1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Основываясь на теории Шмидта, Финкельшгейн впервые дал обобщенный анализ, учитывающий неизотермичность процессов сжатия и расширения. Эта теория была исследована Уокером и Ханом (К!тап) в 1965 г., где, в частности, особое внимание было уделено предельному случаю адиабатного сжатия и расширения. Так, например, выяснилось, что в двигателе с изотермическими процессами сжатия и расширения термический к. п. д. для циклов Шмидта и Карно равнялся 50%, а при соответствующих адиабатных процессах этот к. п.
д. был равен 34,3%. Аналогичным образом холодильный коэффициент криогенной газовой машины уменьшается от 1 при изотермических процессах до 0,543 при адиабатных процессах. Кроме того, как термический к. п. д., так и холодильный коэффициент становятся функциями всех конструктивных параметров, включая сс м и Х, хотя по теории Шмидта они были лишь функциями т. Потенциальные возможности этой простой теории никогда не были полностью использованы, и, вероятно, при дальнейшем развитии в нее может быть внесено много дополнений. Последующее развитие теоретического анализа связано с публикацией в 1964 г. Финкельштейиом ряда работ, в которых указывается метод подробного математического описания тепловой регенеративной машины с помощью 39 параметров и 4 функций; решение по этому методу получено в виде функциональных зависимостей 28 зависимых переменных. Эта теория, как известно, до сих пор не используется систематически. Впоследствии Финкельшгейн занимался вопросами моделирования на аналоговой ЭВМ, а много позже усовершенствованием хорошо известной программы теплового анализа ТАР (Т!»егьа! Апа!уейз Ргоцгат) и применением ее к машинам с циклом Стирлинга.
Финкельшгейн усовершенствовал программу моделирования до ра- 40 бочего состояния; эта программа была использована автором для оптимизации микроохладителей. Подробное ее описание приведено в работах Финкельштейна, Уокера и Йоши (ЛозЫ) в 1970 г. Программа требует детальной конструктивной проработки машины. Далее согласно программе машина для возможно более точного описания изменения температуры и давления разбивается на ряд узловых, достаточно малых контрольных объемов; при этом они не должныбытьслишкомбольшими, так как в противном случае из-за замены непрерывных функций дискретными точками появляются значительные ошибки. Газовые полости машины, ее отдельные части и внешняя окружающая среда рассматриваются как неизменный ряд изотермических зон с расчетной теплоемкостью, между которыми из-за разности температур происходит теплообмен теплопроводностью и конвекцией.
В качестве примера на рис. 4-1 показаны общий вид и отдельные части микроохладителя, а на рис. 4-2 — схема контрольных объемов для его моделирования. Программа достаточно хорошо позволяет осуществить и моделирование ра- 6 боты теплового регенеративного двигателя; она может быть применена также к любой схеме машины с открытым и с замкнутым циклами. Для осуществления моделирования по этой программе требуется высокоскоростная цифровая ЭВМ с запоминающим устройством; при работе в университете Калгари на машине 1ВМ 360!50 для каждого цикла требовалось от 6 до З 40 мин машинного времени.
Основная -6 трудность состоит в том, что большое количество данных по теплопередаче и газовому потоку рабочего тела, вводимых в ма- Рнс. 40. Отдельные шину, неизвестны. Таким образом, нет части мнкроохладнтелн, возможности без экспериментальной про- раоотагошего но циклУ верки оценить точность моделирования; т — регеиератор; когда же имеется экспериментальная иость сжатиия; а' — рабочий ооршеиь, 4 — иоиость расустановка, большой необходимости в ЭВМ ширеиии: а — аоиодильиии: нет. Конечно, об этом можно говорить после. того, когда предсказываемые программой данные будут достаточно хорошо согласовываться с экспериментальными, и лишь тогда она может использоваться для оптимизации при проектировании экспериментальных установок. Это отчасти верно, но степень погрешности увеличивается в зависимости от того, насколько условия, вводимые в программу, отличаются от условий в экспериментальной уста- т.- Тт ь"; 42 43 Рнс. 4-2.
Схема узловых точек для моделирования микроохладителя иа цифровой ЭВМ (по Финкельштейну, Уокеру и Йоши, 1970 г.). / — полость расширения; у — детектор; 3 — узловые точки насадки; б — атмосфера; б — «олодильннк; б — полость сжатия; 7 — рабочий поршень; б — картер коленчатого вала; и — привод; /Ь вЂ” вытесиитель; )/ — узловые точки газа; /Х вЂ” регенератор. новке, так как оценивающие модель «надуманные» факторы не остаются постоянными. ' Существенный вклад в развитие теоретического анализа был сделан также Квейлом и Смитом в 1969 г., а также Риосом (К)оз) и Смитом в 1969 г., рассматривавшими основной цикл с адиабатными процессами сжатия и расширения.
Особое внимание в их работах было уделено вопросам необратимости процессов. Такой подход предусматривает независимое изучение отдельных вопросов тепло- обмена методом последовательных приближений, который может быть выполнен с требуемой степенью сложности. ГЛАВА ПЯТАЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ 3-4. ОСНОВНЬ1Е КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ Основными независимо выбранными конструктивными параметрами машины Стирлинта являются следующие: отношение температур т = Тс)Тн, т.
е. отношение температуры в полости сжатия к температуре в полости расширения; отношение вытесняемых объемов й =- )/с/')/и, т. е. отношение вытесняемых объемов полостей сжатия и расширения; относительный мертвый объем Х = Уо/')/н, т. е. отношение общего внутреннего объема теплообменников, включая соединительные каналы и отверстия, к вытесняемому объему полости расширения; фазовый угол с«, на который изменения объема в полости расширения опережают изменения объема в полости сжатия; давление рабочего тела максимальное или среднее; частота вращения двигателя )у'; диаметр и ход движущегося возвратно-поступательного элемента конструкции двигателя (поршня) в полости расширения. $-2.
НЕКОТОРЫЕ РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ ЦИКЛА ШМИДТА Мгновенный объем полости расширения 1', = — )/н (1+ сов /17). 1 Мгновенный объем полости сжатия )/, = — //гул (1+ соз (/Т/ — а)], 1 Мгновенный общий объем рабочей полостр )/,+ )/,+ )/р. Мгновенное давление Рмакс (! 6) 1+ 6 сов (Ф вЂ” 8) где Уг в|п а т+ сов и 2Хт в+1 (та+ 2ть сов а + яа) * . в+А+25 Отношение давлений Рмакс 1+ 6 Рмнн ! — 6 Среднее давление (1 — 6| * Рср Рманс[ Длл двигателЯ (Те ) Тс). Полезнаа моЩность за Цикл =(Рм .Рт) =- ( ) А+1 1+6 |+(| ба)., где Т ( Е+~ С)=()+к)~ Е Мощность на единицу массы рабочего тела й Тсп (т — ! ) (1 + 6 сов 8) (6 в| и 8) (1 — 6') А (1+ (1 — ба) |а) [т+ — (1+ сов и) -).. 51 2 термический к.
п. д. цикла Ч= т — тс =- (1 — с). ТЕ Количество теплоты, подводимое за цикл в полость расширения, ба|по (се ЯРср(! е |+(1 — ба) т Количество теплоты, отводимое за цикл из полости сжатия, (сс т(се Для холодильной машины (Те С Тс). Количество теплоты, от- водимое за цикл из холодной полости расширения, й (! — 6| 65!ПО Кочичество отводимой теплоты на единицу массы рабочего тела Р,Тсп (1 + 6 сов 8) б в|п О (1 — ба) '* (1 + (! — ба) ") [т + — (1 + сов а) + о1 2 Холодильный коэффициент т, т — тс Количество теплоты, отводимое из полости сжатия в охлаждающую среду, Юс = т(~е.
Мощность, требуемая для привода холодильной машины, (! т)(ке' Для теплового насоса (Те - Тс). Количество теплоты, отводи- мой из горячей полости (полость сжатия) за цикл, (1 — 6 ' ба|па 0с Р ° т а+! Количество теплоты, отводимой из горячей полости (полость сжатия), на единицу массы рабочего тела й тспт (1+ 6 сов 8) 6 Ип О м г (1 — ба) ' (! + (1 — 6 ) 1) [т+ — (1+ сов а) + 3~ 2 Коэффициент, характеризующий эффективность теплового насоса, Тс ТŠ— ТС ! — т Количество теплоты, отводимое из полости расширения (теплота источника), ЯЕ= —, Яс Мощность, необходимая для привода теплового насоса, Р Ос 0 — ) 5.3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНОВКИ Из приведенных выше уравнений для цикла Шмидта очевидно, что полезная мощность за цикл и тепловые нагрузки на теплообменники, определяемые в зависимости от общего вытесняемого объема ут, есть линейные функции частоты вращения вала двигателя )у, давления рабочего тела рм,„.
и габаритов двигателя. Влияние же четырех основных параметров т, й, а и Х на характеристики двигателя менее очевидно. В особенности неясно, какую нз комбинаций рассматриваемых четырех параметров необходимо выбрать для получения оптимальных характеристик двигателя. Это является 45 очень важным обстоятельством, поскольку указанные параметры должны определяться на стадии конструкторской проработки, и, за исключением параметра т, изменить их можно только за счет изменения самой конструкции машины. .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
