Wie kann ich spezifische Wärmen von Gasen für Berechnungen von Turbostrahltriebwerken bestimmen?

Ich bin in einem Verbrennungslabor und wir führen Experimente an einem Strahltriebwerk durch. Ich habe jedoch einige Probleme bei der Berechnung der Austrittsgeschwindigkeit und der Kompressor- / Turbinenleistung des Motors.

Betrachten Sie den Düsenausgang, wohin die Abgase strömen. Unter der Annahme von 100 % adiabatischer Effizienz der Düse und Anwendung des 1. Hauptsatzes der Thermodynamik ergibt sich

u e 2 2 = H 0 e − H e = C P , N ( T 0 e − T e ) = C P , N T 0 e [ 1 − ( P A / P 0 e ) ( γ N − 1 ) / γ N ] ,
vorausgesetzt P e = P A , der Umgebungsdruck. Im Labor haben wir Thermoelemente aufgebaut, die die Stagnationstemperatur und den Druck am Ausgang sowie die Umgebungsbedingungen messen. Mein Problem ist jedoch, dass ich keine Ahnung habe, wo ich es herbekomme C P , N , die spezifische Wärme der Gase in der Düse ab. Ich habe in einem Nachschlagewerk nachgeschlagen, dass das durchschnittliche spezifische Wärmeverhältnis γ N = 1.36 , aber das gibt mir immer noch nicht die spezifische Wärme, die ich brauche, weil ich die spezifische Gaskonstante nicht kenne R für diese Gase. Als Referenz ist es ein SR-30-Turbojet mit Jet-A-Treibstoff.

Außerdem habe ich das gleiche Problem bei der Berechnung der Leistungsabgaben. Unter der Annahme, dass die gesamte Leistung der Turbine auf den Kompressor übertragen wird,

W T ˙ = ( M A ˙ + M F ˙ ) C P , T ( T 04 − T 05 ) = M A ˙ C P , C ( T 03 − T 02 ) = W C ˙
Auch hier habe ich keine Ahnung, was die spezifischen Wärmen sind, nur ihr Verhältnis. Kann ich diese Mengen irgendwie berechnen oder irgendwo nachschlagen? Oder finden Sie sogar irgendwo die spezifischen Gaskonstanten?

Antworten (4)

Haben Sie ein Exemplar des Buches Gas Turbine Theory von H. Cohen, GFC Rogers und HIH Saravanamuttoo? Vielleicht finden Sie dort die Antworten, denke ich.

Ja, sie sind auf der Rückseite. Aber hier ist eine Website mit ihnen: ohio.edu/mechanical/thermo/property_tables/air/air_cp_cv.html Walsh und Flecthers Buch Gas Turbine Performance ist auch eine großartige Quelle für diese Art von Informationen. Siehe amazon.com/Gas-Turbine-Performance-Philip-Walsh/dp/0791800679
Okay Leute, ich habe cp für den Kompressor und die Turbine gefunden. Meine nächste Frage ist, wäre der Düsen-CP derselbe wie der Turbinen-CP, da dieselben Gase durch sie strömen? Ich kann in keiner der von Ihnen angegebenen Referenzen eine cp-Düse finden.
@JoshPilipovsky. cp (und cv) ist eine Funktion der Gesamttemperatur und des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses. In einem Zivilmotor sind die FAR- und Gesamttemperatur in der Abgasdüse am Ausgang der Niederdruckturbine gleich . Er unterscheidet sich jedoch von dem Wert am HP-Turbineneintritt oder am ND-Turbineneintritt , da die Gesamttemperatur durch die Turbine abnimmt, wenn Energie entnommen wird. Wenn Ihr Motor einen aktiven Nachbrenner enthält, ändert dieser die FAR- und Gesamttemperatur zwischen dem LPT-Ausgang und der Düse. Verwenden Sie die Formel für cp und cv als Funktion von Gesamttemperatur und FAR, wie in …
... dieses Papier hier: citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/…

R oder R* ist die universelle Gaskonstante, 8,3143 Joule/K-mol. Die Gaskonstante r für ein bestimmtes Gas oder die spezifische Gaskonstante wird berechnet als r = R/m, wobei m das Molekulargewicht des betreffenden Gases ist.

Bekannte Werte, die bei manuellen Gasturbinenberechnungen für die spezifische Wärme für Luft verwendet werden, sind 1005 J/kg/K und 1150 J/kg/K für Verbrennungsgase. Beachten Sie jedoch, dass dies ausgewählte Werte sind, die für die Berechnung geeignet sind, diese haben keinen Wert, wenn Sie die tatsächlichen Gase betrachten.

Die spezifische Wärme (bei konstantem Druck, C P ) von Gasen hängt von der Zusammensetzung und der Temperatur ab. Dies impliziert, dass Ihre Berechnungen mit den in der Gleichung ausgedrückten Formeln immer falsch sind. Sie müssen über den Komprimierungs- oder Expansionsprozess integrieren.

Es ist möglich, die spezifischen Wärmen zu berechnen, beachten Sie, dass Gordon und Mc Bride von der NASA Cleveland, Ohio, gezeigt haben, wie dies durch ein Computerprogramm durchgeführt werden kann: Computerprogramm zur Berechnung komplexer chemischer Gleichgewichtszusammensetzungen und -anwendungen, bekannt als CAE . Die Berechnung basiert auf Polynomen, die die einzelnen Beiträge für die Spezies in den Gasen berechnen (um das Polynom dimensionslos zu machen, wird es in der Form angegeben C P R ).

C P ( T ) R = A 1 T − 2 + A 2 T − 1 + A 3 + A 4 T + A 5 T 2 + A 6 T 3 + A 7 T 4

In dieser Gleichung sind die Konstanten A 1 durch A 7 unterhalb und oberhalb von 1000 K definiert sind C P gefunden unter Verwendung dieser Gleichung ist in (J/Mol/K). Zu bekommen C P in (J/kg/K) kann man das Molgewicht der Spezies verwenden. Der C P einer Mischung wird berechnet, indem der gewichtete Durchschnitt zwischen den Werten von genommen wird C P der in der Mischung vorhandenen Arten. Im Falle eines C P in (J/kg/K) ist der Massenanteil zu verwenden und ggf C P in (J/mol/K) der Molenbruch:

C P G = ∑ ich = 1 N S ( M ich ⋅ C P , ich ) = 1

Wo:

  • C P G = spezifische Wärme bei konstantem Druck des (gasförmigen) Mediums (J/kg/K),
  • NS = Artenzahl in Mischung (-),
  • M ich = Massenanteil der Spezies ich (-),
  • C P , ich = spezifische Wärme bei konstantem Speziendruck ich (J/kg/K).

Die spezifische Wärme, die in der Simulationssoftware für die Leistung von Gasturbinen verwendet wird, wurde früher basierend auf dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis (FAR) von Kerosin in Luft tabelliert. Mittels Interpolation werden die Werte für die Berechnung gefunden. Komplexere und modernere Simulationssoftwaretools für Gasturbinen haben jedoch eine Art Implementierung von CEA der NASA.

Finden Sie ein altes Handbuch von Pratt & Whitney. Es listet k-Werte für Verbrennungsprodukte von Alkanen bei 100 % stoich, 200 % stöch und 400 % stöch auf.

Wie kann ich spezifische Wärmen von Gasen für Berechnungen von Turbostrahltriebwerken bestimmen?
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