12-13 (1013744), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Термический кпд цикла Гемфри равен:

,

где (адиабата ac);

(закон Шарля) –изохора c-z;

, - (изобара ba и адиабаты zb и ac).

После подстановки этих значений в выражение для получим:

.

Таким образом, термический кпд цикла Гемфри является прямой функцией степени сжатия (или П) и степени повышения давления в процессе подвода теплоты q₁ по изохоре .

13.4.3. Цикл жидкостного ракетного двигателя

ЖРД – это ракетный двигатель, работающий на жидком ракетном топливе. ЖРД был предложен К.Э. Циолковским (1857-1935) как двигатель для полетов в Космосе в 1903 году. Практические работы по созданию ЖРД были начаты в США в 1921 году Р. Годдардом (1882-1945) и в 1926 г. был произведен запуск ракеты с ЖРД. В 1931 г. испытаны первые в СССР ЖРД ОРМ и ОРМ-1 в газодинамической лаборатории (в дальнейшем РНИИ,
НИИ-1, НИИТП) под руководством В.П. Глушко.

Идеальный цикл ЖРД – прямой газовый изобарный цикл полного расширения:

где 1-2 – изохорный процесс сжатия и нагнетания жидких компонентов топлива в камеру сгорания при помощи турбонасосного агрегата (ТНА). Принимается, что объем жидкости , где v_Г – объем газообразных компонентов, т.е. пренебрегается удельным объемом v_ж по сравнению с удельным объемом v_Г, и что энтальпия h₁=h₂=0, т.к. жидким компонентам топлива теплота не сообщается;

2-3 – изобарный процесс подвода теплоты q₁;

3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в сопле Лаваля;

4-1 – изобарный процесс отвода теплоты q₂ в окружающую среду.

Эти процессы образуют цикл с положительной результирующей работой ( ).

Термический кпд цикла ЖРД будет равен:

,

т.к. h₁=h₂=0. В методе круговых процессов, используемого для анализа цикла ЖРД, при расчете энтальпий теплота образования вещества не учитывается. Поэтому энтальпии и . Тогда

,

где - степень повышения давления. Тогда

.

Таким образом, термический кпд цикла ЖРД растет с ростом давления рабочего тела в камере сгорания двигателя (р₃=р₂).

Представим термический кпд цикла ЖРД в виде:

.

Тогда можно сделать вывод, что при заданной теплоте источника термический кпд цикла ЖРД тем больше, чем больше степень расширения газа в сопле, т.е. чем больше разность энтальпий (h₃-h₄), а результирующая работа цикла (располагаемая работа) целиком идет на создание кинетической энергии струи, вытекающих из сопла продуктов сгорания.

13.5. Методы сравнения эффективности различных циклов

В разделе 13.3. для сравнения экономичности циклов Отто и Дизеля при различных заданных условиях сравнения использовался графический метод сравнения при помощи T-s диаграммы. В данном разделе рассмотрим метод сравнения, основанный на использовании усредненных температур: и , которые графически демонстрируются на следующих рисунках:

Таким образом, сравниваемые циклы заменяются на эквивалентные циклы Карно при использовании усредненных температур. Тогда термический кпд эквивалентного цикла Карно можно представить в виде: . Сравнение термических кпд различных эквивалентных циклов Карно между собой проводится при одинаковых предельных температурах:T₁=T_max и T₂=T_min. Сравним эквивалентные циклы А, Б, В с К- циклом Карно:

Чем больше термический кпд эквивалентного цикла Карно, тем экономичней двигатель. Чем больше усредненная температура подвода теплоты и чем меньше эквивалентная температура отвода теплоты, тем больше термический кпд цикла. Так как изобара более пологая логарифмическая кривая в T-s координатах, чем изохора, то изобарный цикл более экономичен, чем изохорный цикл , т.е. термический кпд цикла Дизеля больше термического кпд цикла Отто ( ).

13.6. Газовые поршневые компрессоры. Расчет работы сжатия. Характеристики одно- и многоступенчатых компрессоров. Потери на сжатие

Компрессоры предназначаются для сжатия газообразных рабочих тел. На осуществление обратного цикла, по схеме которого работают компрессоры, расходуется механическая работа.

Одноступенчатый компрессор

Давление р₃=р₂ и температура Т₃=Т₁.

Процесс сжатия в компрессоре в p-v и T-s координатах имеет вид:

где А-1 – линия всасывания; 1-2 – процесс сжатия газа; 2-В – линия нагнетания сжатого газа в баллон; (-L) – работа, затрачиваемая на привод компрессора.

На диаграмме T-s работа, затрачиваемая на привод компрессора равна площади F23EF.

Линия А-1 и 2-В не изображают термодинамические процессы в координатах р[Па]-V[м³], так как количество рабочего тела на них переменно. При этом удельные параметры состояния газа (p, v, T) практически не изменяются. Основной характеристикой компрессора является степень повышения давления П=р₂/р₁. Для одноступенчатого компрессора П=8-12. Величина П=р₂/р₁ для одноступенчатого компрессора ограничивается максимальной температурой в конце процесса сжатия Т_2max (300⁰C) из-за опасности возгорания масла и наличием вредного (мертвого) пространства между поршнем компрессора и днищем цилиндра из-за размещения в нем клапанов (всасывающего и нагнетательного), что учитывается объемным кпд компрессора , где V – фактический объем всасываемого газа. Для реальных компрессоров (всегда). Влияние вредного пространства на степень повышения давления в одноступенчатом компрессоре проиллюстрируем следующим рисунком:

где процесс В₁-А₁ – это процесс расширения газа, оставшегося во вредном пространстве; т.А₁ – фактическое начало всасывания газа. С ростом давления р₂ объемный кпд компрессора уменьшается и при фактический объем всасываемого газа равен нулю ( ) и .

При расчете работы на привод компрессора принимается, что процесс сжатия газа – равновесный, вредное пространство отсутствует и потерями давления на всасывание и нагнетание газа можно пренебречь. Тогда цикл компрессора будет иметь вид:

Механическая работа, затрачиваемая в одноступенчатом компрессоре на сжатие 1 кг газа, равна:

,

или , или , где показатель политропы .

При медленном сжатии (изотерма). При очень быстром сжатии (адиабата). Работа при адиабатном сжатии равна

.

При изотермическом сжатии работа равна:

.

Сжатие в многоступенчатом компрессоре

При расчете работы на привод многоступенчатого компрессора принимается, что Т₂=Т , т.е. что температура газа в конце процесса сжатия в каждой ступени одинакова, и что работа сжатия в каждой из ступеней компрессора одинакова, т.е. l₁=l₂=l₃=l_ц/3, где 3 – число ступеней компрессора в рассматриваемом примере. Каждая ступень работает в одном и том же интервале температур от Т₁ до Т₂, как показано на следующей схеме:

При этом в каждой ступени имеет место один и тот же политропический процесс сжатия:

, и т.д.,

где П₁=П₂=П₃=П. Тогда р₂=Пр₁, р =П²р₁, р =П³р₁ и т.д.

При этом конечное давление в многоступенчатом компрессоре с числом ступеней N будет равно:

.

Тогда для трехступенчатого компрессора (N=3) работа, затраченная на сжатие газа, будет равна:

,

а для произвольного числа ступеней N будем иметь следующее выражение:

.

Характеристики

Список файлов книги