1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Во время процесса сжатия (1-2) правый поршень движется по направлению к нижней мертвой точке, а поршень полости расширения остается неподвижным. Рабочее тело сжимается в полости сжатия, и давление его увеличиваегся. ТемператУРа остаетсЯ постоЯнной, так как теплота гас отвоДитсЯ от полости сжатия в окружающую среду. В процессе 2-3 оба поршня движутся одновременно: поршень полости сжатия к регенератору, а поршень полости расширения— от регенератора.

Движение поршней происходит таким образом, что объем между ними остается постоянным. Вследствие этого рабочее тело, проходя через пористую насадку регенератора, переходит из полости сжатия в полость расширения. При прохождении через регенератор температура рабочего тела за счет теплоты насадки повышается от Тмнн до Тм,„,. Постепенное увеличение температуры газа при прохождении его через насадку регенератора при постоянном объеме вызывает повышение его давления.

В процессе расширения 3-4 левый поршень продолжает двигаться от регенератора в направлении верхней мертвой точки; правый поршень полости сжатия остается неподвижным в нижней мертвой точке, вблизи регенератора. Поскольку это процесс расширения, то с увеличением объема газа давление его уменьшается. Температура рабочего тела остается постоянной, поскольку теплота Ян подводится к системе от внешнего источника. Последний процесс в цикле 4-1, во время которого поршни движутся одновременно так, чтобы возвратить рабочее тело при постоянном объеме через насадку регенератора из полости расширения в полость сжатия.

При прохождении газа через насадку регенератора теплота от рабочего тела передается материалу насадки и вследствие этого температура рабочего тела уменьшается .и достигает Тяня — темпеРатУРы полости сжатиЯ. Теплота, пеРеданнаЯ в этом процессе, сохраняется в насадке и передается рабочему телу в процессе 2-3 следующего цикла. Таким образом, цикл состоит из четырех процессов: 1-2 — процесс изотермического сжатия, теплота от рабочего тела с температурой Тм,н передается окружающей среде; 2-3 — процесс при постоянном объеме, теплота от насадки регенератора передается рабочему телу; 3-4 — процесс изотермического расширения, теплота от внешнего источника с температурой Тм,„, передается ребочему телу; 4-1 — процесс прн постоянном объеме, теплота от рабочего тела передается насадке регенератора. Если количества теплоты в процессах 2-3 и 4-1 одинаковы, то теплообмен между двигателем и окружающей средой осуществляется путем подвода и отвода теплоты соответственно при Т„,„, и Т„„„.

Такие условия подвода и отвода теплоты при постоянных температурах удовлетворяют выводам второго закона термодинамики для максимального термического к. п. д. цикла; вследствие этого термический коэффициент полезного действия цикла Стирлинга такой же, 2ЛЬ ЦИКЛ ЭРИКСОНА как и для цикла Карно, т.

е. з) = (Т„,„, — Т„„„)1Т„,„,. Основное преимущество цикла Стирлинга перед циклом Карно заключается в замене двух изоэнтропических процессов двумя процессами при постоянном объеме, что существенно увеличивает площадь на р, У- диаграмме. Поэтому для получения достаточной работы в цикле Стирлинга не требуется создавать очень высокие значения давлений и вытесняемых объемов, как в случае цикла Карно. Сравнение р, У'-диаграмм циклов Карно и Стирлинга для заданных давлений, температур и объемов приведено на рис. 2-4. Заштрихованные площади 5-2-3 и 1-5-4 представляют дополнительную работу, полученную вследствие замены изоэнтропических процессов процессами при постоянных объемах.

Изотермические процессы 1-5 и 8-5 цикла Карно продлены, с тем чтобы получить процессы 1-2 и 8-4; таким образом, количество подводимой и отводимой теплоты в цикле Стирлинга,увеличивается пропорционально полученной работе. Доля подводимой теплоты, превращенной в работу (терми-. ческий к. п. д. цикла), одинакова для обоих циклов. 20 21 Рнс. 2-5. Циклы Эриксона н Карно. Приведенные цнклы даны для одних н тех же значений максимальной н мнннмальной температур, давлений н объемов. Заштрихованные площади характеризуют соответственно прирост внешней работы н увелнченне количества теплоты в цикле Эриксона, Рнс. 2-4.

Циклы Стнрлннга н Карно. Приведенные циклы даны для одних н тех же значений макснмалъной н минимальной температур, давлений н объемов. Заштрихованные площади на р, У- н Т, 5-диаграммах характеризуют соответственно прнрост внешней работы н увелнченне количества теплоты в цикле Стнрлннга. В цикле Эриксона регенеративные процессы подвода и отвода теплоты при постоянных объемах, о которых говорилось выше, заменяются регенератнвными процессами подвода и отвода теплоты при постоянных давлениях.

Это приводит к циклу, изображенному на р, )г- и Т, Я-диаграммах (рис. 2-5). Для одних и тех же значений давления, объемов и температуры термический к. п. д. цикла Эриксона такой же, как и для цикла Карно, а полезная работа и количество передаваемой теплоты намного больше. 2-6. ЦИКЛ СТИРЛИНГА ДЛЯ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Ранее было отмечено, что подвод теплоты в цикле осуществляется при некоторой высокой температуре Т„,„,. Часть теплоты превращается в работу, а часть отводится при йнзкой температуре Т„„,.

Описанный выше цикл относится к тепловому двигателю, в котором получение полезной работы связано с подводом теплоты от высокотемпературного источника энергии и ее отводом при низкой температуре. 2-2. ЦИКЛ СТИРЛИНГА ДЛЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ Та же идеальная машина, с помощью которой было дано описание работы теплового двигателя по циклу Стирлинга, может быть использована для знакомства с работой холодильной машины с та- Рнс.

2-6. Цикл Стнрлннга теплового двигателя н холодильной машины. В обеих машинах процесс сжатия происходят прн Тмзз. Процесс расширении в двигателе осуществляется прн Тмз „а в холодильной машине — прн Тоха. В двигателе теплота, подводнмая прн высокой температуре, преобазуется в полезную работу. холодильной машине теплота отводится хладагентом; в атом случае требуется затрата внешней работы. ким же циклом. Единственное различие состоит в том, что температура внешнего источника, от которого подводится теплота в процессе расширения, ниже, чем температура рабочей жидкости, отводящей теплоту в процессе сжатия. Это показано на рис. 2-5, где приведены р, У- и Т, 8-диаграммы циклов для теплового двигателя и холодильной машины. В случае холодильной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга, теплота отводится из холодной полости в процессе расширения д'-4'.

Работа сжатия (площадь 1-2-5-б) как для теплового двигателя, так и для холодильной машины одна и та же. Работа Таим 2 ,лГ, гг у Тмин Тсхл расширения (площадь 4'-3'-б-б) в холодильной машине меньше работы сжатия, и для реализации данного цикла необходима энергия, подводимая от внешнего источника, эквивалентная площади 1-2-3'-4'. При переходе из полости сжатия в полость расширения в процессе 2-3' температура рабочего тела уменыиаептся, а в процессе 4'-1 соответственно увеличивается. Эффективность работы холодильной машины оценивается холодильным коэффициентом, равным отношению отводимой теплоты к работе, затраченной на цикл, или Рис.

2-7. Цихл Стирлиига для холодильной машины (а) и теплового насоса (б). При работе теплового насоса илн холодильной машины процесс расюнрення происходит при температуре меиьюей, чем процесс сжатия; а этом случае требуется затрата аиешией работы. В теплоаом насосе процесс расширения осуществляется прн атмосбшрной температуре, а теплота, отиоднмап а процессе ежа. тня при высокой температуре, является полезной теплотой за цикл. При одних и тех же температурных условиях холодильный коэффициент циклов Стирлинга, Эриксона и Карно один и тот же, а холодопроизводительность циклов Стирлинга и Эриксона при заданных давлении и объеме намного выше, чем для цикла Карно. 2еа тЕЛЛОВОЛ НАСОС С ЦИКЛОМ СтИРЛИНГА Тепловой насос работает по такому же циклу Стирлинга, как и описанная выше холодильная машина; в обоих машинах температура полости расширения Тьх, меньше, чем температура полости сжатия Тмин.

Различие в работе теплового насоса и холодильной машины в том, что температуры Т,х, и Тмин в тепловом насосе более высокие. Для двигателя и холодильной машины Тми„— температура окружающей среды, в качестве которой обычно используется вода, тогда как для теплового насоса Т„ии — температура, при которой из системы отводится теплота; эта теплота является полезной и может использоваться для обогрева зданий.

Поэтому для теплового насоса значение Тмин выше температуры окружающей среды, а подвод теплоты в цикле происходит при температуре Т,„л от атмосферного воздуха или от обычной воды. Сравнение цикла Стирлинга для теплового насоса и холодильной машины приведено на рис. 2-7. В обоих случаях требуется затрата работы от внешнего источника, что эквивалентно площади 1-2-3'-4'. Для теплового насоса полезной является отводимая при температуре Тмин теплота; следовательно, коэффициент, характеризующий эффективность теплового насоса, выразится как отношение отводимой теплоты к работе, подводимой в цикле ', или Тмин Тмин Т Охл х В отечественной технической литературе для определения эффективности теплового насоса используется термин «отопительный коэффициент».

(Прил. перев.) Этот коэффициент — обратный термическому к. п. д. двигателя, в то время как коэффициент, характеризующий эффективность холодильной машины, определяемый как Тохл Тмнн Тохл а не является таковым. 2-а ГенеРАтОР дАвления с циклОм стирлинГА Предполагается, что исследуемые в настоящее время подобные системы, целью которых является повышэние давления и перекачивание жидкости, работают по циклу, близкому к циклу Стирлинга. Системы, где перекачиваемые жидкость или газ отделеныдиафрагмой от рабочего тела цикла Стирлинга,могут быть отнесены к двигателям Стирлинга.

Характеристики

Список файлов книги