Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Зависимость термииесио. Полученная формула показывает, что го Кпд цикла с подводом теюготы термический КПД рассматриваемого пра постоянном давлении от стеатня е и степени предвари- цикла увеличивается при возрастанн тельного расюнреиня р (при а степени сжатия а и уменьшается при = 1,35) юзрастании степени предваритель.
ного расширения р, (рис. 101). Термический КГИ цикла можно также подсчитать и помощью лТ-диаграммы в виде отношения пл. 1246 к площади под процессом 2-4 (см. ис. 100, б). Г ри увеличении нагрузки двигателя, т. и, при увеличении количества подведенной теплоты, увеличивается р, и не изменяется п. Слевова.
тельно, по мере увеличения нагрузки термический КПД такого цикла уменьшается (рис. 101). Это подтверждается а7'-диаграммой (см. рпс. 100), показывающет1, что гс мере увеличения подвода теплотвт выигрыш в работе цикла от дополнительных количеств теплоты постепенно уменьшается. ' Среднее давление цикла определяется формулой (688), еалн принять д = 1. В этом случае Рт " (Ре — 1) Ра= (в — 1) (й — 1) т(а> где Ч, определяется формулой (690), 6 та 5. 4иил двигателя Стирлинга Рис. 102. Схема двигателя Стнрлинга; т — вмтеснитеаь; т — Ветенеаа. тоа: а — варшень; е — иоменне. синя меканием 'Смл Лвигатель Стирлинга. — Сворник стаей иод редакцией В.
М. Бродянского. М., Мир, 97 о. 297 Дзига~ель Стирлинга имеет внешний подвод теплотвг через тепло- проводящую стенку е. Количество рабочего тела (им может бвгть воздух), заключенного в рабочем объеме двигателя, постоянно н несме. няемо. В этом заключается одно из преимуществ такого двигателя перед двигателями внутреннего сгорания, так каи в качестве горячего источника теплоты в этих условиях могут использоваться кроме про. дуктов сгорания органических топлив ядерная энергия, солкечная батарея и др. При подводе теплоты через теплопроводящую поверхность в замкнутый объем ' ', еа(ь.
двигателя рабочее тела расширяется (поршень совершает рабочий ход). Затем теплота отбирается холодным источником теплоты, рабочее тело сжимается и таким образом возвращается в исходное состояние, 4 завершая рабочий цикл. Однако практическая невозможность частой смены температуры теплопроводящей стенки при под- 2 воде и отводе теплоты привела к необходимости усложнения конструкции двигателя — создании в нем постоянных горячей Г и холодной Х полостей.
В связи с этим 'рабочее тело во время цикла должно последовательно перемещаться из горячей полости в холодную и наоборот.. Г Такие перемещения рабочего тела в двигателях Стирлинга обеспечиваются вытеснителем 1 и поршнем 3, движущимся о определенному закону водном цилиндре Рис. 102) Двигатель Стирлипга может ' '! иметь и два сообщающихся между собой илиндра. В этом случае в одном цилиндре еремещается вытеснитель, в другом— оршен ь. Работа двигателя Стирлинга может быть условно разделена на че- ' тыре стадии (рис.
103). В первой стадии все количество рабочего тела находится в холодной полости Х. 'На второй стадии поршень 3, перемещаясь вверх, сжимает рабочее тело в холодной полости. Температура рабочего тела прн этом сохраняется постоянной за счет отвода теплоты через стенки цилиндра холодному источнику теплоты (изотермный процесс сжатия 1-2 на рис. 104). На третьей стадии вытеснитель 1 (рпс. !03), перемещаясь вниз, вытесняет рабочее тело (рис.
104) из Рис, !03. Схема изменения объемов горячей Ггг и холодной Ггс полостей двигателя Стирлинга яри повороте коленчатого вала; ! — вытесннтель; à — рсгенеретор; 3 — нор~лениг е, 5 — условное измене. нне объемов; ь, 7 — всаствнтельнос нзьгеггег~не объемов холодной полости Х в горячую Г при постоянном объеме о, = о,. Особенностью двигателя Стирлинга является полная регенерация теплоты изохорных процессов. С этой целью перемещение рабочего тела из холодной в горячую полость осуществляется через регенератор 2 (см. рис. 103). Регенератор, отдавая теплоту рабочему телу, охлаждается, а рабочее тело нагревается до температуры Т, (изохорный процесс 2-3 на рнс.
104), В горячей полости Г двигателя нагретое до температуры Т, рабочее тело расширяется, сохраняя свою температуру для счет подвода теплоты от горячего источника теплоты через поверхность верхней крышки цилиндра (изотермный процесс 3-4 на рис. 104).
Затем вытевнитель 1 (см. рис. 103) перемещается вверх, вытесняя при постоянном объеме о„=- оз рабочее тело (рис. 104) из горячей полости в холодную через регенератор 2 (четвертая стадия). Регенератор нагревается. отбирав теплоту от рабочего тела и охлаждая его в изохорном процессе 4-1 до ммпературы Т,.
Стенки холодной полости Х сохраняют постояип1.о температуру Т, за счет отбора теплоты холодным нсточни- ком теплоты. В изотермном процессе 1-2, замыкающем 'рабочий цикл, сжатие рабочего тела происходит прн более низкой температуре Т„ чем расширение в процессе 3-4, поэтому в цикле совершается полезная работа (684), Все эти движения вытеснителя и поршня' обесйечивают изменение объемов горячей и холодной полостей в соответствии а графиками 4 итб иа рис.
!03. В действительности ромбический' механизм 4 (см. рис. (02) плавно перемещает вьцеснитель'1 н поршень 3 в соответствии с кривыми б и 7 иа рис. !03 Изменение объеыа горячей полости опережает по фазе изменение объема холодной полости. Удельная теплота с/с подводится к рабочему телу при изохорном процессе 2-3 от регенератора в количестве с/( и при изотермц4сЫ процес- 3) Т т а) р Рис. ! 04, Цикл двигатели Стирлиига в координатах: а — кп а — 'ьг се 3-4 от внешнего источника теплоты в количестве с/с.
В свЯзи а этим с/с = с/,' + д",, Отвод теплоты производится вначале при изохорном процессе 4-3 в регенератор в количестве с/,' и затем при изотермном процессе 1-2 в холодной полости двигателя в количестве с)",. Следовательно, с/а = с/,' + с/",. Подстановка полученных выражений в формулу (684) показывает, что 1„= с/,' + с/", — с/е' — с/",. Известно, что излсенение энтропии в изотермных процессах /лла,а = /ст )п (па/па) и слала = Й (п (ос/от), (т — тй дт т, , т) с — — — —, с/с дс" 7 слет та 70 з тез ТаК КаК О, = Ос И Оа с Ца тО Ьэат = Лата = /Ла„т.
Е. ИЗОХОРНЫЕ процессы в аТ-диаграмме эквидистантны. Следовательно, с/', = с/,', т. е. регенератор двигателя Стирлинга в идеальном случае (без учета потерь) осуществляет полную передачу теплоты в изохорных процессах 4-1 и 2-3 от горячего рабочего тела (с/,') к холодному (с/,'). С учетом скаванного 1, = с/" ,— с/, "= Табзтс — Т, Лила — — (Т, — Тс) Лат. Удельная теплота, йередаваелсая рабочему телу от внешнего источника теплоты, составляет с/", = Таба„поэтому термический КПД цикла Стир- линга Таким образом, термический КПД цикла Стнрлннга равняется термическому КПД цикла Карно.
В этом второе существенное положительное свойство цикла Стирлинга. Следует при этом заметить, что аналогичный результат можно получить при любых обратимых термодинамнческих процессах 2-3 и 4-1 прн услойин полной регенерации теплоты, т. е, прн условии эквидистантностн этих процессов в зТ-диаграмме. Отмеченные выше положительные свойства цикла Стирлинга обусловили расширение в последние годы исследований и конструкторских проработок двигателей, работающих по циклу Стирлинга. $ т!й. Цмнпы газовых турбин Газотурбинные установки, схемы которых показаны на рис.
(05, а, б, в, состоят пз собственно газовой турбины, имеющей две основные части: вращающийся диск с радиальными лопатками 11, называемый ротором, и корпус 2, называемый статором. На общем валу с ротором располагаются потребитель энергии ! и турбокомпрессор 3, сжимающий воздух и подающий его по трубопроводу 3 в камеру сгорания 9. В эту же камеру по трубопроводу б топливным насосом б из бака 4 подается топливо, которое через форсунку (клапан) 7 впрыскивается в камеру сторания 9. Газ, образующийся в результате сгорания топлива в камере 9, подается в сопловый аппарат 10, в котором скорость его движения увеличивается.
После соплового айпарата газ, имеющий высокую кинетическую энергию, попадает в канал между лопатками ротора, где и совершается работа вследствие образующегося давления газа иа вогнутую поверхность лопаток (рис. 105, в). Давление создает силу, вращающую ротор. Отработавшие газы выпускаются через патрубок 12. Цикл газотурбинной установки состоит из термодннамическнх процессов, происходящих в турбокомпрессоре 3, камере сгорания 9 и в самой турбине 11. Имеются два основных типа газотурбинных установок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
