 9.0 a Q (-) p ( - ).005 (00-55.0) 95. J/g
Διαδρομή (-9) Ακροφύσιο Δεδομένα: Κατάσταση Τ 500 Κ 9.0 a 0/ (Ταχύτητα εισόδου) Δεδομένα: Κατάσταση 9 ισεντροπικά 9 a 9. a Ταχύτητα Ήχου. 0. 000 500. 0 Αριθμός Mach στην είσοδο του ακροφυσίου Ma 0.55. Πίεση ανακοπής ( ) 0 Ma 9. a 0 Θερμοκρασία ανακοπής Ισεντροπική μεταβολή - - 0 0 0 0 0 - - 0 0 0 9 0 9 9 9 500.5 K.5 K.. Την ωστική δύναμη που αναπτύσσει ο στροβιλοκινητήρας με μετάκαυση - Αριθμός Mach στην έξοδο του ακροφυσίου: Ma 0 9 Ma9.09 Ταχύτητα Ήχου στην έξοδο του ακροφυσίου: Ταχύτητα καυσαερίων στην έξοδο: Ma9 9 9 Ώση κινητήρα: F thrt 9 pl 9 Nt.9 g 9 9 9.9 / 00.59.. Την ωστική δύναμη του στροβιλοκινητήρα χωρίς μετάκαυση Όταν ο κινητήρας λειτουργεί χωρίς μετάκαυση, τα ρεύματα λειτουργίας και παράκαμψης συναντιούνται στην είσοδο του ακροφυσίου. Με την παραδοχή ότι τα δύο ρευματα αναμιγνύονται πλήρως πριν την είσοδο τους στο ακροφύσιο θα ισχύει: Διαδρομή (-) Ακροφύσιο Δεδομένα: Κατάσταση 50.095 a, Τ 9. Κ. a, 0. K Μεταξύ των καταστάσεων και ισχύει: 55.0 K ΛΥΣΕΙΣ ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΙ 00-00
ΛΥΣΕΙΣ ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΙ 00-00 5 ( ) ( ) a 9.0 Δεδομένα: Κατάσταση ισεντροπικά a 9. a Ταχύτητα Ήχου 0.55 55.0 000 0.. Αριθμός Mach στην είσοδο του ακροφυσίου 0.55 0.55 0 Ma Πίεση ανακοπής ( ) 9.9 a Ma 0 0 Θερμοκρασία ανακοπής K 595.9 0-0 0-0 0 Ισεντροπική μεταβολή K.95-0 0-0 0 Αριθμός Mach στην έξοδο του ακροφυσίου:.0 Ma Ma - 0 Ταχύτητα Ήχου στην έξοδο του ακροφυσίου:.9 Ταχύτητα καυσαερίων στην έξοδο: /.0 Ma Ώση κινητήρα: g Nt.0 F pl thrt
. Άσκηση.. Διάγραμμα -S και τα αντίστοιχα στοιχεία της μονάδας Δεδομένα:.005 J/(g K) r : (Λόγος συμπίεσης). - 0. Air 0. J/(g K) /0. J/(g K) Q H 900 J/Kg-αέρα Απώλειες ψύξης 0% Διαδρομή (-) Ισεντροπική Συμπίεση Δεδομένα: Κατάσταση 00 a, 9.5 K Δεδομένα: Κατάσταση r r r.a Από την καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων ισχύει: Air Air 0. g r r 9. 0 K Από τον λόγο συμπίεσης ισχύει: r r 0. 0 g Διαδρομή (-) Ισόχωρη προσθήκη θερμότητας Δεδομένα: Κατάσταση 0.0 /g,. a, Τ 9.0 Κ Δεδομένα: Κατάσταση 0.0 /g Διαδρομή (-) Q (-) Q H ( - 0.) 0 J/g Τ Τ Q (-) / 9.0 0 / 0. 9.55 K 5.a Διαδρομή (-) Ισεντροπική Εκτόνωση Δεδομένα: Κατάσταση 5. a, 9.55 K Δεδομένα: Κατάσταση ( r ). a r ( r ). K r 9 ΛΥΣΕΙΣ ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΙ 00-00
Διαδρομή (-) Ισοχώρη απόρριψη θερμότητας Δεδομένα: Κατάσταση. a, Τ.9 Κ Δεδομένα: Κατάσταση 00 a, 9.5 K Q (-) ( - ) 0. (.9 9.5). J/g Πίνακας σύνοψης στοιχείων Κατάσταση Πίεση [a] Θερμοκρασία [K] 00.00 9.5. 9.0 5.0 9.55..9.. Την καθαρή ισχύ του κινητήρα W et Q (-) - Q (-) 0. 5.5 J/g.. Τον συντελεστή θερμοδυναμικής απόδοσης th W et /Q H 5.5 / 900 0.50.. Την μέση ενεργό (αποτελεσματική) πίεση του κύκλου ep W et /( - ) 5.5 / (0.-0.0) 5.05 a ΛΥΣΕΙΣ ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΙ 00-00
. Άσκηση.. Διάγραμμα -S και τα αντίστοιχα στοιχεία της μονάδας Δεδομένα:.005 J/(g K) r : (Λόγος συμπίεσης). - 0. Air 0. J/(g K) /0. J/(g K) Q H 00 J/Kg-αέρα Απώλειες ψύξης 5% Διαδρομή (-) Ισεντροπική Συμπίεση Δεδομένα: Κατάσταση 00 a, 00 K Δεδομένα: Κατάσταση r r r. 5 Ma Από την καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων ισχύει: Air Air 0. g r r 909. K Από τον λόγο συμπίεσης ισχύει: r r 0. 05 g Διαδρομή (-) Ισοβαρής προσθήκη θερμότητας Δεδομένα: Κατάσταση 0.05 /g,.5 Ma, Τ 909. Κ Δεδομένα: Κατάσταση 0.05 /g Διαδρομή (-) Q (-) Q H ( - 0.5) 900 J/g Τ Τ Q (-) / p 909. 900 / 0. 0.9 K 0. 0 g Διαδρομή (-) Ισεντροπική Εκτόνωση Δεδομένα: Κατάσταση.5 Ma, 0.9 K Δεδομένα: Κατάσταση. 5a. 05 K ΛΥΣΕΙΣ ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΙ 00-00
Διαδρομή (-) Ισοχώρη απόρριψη θερμότητας Δεδομένα: Κατάσταση.5 a, Τ.05 Κ Δεδομένα: Κατάσταση 00 a, 00 K Q (-) ( - ) 0. (.05 00).9 J/g Πίνακας σύνοψης στοιχείων Κατάσταση Πίεση [a] Θερμοκρασία [K] 00.00 00.00 50.00 909. 50.00 0.9.5.0.. Την καθαρή ισχύ του κινητήρα W et Q (-) - Q (-) 900.9 55.0 J/g.. Τον συντελεστή θερμοδυναμικής απόδοσης th W et /Q H 55.0 / 00 0. ep W et /( - ) 55.0 / (0.-0.05) 5.9 a.. Την καθαρή ισχύ του κινητήρα, εάν οι συνθήκες εισόδου είναι (90a και 0Κ) Διαδρομή (-) Ισεντροπική Συμπίεση Δεδομένα: Κατάσταση 90 a, 0 K Δεδομένα: Κατάσταση r r r. 5 Ma Από την καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων ισχύει: Air Air 0. 9 g r r. 0 K Από τον λόγο συμπίεσης ισχύει: r r 0. 05 g Διαδρομή (-) Ισοβαρής προσθήκη θερμότητας Δεδομένα: Κατάσταση 0.05 /g,.5 Ma, Τ.0 Κ Δεδομένα: Κατάσταση 0.05 /g Διαδρομή (-) Q (-) Q H ( - 0.5) 900 J/g ΛΥΣΕΙΣ ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΙ 00-00 9
ΛΥΣΕΙΣ ης ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΙ 00-00 0 Τ Τ Q (-) / p. 900 / 0. 5. K g 5 0. Διαδρομή (-) Ισεντροπική Εκτόνωση Δεδομένα: Κατάσταση.5 Ma, 5. K Δεδομένα: Κατάσταση a 9. K. Διαδρομή (-) Ισοχώρη απόρριψη θερμότητας Δεδομένα: Κατάσταση.9 a, Τ. Κ Δεδομένα: Κατάσταση 90 a, 0 K Q (-) ( - ) 0. (.9 0) 50.0 J/g Πίνακας σύνοψης στοιχείων Κατάσταση Πίεση [a] Θερμοκρασία [K] 90.00 0.00 5.00.0 5.00 5..5. W et Q (-) - Q (-) 900 50.0 59.99 J/g th W et /Q H 59.99 / 00 0.5 ep W et /( - ) 59.99 / (0.9-0.05) 5.9 a