Zadanie 11a

Turbina gazowa napędza sprężarkę powietrza i generator elektryczny. Powietrze sprężone w sprężarce kierowane jest do komory spalania, skąd spaliny o temp. 900 °C płyną do turbiny, w której rozprężają się do ciśnienia otoczenia. Do obliczeń przyjąć następujące wartości

p_ot=1 bar

t_ot=15 °C

p_{kom spalania}=8 bar

W_o=40 MJ/kg

η_is=0,83

η_ms =0,91

η_it =0,88

η_mt=0,95

η_ks =0,95

η_G =0,98

R= 287 J/kgK dla powietrza

- wykładnik adiabaty dla powietrza

c_pp=1,0045 kJ/kg - ciepło właściwe dla powietrza przy stałej temperaturze

- wykładnik adiabaty dla spalin

c_ps=1,08 kJ/kg - ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu dla spalin

Obliczyć:

A) Moc elektryczną generatora gdy dane jest V_{pow/war ot} = 27000 m³/h

B) Wydatek powietrza w warunkach normalnych gdy dane jest P_G= 100 MW

Zadanie 13a

Sprężarka spręża powietrze od warunków otoczenia (t_o=15 °C, 950 hPa) do ciśnienia p₂=12 bar ze sprawnością wewnętrzną adiabatyczną η_is=0,8. Powietrze przepływa do komory spalania, której spalane jest paliwo gazowe o cieple spalania W_o=48 MJ/kg i wartości opałowej W_u≈44 MJ/kg. Spaliny opuszczając komorę spalania mają temperaturę T₃=1200 K i  rozprężają się w turbinie gazowej do ciśnienia otoczenia. Za turbina spaliny mają temperaturę 720 K i są kierowane do wymiennika ciepłowniczego, w którym podgrzewają wodę sieciową. Gaz należy traktować, jako gaz doskonały. Sprawność mechaniczna sprężarki wynosi η_ms=0,99. Całkowitą sprawność generatora oszacowano jako η_G=0,97. Należy przyjąć upraszczające założenie, że komora spalania pracuje bez strat. Sprawność turbin wynosi η_mT=0,992. Przyjąć średnie ciepło właściwe przy stały ciśnienie dla powietrza c_pp śr=1,005 kJ/kgK i średnie ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu dla spalin c_ps śr= 1,08 kJ/kgK. Należy również przyjąć odpowiednio wykładniki adiabaty k=1,4 dla powietrza i k=1,38 dla spalin.

Obliczyć:

1. Określić sprawność wewnętrzną politropową sprężarki

2. Określić:

1. moc mechaniczną turbiny, jeżeli wydatek powietrza zasysanego przez sprężarkę wynosi m₁=150 kg/s

2. wydatek powietrza m₁ zasysanego przez sprężarkę, jeżeli moc na zaciskach generatora wynosi P_e=50 MW

3. Dla przypadków 2(a) i 2(b) oszacować ilość ciepła możliwą do odebrania ze spalin wylotowych, jeżeli temperatura spalin opuszczających wymiennik ciepłowniczy wynosi 85 °C.

4. Dla przypadków 2(a) i 2(b) oszacować sprawność elektryczną i sprawność ogólna układu jako elektrociepłowni.

Zadanie 22

Turbina gazowa napędza sprężarkę powietrzną i generator elektryczny. Powietrze sprężone ogrzewa się w wymienniku regeneracyjny, a następnie kierowane jest do komory spalania, skąd spaliny o temperaturze 930 °C płyną do turbiny. Po rozprężeniu w turbinie spaliny kierowane są do wymiennika regeneracyjnego i usuwane do otoczenia. Znane są:

- ciśnienie otoczenia = 1 bar

- temperatura otoczenia = 15 °C

- wydajność objętościowa sprężarki = 7,774 m³/s w.n.

- ciśnienie za sprężarką = 8 bar

- zużycie paliwa w komorze spalania 574 kg/h

- ciepło spalania palia W_o=40 MJ/kg

- sprawność wewnętrzna sprężarki - η_is=0,83

- sprawność mechaniczna sprężarki - η_ms=0,91

- sprawność wewnętrzna turbiny - η_it=0,88

- sprawność mechaniczna turbiny - η_mt=0,95

- ciepło właściwe powietrza i spalin c_pp = c_psp = 1005 J/(kg K)

- sprawność wymiennika regeneracyjnego 0,98

- sprawność komory spalania 0,95

Pominąć straty ciśnienia w komorze spalania i wymienniku regeneracyjnym.

Obliczyć:

1) Temperaturę wylotową spalin i stopień regeneracji oraz Δt_ln wymiennika regeneracyjnego pracującego w przeciwprądzie

2) Sprawność układu i produkcji energii elektrycznej

3) Sprawność układu brutto

Zadanie 20

Silnik tłokowy ma objętość skokową V_sk=0,05 m³ i stosunek kompresji ε=V₁/V₂=6. Częstość cykli C=2 s^-1. Przyjmując, że silnik działa wg obiegu porównawczego Otto i że czynnikiem roboczym jest dwuatomowy gaz doskonały, którego ekstremalne temperatury T₁=300 K, T₃=2100 K. Najniższe ciśnienie w silniku p₁=0,10 MPa.

Obliczyć:

1) moc teoretyczną

2) sprawność teoretyczną obiegu silnika.

Zadanie 20a

Silnik tłokowy ma objętość skokową V_sk=0,05 m³ i stosunek kompresji ε=V₁/V₂=6. Częstość cykli C=5 s^-1. Ekstremalne temperatury czynnika obiegowego (gaz dokonały, którego k=1,35) T₁=300 K, T₄=2400 K, najniższe ciśnienie w silniku p₁=0,10. Przyjmując, że silnik działa wg obiegu porównawczego Sabathe o stopniu obciążenia ϕ=V₄/V₃=2.

Obliczyć:

1) moc teoretyczną

2) sprawność teoretyczną obiegu silnika.

Zadanie 54 - silnik rakietowy

Silnik rakietowy spala alkohol etylowy R_spalin=305 J/kgK. W komorze spalania: p₀=20 bar, T₀=3000K. Natężenie wypływu spalin
=125 kg/s. Maksymalna prędkość lotu c=1500 m/s. Wykładnik izentropy k=1,2. Obliczyć maksymalną moc rakiety.

---