Gas Turbine

Modern Turbofan Analysis Part 6

Created 2 years ago

Duration 0:02:37
7
In this part, we'll analyse the fan
Slide Content
Tags: Gas Turbine

• Analysis
2. Slide 2 - Given Parameters

• Area of hot nozzle
• 1.0111m2
• PCC= Combustion Chamber Pressure Loss Ratio
• .02
• Area of cold nozzle
• 3.5935 m2
• m = Mechanical Efficiency
• 0.99
• Area of inlet
• 6.006 m2
• THPT = High Pressure Turbine Efficiency
• 0.93
• d = intake efficiency
• .98
• TLPT = High Pressure Turbine Efficiency
• 0.93
• fan = Isentropic Fan Nozzle Efficiency
• .95
• n = Isentropic Nozzle Efficiency
• 0.95
• f = Fan Polytropic Efficiency
• .93
•  (By Pass Ratio)
• 8.1
• CLPC = Low Pressure Compressor Efficiency
• .91
• f = Fan Pressure Ratio
• 1.7
• CHPC High Pressure Compressor Efficiency
• .91
• CLPC = Low Pressure Compressor Ratio
• 1.14
• CC = Combustion Chamber Efficiency
• .99
• CHPC = High Pressure Compressor Ratio
• 21.0
• QHV (kJ/kg)
• 48000
3. Slide 3 - Flight Conditions

• Condition
• Value
• M (Mach Number)
• 0.85
• Altitude
• 10668
• Ta = Temp airK
• 218.934
• Pa (kPa)
• 23.9
• Turbine Inlet Temperature K
• 1380

• a
• 01
• 02
• 03
• 04
• 05
• 06
• 07
• 08
• 09
• 11
• Stn
• Desc
• A
• Atm
• 01
• 02
• Intake
• 03
• Fan out
• 04
• LPC Out
• 05
• HPC Out
• 06
• CC Out
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
5. Slide 5 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 03
• Fan out
• 04
• LPC Out
• 05
• HPC Out
• 06
• CC Out
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• Inlet Duct (Given 98% Efficient)
• At the intake we convert all the kinetic energy in the air into pressure energy.
6. Slide 6 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.99
• 250.44
• 03
• Fan out
• 04
• LPC Out
• 05
• HPC Out
• 06
• CC Out
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• Inlet Duct (Given 98% Efficient)
7. Slide 7 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.4
• 03
• Fan out
• 04
• LPC Out
• 05
• HPC Out
• 06
• CC Out
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• Fan Outlet (Given f as 93% and f = 1.7)
8. Slide 8 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.4
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 05
• HPC Out
• 06
• CC Out
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• Fan Outlet (Given f as 93% and f = 1.7)
9. Slide 9 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.52
• 04
• LPC Out
• 05
• HPC Out
• 06
• CC Out
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• Low Pressue Compressor Outlet
• (Given LPC as 91% and LPC = 1.14)
10. Slide 10 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.52
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 06
• CC Out
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• Low Pressue Compressor Outlet
• (Given LPC as 91% and LPC = 1.14)
11. Slide 11 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.4
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 06
• CC Out
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• High Pressue Compressor Outlet
• (Given HPC as 91% and LPC = 21)
12. Slide 12 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• High Pressure Compressor Outlet
• (Given HPC as 91% and LPC = 21)
13. Slide 13 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• Outlet of Combustor
• (Given Combustion Pressure Loss Ratio Pcc = 0.02)
14. Slide 14 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• Energy In = Energy Out.
• Outlet of Combustor
• (Given Combustion Pressure Loss Ratio Pcc = 0.02)

• Let

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
17. Slide 17 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• High Pressue Turbine Outlet
• (Given HPT as 93% and m = 99%)
• The high pressure turbine is required to drive the high pressure compressor.
18. Slide 18 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• High Pressue Turbine Outlet
• (Given HPT as 93% and m = 99%)
19. Slide 19 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• High Pressue Turbine Outlet
• (Given HPT as 93% and m = 99%)
20. Slide 20 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Low Pressue Turbine Outlet
• (Given LPT as 93% and m = 99%)
• The high pressure turbine is required to drive the low pressure compressor and fan. However we need to be cognisant of the by-pass ratio.
21. Slide 23 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 43.83
• 614
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Low Pressue Turbine Outlet
• (Given LPT as 93% and m = 99%)
22. Slide 24 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 43.83
• 614
• 09
• Nozzle Out
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Core Nozzle Outlet
• (Given n as 95%)
• The critical pressure ratio is:
23. Slide 25 - The critical pressure ratio is:

• And the efficiency of the nozzle is
• But the critical temperature ratio:
24. Slide 27 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 43.83
• 614
• 09
• Nozzle Out
• 23.9
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Core Nozzle Outlet
• (Given n as 95%)
25. Slide 28 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 43.83
• 614
• 09
• Nozzle Out
• 23.9
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Core Nozzle Outlet
• (Given n as 95%)
26. Slide 29 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 43.83
• 614
• 09
• Nozzle Out
• 23.9
• 532
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Core Nozzle Outlet
• (Given n as 95%)
27. Slide 30 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 43.83
• 614
• 09
• Nozzle Out
• 23.9
• 532
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Vj
• Jet Velocity
• 433 m/s
• Core Nozzle Outlet
• (Given n as 95%)
28. Slide 31 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 43.83
• 614
• 09
• Nozzle Out
• 23.9
• 532
• 11
• Fan Nozzle
• 32.88
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Vj
• Jet Velocity
• 433 m/s
• Fan Nozzle Outlet
• (Given fn as 95%)
29. Slide 32 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 43.83
• 614
• 09
• Nozzle Out
• 23.9
• 532
• 11
• Fan Nozzle
• 32.88
• 245
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Vj
• Jet Velocity
• 433 m/s
• Fan Nozzle Outlet
• (Given fn as 95%)
30. Slide 33 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 43.83
• 614
• 09
• Nozzle Out
• 23.9
• 532
• 11
• Fan Nozzle
• 32.88
• 245
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Vj
• Jet Velocity
• 433 m/s
• Vf
• Fan Velocity
• 314 m/s
• Fan Nozzle Outlet
• (Given fn as 95%)
31. Slide 34 - Stn

• Desc
• kPa
• K
• A
• Atm
• 23.9
• 218.9
• 01
• 02
• Intake
• 37.9
• 250.44
• 03
• Fan out
• 64.59
• 294.5
• 04
• LPC Out
• 73.63
• 306.87
• 05
• HPC Out
• 1546
• 774.45
• 06
• CC Out
• 1515
• 1380
• 07
• HPT Out
• 329
• 975
• 08
• LPT Out
• 43.83
• 614
• 09
• Nozzle Out
• 23.9
• 532
• 11
• Fan Nozzle
• M
• Mach
• 0.85
• Alt
• Altitude
• 10668m
• f
• Fuel : Air
• .0173
• Vj
• Jet Velocity
• 433 m/s
• Va
• Aircraft Velocity
• 251 m/s
• m
• Mass flow
• 575
• Mass Flow – Given Area of Fan Inlet is 6.006m2.
32. Slide 35 - Calculating the Thrust

• 11.9kN
• Total Thrust = 76.4kN