Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 29
Текст из файла (страница 29)
А +пл, В+ пл. С пл. А пл, В Чс 1 пл. А+пл. В пл. А+пл. В Так как выражение термического к. п. д. представляет собой правильную дробь, то прибавление к числителю и знаменателю одинаковой величины (пл. С) дает увеличение к. п. д. и Ч~ Чы г59 Следовательно, рабочий процесс двигателей с самовоспламенением от сжатия при больших значениях степени сжатия выгоднее, чем рабочий процесс в двигателях с искровым зажиганием. Выбранная величина е должна обеспечить самовоспламенение топлива и создать необходимые температурные условия для быстрого протекания процесса горения. Этим условиям в компрессорных дизелях соответствуют значения степеней сжатия от 14 до 18.
$ 3. Цикл со смешанным подводом теплоты Стремление создать двигатель, который в пределах допустимых давлений объединил бы положительные свойства циклов с подводом теплоты при н = сопа1 и р = сопз1, привел к появлению бескомпрессорных двигателей, в которых распыление топлива осуществляется механическим путем. Топливо сжимается в насосе нли насосе-форсунке до давлений 1500 бар. Впрыскиваемое топливо поступает в камеру сгорания или специальные предкамеры.
Процесс сгорания идет вначале с повышением давления, а затем при постоянном давлении. Осуществление такого подвода теплоты характерно для двигателей, работающих но смешанному циклу. При термодинамическом исследовании таких циклов рассматривается цикл, состоящий из следующих процессов (рис. 12.11): а-с — адиабатное сжатие; с-г — изохорный подвод теплоты; х-г' — изобарный подвод теплоты; х'-е — адиабатное расширение; е.а — изохорный отвод теплоты. Параметры газа в узловых точках цикла могут быть определены нз общих термодинамическпх соотношении: зочка с Т,=Т,а~ — '; р,= р,е', тачка г р,=р,ааЛ, Т,=Т,еа — 'Л; точка г' р; р„Т; Т Ле" 'р1 точка а р,=р,р" Л, Т,=Т,Лз» вЂ” 'р~.
Термический к. п. д. смешанного цикла равен т1, =1— ча гсм Ч'+4- где г), =с,(Т,— Т,), д, =ся(Т; — Т,), н,=с„(Т,— Т,), !бО Подставляя значения соответствующих температур и полагая, что теплоемкости идеального газа величины постоянные, получим )»ре — 1 иь с 1()» 1)+и)» (р 1И Ч 'ем (12,7) Как видно из формулы (12.7), термический к. п. д.
цикл» растет с увеличением е и зависит также от р и ). Рассмотренный идеальный цикл лежит в основе работы всех современных дизелей. Рис. 12.12 Рис. 12.11 При р = 1 смешанный цикл обращается в цикл с подводом теплоты при о = сопз1 1 Чс,„= Чс, 1 — с 1) -. При ) = 1 смешанный цикл превращается в цикл с подводом теплоты при р = сопи( р — 1 и Чс =Чс ЕМ Р Сравнение этого цикла с циклами, в которых подвод теплоты осуществляется при о = сопи( и р = сопи( (рис. 12.12), показывает, что при одинаковых конечных давлениях и температурах во всех трех циклах и одинаковом количестве отводимой теплоты 7, Р см ь Зля зтих условий наибольшая степень сжатия будет у,двигателей, работающих со сгоранием при р = сопи(.
1б! 6 змс зс гллнл хш циклы глзотупвинных устлновок Газотурбинные установки (ГТУ) относятся к числу двигателей внутреннего сгорания. Газ, получившийся в результате сгорания топлива ч камере сгорания, направляется в турбину. Продукты сгорания, расширяясь в сопловом аппарате и частично на рабочих лопатках турбины, производят на колесе турбины механическую работу. Газотурбниные установки по сравнению с поршневыми двигателями обладают целым рядом технико-экономических преимуществ: 1) простота силовой установки; 2) отсутствие поступательно движущихся частей; 3) получение больших чисел оборотов, что позволяет существенно снизить вес и габариты установки; 4) получение больших мощностей в одном агрегате; 5) осуществление цикла с полным расширением и тем самым с большим термическим к.
п. д.; 6) применение дешевых сортов топлива (керосин). Эти преимущества ГТУ способствовали ее распространению во многих областях техника и особенно в авиации. В основе работы ГТУ ле,кат идеальные циклы, состоящие из простейших термодинамических процессов. Термодинамическое изучение этих циклов базируется на предположениях аналогичных тем, которые были сделаны в главе Х11, а именно: циклы обратимы, подвод теплоты происходит без изменения химического состава рабочего тела цикла, отвод теплоты предполагается обратимым, гидравлические и тепловые потери отсутствуют, рабочее тело представляет собой идеальный газ с постоянной теплоемкостыо.
К числу возможных идеальных циклов ГТУ относят: 1) цикл с подводом теплоты при постоянном давлении р = сопз1; 2) цикл с подводом теплоты при постоянном объеме о = сопа1; 3) цикл с регенерацией теплоты. Во всех циклах ГТУ отвод теплоты при наличии полного расширения в турбине производится при постоянном давлении. Из перечисленных циклов наибольшее практическое применение получил цикл с подводом теплоты при р = сопз1. й 1. Цикл ГТУ с подводом теплоты при р=сопз1 Схема простейшей ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давлении изображена на рис.
13.1. Компрессор 1, приводимый в движение газовой турбиной 2, подает сжатый воздух в камеру сгорания 5, в которую через форсунку б впрыскивается жидкое топливо, подаваемое насосом 7, находящимся на валу турбины. Продукты сгорания расширяются в сопловом аппарате 4 и частично на рабочих лопатках 3 и выбрасываются в атмосферу. При сделанных в начале главы допущениях термодинамический цикл га- 162 зотурбинного двигателя со сгоранием при р = сопя! изобрззится на р — о и Т вЂ” е-диаграммах (рис.
!3.2 и (3.3) в виде пл. агде. Работа цикла на р — е-диаграмме представляет собой разность площадей 1егй и 1асу, соответственно равных работе турбины и компрессора. В зтих диаграммах: б а-с — процесс адиабатного сжатия воздуха в компрессоре; е-г — подвод теплоты в камеру сгорания при р = сопи(; г-е — адиабатное расширение газа в турбине; е-а — изобарная отдача газом теплоты окру. жающему воздуху, Параметрами цикла являю1ся: степень повышения давления воздуха Рис. !Зл н = Рс)ра! степень предварительного расширения р = о,/ос. Термический к.
п. д. цикла определяют из общего выражения си= ! чс ес где с1,=е„(Т,— Т,), а с1,=си(Т,— Т,). Параметры газа в узловых точках цикла находят по формулам, связывающим параметры газа в адиабатном и изобарном процессах: Рис, !3.2 Рис. !З.З !бз точка с г — ! т,=т,и '; точка г ь — ! т,=т„. ' р; точка е т,=т.р. Найдем выражение для термического к. п. д.
цикла га (Р— )) та~ (р — В рз 1 2,г !! Рцс. )З.з Рис. )3.4 Работа цикла равна г †! 1ч=!)с!)!=с! т и ~ (р 1) !в ! я г (1 3.2) Выражение (13.1) показывает, что термический к. п. д. Г!У ири данном рабочем теле (данном л) зависит только от степени повышения давления в компрессоре, причем с ростом и термический к. п. д. цикла увеличивается.
Зависимость т)! 1 (гс) представлена на рис. 13.4. На рис. 13.5 изображен рассматриваемый цикл при различных степенях повышения давления и одинаковом количестве подводимой теплоты с)!. Из рассмотрения этого графика следует, что при д! = Ыет и повышении и уменьшается количество теплоты, отдаваемое газом в холодильник, а это приводит к увеличениютермического к. п. д.
цикла. Несмотря на то, что увеличение и благоприятно сказывается на экономичности газотурбинной установки, повышение этой величины приводит к увеличению температуры газов перед рабочи- 164 ми лопатками турбины. Величины этой температуры лимитируются жаропрочностью сплавов, из которых изготовлены лопатки. В настоящее время максимачьно допустимая температура газов перед турбиной составляет 800 — 1000 С и дальнейшее повышение температуры может быть достигнуто только при применении новых жаропрочных материалов и внедрении конструкций турбин с охла>кдаемыми лопатками.. й 2. Цикл ГТУ с подводом теплоты при п=сопз1 В газотурбиппой установке, работающей по этому циклу, процесс сгорания идет в замкнутом объеме камеры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
