1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 16
Текст из файла (страница 16)
В этих случаях Саундерс н Смоленик рекомендуют использовать средние значения величин, полагая (на основании расчетов, выполненных Джонсоном), что ошибка будет мала. Это весьма вероятно, так как даже в том случае, когда в действительности времена дутья не равны, приведенные периоды близки друг к другу, поскольку уменьшение реального времени дутья Я обычно связано с увеличением объемной скорости потока рабочего тела У. Ценность использования двух приведенных безразмерных параметров и кривых эффективности регенератора ограничена точностью определения исходных данных теплообменника.
Они обычно измеряются экспериментально с использованием «однодутьевой» временной аппаратуры, описанной впервые Фернасом (Рнгпаз, 1932 г.), а позднее Саундерсом и Фордом (Ротс), 1940 г.), Джонсоном (1952 г.) Саундерсом н Смолеником (1948 г.), Коппаджем, (1952 г.), Рэпли (Кар1еу, 1960 г.), Васишта (Уаз!з)т!а, 1969 г.) и Ваном (%ап, 1971 г.). По этой методике насадка помещается в поток горячего газа, подводимого при постоянной входной температуре, н измеряется изменение температуры на выходе в зависимости от времени. Теория однодутьевого режима была впервые предложена Шуманом в 1932 г. и может быть использована для получения на основе измеренных данных коэффициента теплоотдачи для конкретной испытываемой насадки.
При этом требуются весьма тщательные измерения и возникают определенные сомнения, могут ли этн данные относиться к регенераторам, работающим в циклическом режиме. Вышеприведенная методика позволяет получать приемлемые значения данных по теплоотдаче; однако из-за несколько отличающихся реальных условий работы регенератора их сравнение представляется затруднительнымм. 7-7.
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ К РЕГЕНЕРАЦИИ В МАШИНАХ СТИРЛИНГА Вышеизложенная теория работы регенератора была вначале развита для ожижительных и газоразделительных установок, а также для воздухоподогревателей котлоагрегатов. Эти установки громоздки, в них обычно используются два регенератора: один для нагрева, другой для охлаждения потока газа. Периоды нагрева и охлаждения (времена дутья) весьма велики: от десяти минут до нескольких часов.
Позднее эта теория была переработана н распространена на регенеративные теплообменники газовых турбин. В этом случае периоды нагрева и охлаждения значительно меньше. Так, Коппадж и Лондон (1953 г.) 'упоминают, что «время реверса, составляющее »/«с (два полных цикла в секунду), почти соответствует максимально допустимой частоте, не связанной с чрезмернымн потерями на выходе», и далее.: «допущение о неперемешнвающихся потоках прием- лемо в том случае, когда длина пути, проходимого потоком, невелика и для такой небольшой длины теория, по-видимому, хорошо описывает процесс для большинства приемлемых типов поверхностей насадок».
Большинство регенераторов в газотурбинных двигателях имеет относительно большую лобовую поверхность и небольшую длину потока, так что хотя время дутья и невелико, время пребывания частицы в насадке также очень мало. По-видимому, вышеизложенная теория применима в разумных пределах к регенераторам, используемым в газотурбинных двигателях и подогревателях воздуха, но непригодна для регенераторов двигателей Стирлинга.
Теория основывается на таких предположениях, которые неприменимы к работе двигателя Стирлинга. Вероятно, главная причина состоит в том, что согласно этой теории время прохождения частицей насадки регенератора мало по сравнению с полным временем дутья. В двигателях Стирлинга времена дутья чрезвычайно малы. Например, при относительно небольшой частоте вращения 1200 об/мнн, или 20 циклов в секунду, время дутья в 10 раз меньше, чем минимально допустимое время в газовой турбине. Ранее отмечалось (рис.
7-!), что времена дутья столь малы, что ни одна частица не проходит через насадку. Из рис. 7-2 следовало, что реальное общее время прохождения потока через насадку составляет примерно половину времени полного цикла; оставшееся же время тратится либо на заполнение, либо на опустошение мертвого объема. Процесс теплоотдачи в этом случае представляется весьма сложным, поскольку он связан с повторяющейся от цикла к циклу контактной связью между насадкой и рабочим телом подобно передаче ведра из рук в руки при тушении пожара, Другие существенные допущения теории состоят в том, что параметры на входе; температура, массовый расход и скорость движения рабочего тела считаются постоянными во времени. Очевидно, что для любого регенератора системы с циклом Стирлинга эти допущения невыполнимы. Из рис.
7-1 видно постоянное изменение условий на входе, а на рис. 7-2 приведено предельное изменение массового расхода потока. Максимум расхода потока через насадку составляет примерно лишь половину максимального расхода потока, поступающего в полость расширения и выходящего из нее, Попытки исследовать регенераторы в двигателях Стирлинга с помощью рекомендуемых методов потребовали введения усредненных условий потока.
Чтобы определить эти усредненные значения, требуется настолько грубое приближение, что окончательные результаты представляются весьма сомнительными. На этом этапе исследования не представляется возможным дать рекомендации по применению какой-либо теории для описания работы регенератора.
Хотя в настоящее время положение является неудовлетворительным, есть основания надеяться на его улучшение. Квейл и Смит с сотрудниками в 1968 — 1969 гг. в Массачусетском технологическом институте получили многообещающие результаты. Они рассматривали приближенное решение для тепло- 78 вых характеристик регенератора с циклом Стирлинга, содержащее неизвестные параметры давления (и массового расхода), которые, возможно, изменяются по синусоидальному закону с разностью фаз при максимальных значениях. Было получено полное решение.для разности энтальпий потока с помощью описания температурного поля регенератора посредством квадратного полинома. Эта теория остается в значительной степени идеализированной, поскольку в ней делается предположение о постоянстве во времени температуры газа и насадки в данной точке, а также об отсутствии пристеночных эффектов (трения о стенку).
И тем не менее в настоящее время, повидимому, не существует теории, которая была бы достаточно хорошо развита для непосредственного описания работы регенератора. Келлер с сотрудниками лаборатории фирмы «Филипс» в Эйндховене проделал ббльшую, чем кто-либо, работу по исследованию регенераторов в машинах Стирлинга, но, к сожалению, опубликована только небольшая ее часть. Несмотря на то что доктор Келлер прочитал курс лекций по регенераторам в Высшей технической школе в Делфте в !969 г., они нигде не были опубликованы. При другом подходе к проблеме делаются попытки представить регенератор в виде ряда элементов, а время дутья разделить на ряд периодов. По этому методу циклические изменения входныхусловий потока заменяются предполагаемыми постоянными условиями в пределах одного периода с последующим переходом к новым постоянным условиям для следующего периода.
Для получения входных условий для и-го элемента насадки условия на выходе из (и — 1)-го элемента усредняются. Этот метод позволяет увеличивать число элементов насадки до такой степени, что их дальнейшее подразделение не будет оказывать заметного влияния на расчет. Затем все эти элементы представляются как целое семейство небольших регенераторов Хаузена,- для которых имеется достаточно хорошо разработанная теория. Для проведения обычных расчетов этот метод непригоден, поскольку для него требуется наличие высокоскоростной ЭВМ. Это означает, что для быстрого определения оптимальных параметров регенератора должен быть построен целый ряд объединенных графиков.
у-а. экспеРиментАльные дАнные Опубликованных сообщений о влиянии несовершенной регенерации на характеристики машин, работающих по циклу Стирлинга, или об экспериментальных исследованиях регенераторов, проведенных при условиях, близких к их работе в реальных машинах, по-видимому, очень мало.
В 1961 г. Дэвис (Пач(ез) и Сингхэм (6(пйЬаш) провели серию экспериментов с небольшим тепловым регенератором, состоящим из латунных и медных проволочных сеток, который был помещен в знакопеременный пульсирующий с частотой 5 Гц поток с постоянным объемом воздуха (при атмосферном давлении). Воздух нагре- вался с одной стороны регенератора и охлаждался с другой. Для обеих сторон насадки производилась непрерывная запись температуры воздуха.
На основании этих экспериментов были сделаны следующие выводы: 1) для данной сетчатой насадки к. п. д. регенератора увеличивается с массой насадки; однако это увеличение связано с постепенным уменьшением расхода; 2) для заданной массы насадки к. п. д. регенератора возрастает с уменьшением диаметра проволоки (в сетчатой насадке).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
