Аналитическое Определение Истинной Удельной Изобарной Теплоёмкости Компонент Воздуха И Продуктов Сгорания С Учётом Влияния Температуры И Давления И Эффекта Термической Диссоциации

Abstract

Предложены функциональные зависимости для нахождения истиной удельной изобарной теплоёмкости ср основных компонент воздуха и продуктов сгорания углеводородных топлив (азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара, аргона) как функции температуры и давления в широком диапазоне температур и давлений с учетом эффекта термической диссоциации на основе обработки экспериментальных данных, полученных другими авторами. Функции представляют собой сложные полиномиальные зависимости, тем не менее, удобные для практических термогазодинамических расчетов типа «подставляем в формулу температуру и давление и получаем теплоёмкость газа ср». Степень диссоциации любого газа, согласно правилу Дюгема для полной вариантности закрытой термодинамической системы, однозначно определяется двумя его параметрами, в данном случае, его температурой и давлением, таким образом, величина истиной теплоёмкости диссоциированного газа также детерминирована для заданных Т и р. Данное обстоятельство позволило авторам статьи, имея табличные данные cp=f(T, р), при получении аналитических выражений избежать громоздких расчетов, связанных с решением системы уравнений химической кинетики с привлечением констант химического равновесия, которые, в свою очередь, также являются эмпирическими величинами. В работе предложена методика преобразования двумерных массивов, представляющих собой эмпирические значения истинных удельных изобарных теплоёмкостей компонент воздуха и продуктов сгорания газотурбинных двигателей, в функцию двух переменных, сводящаяся к нахождению уравнения сплайнповерхности, проходящей через массив заданных точек. Также представлены различные варианты аналитических зависимостей истинной удельной изобарной теплоемкости для вышеперечисленных веществ, полученные на основе предложенной методики в зависимости от диапазона температур и давлений: удаление от критической точки позволяет существенно упростить эти зависимости. Произведена верификация полученных зависимостей для различных диапазонов температур и давлений, проанализированы относительные погрешности ср.Ключевые слова: истинная удельная изобарная теплоемкость; продукты сгорания ГТД; термическая диссоциация; влияние давления; преобразование двумерных массивов в аналитическую функцию двух переменных

The ways of improving the efficiency of gas turbine plants based on aircraft gas turbine engines

“…The calculation of isobaric specific heats of the main components of combustion products in a given range of pressures and temperatures was performed using analytical expressions obtained as a function of temperature and pressure, taking into account the effect of thermal dissociation in the paper [10].…”

“…nature of the change in the nitrogen isobaric specific heat depending on pressure and temperature is shown in Fig.3[10].…”

Development of a method to improve the calculation accuracy of specific fuel consumption for performance modeling of air-breathing engines

“…In [25], dependencies of c p of gases as a function of temperature and pressure taking into account the effect of thermal dissociation, obtained by approximating experimental data were proposed. These dependencies can be used to determine the enthalpy of combustion products in the combustion chamber of air-breathing engines in the form of h(Т, р, q f ).…”

“…The equations с ра =f(T, p) for the main components of air and combustion products for hydrocarbon fuels, which are united throughout the specified pressure and temperature range (nitrogen р=0.1…200 bar, Т=150…2,870 K; oxygen: р=1…200 bar, Т=210…2,870 K; argon: р=1…200 bar, Т=190…1,300 K; water vapor: р=0.1…200 bar, Т=700…2,600 K; carbon dioxide: р=1…200 bar, Т=390…2,600 K) are obtained in [29], based on the results of [25]. The specific heat capacity averaged both by pressure and temperature can be obtained by integrating с ра =f(T, p) by pressure.…”

“…However, the tensor coefficients obtained in [29] are inapplicable for low partial pressures of water and carbon dioxide in the air at the combustor inlet. Therefore, instead of them, according to the method presented in [25], new values of tensor coefficients were obtained, which are applicable for water in the range р=0…10 bar and Т=273…1,000 K and for carbon dioxide -р=0…20 bar, Т=273…1,800 K. Tensor coefficients are presented in Tables 1, 2, respectively.…”