Материал: Теоретические основы теплотехники 1

Скачать

Заказать новую работу

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

141

подводимой в цикле Отто по изохоре (2'–3) и, следовательно, КПД цикла Ди-

зеля, в условиях одинакового максимально возможного давления, больше,

чем КПД цикла Отто.

Подачу топлива можно осуществлять так, что одна его часть будет сго-

рать при постоянном объеме, а другая – при постоянном давлении. Такой цикл называется циклом смешанного сгорания топлива или циклом Тринкле-

ра (рис. 47). Из сопоставления рассмотренных циклов видно, что циклы со сгоранием при постоянных объеме и давлении являются частными случаями смешанного цикла.

Из диаграммы (рис. 47) видно, что цикл со смешенным подводом теп-

лоты занимает по эффективности промежуточное положение между циклами Отто и Дизеля как в условиях сравнения при одинаковой степени сжатия ε,

так и при сравнении по условию одинакового максимального давления в ци-

линдре двигателя.

а

б

Рис. 47. Цикл смешанного сгорания в координатах p-v (а) и T-s (б)

 

Выведем уравнение для определения термического КПД смешанного

цикла. Количество подводимой теплоты на

изохоре

(2–3) равно

 

cvm T3 T2 , а в изобарном процессе (3–4) –

 

T3 . Количе-

q1

q1 cpm T4

 

142

ство отводимой теплоты q2

на изохоре (5–1) по абсолютной величине состав-

ляет q2 q2 cvm T5 T1 .

Следовательно, термический КПД цикла, опре-

деляемый как отношение полученной работы lц к количеству подведенной теплоты q1, равен

 

 

l

 

 

q

q

 

 

 

 

ц

 

 

 

 

1

 

2

 

t

 

q

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

vm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

T

T

 

 

 

vm

 

3

 

2

Сокращая на сvm и вынося Т1 и

1

T

 

 

1

 

 

t

T

T

 

 

2

 

3

 

 

 

T

 

 

 

 

 

2

1

q

2

 

1

 

q

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

q

q

 

 

 

 

1

 

 

1

 

1

 

T T

 

 

 

 

 

 

 

5

 

1

 

 

 

.

 

 

c

 

 

 

T

T

 

 

 

pm

 

 

 

 

 

4

3

 

 

 

 

Т2 за скобку, получаем

 

T

1

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

.

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cpm T

 

T

 

 

1

 

 

4

3

 

 

 

 

c

 

T

 

T

 

 

 

 

vm

 

 

 

 

 

2

 

2

 

(321)

(322)

Рассмотрим следующие характеристики цикла: степень повышения давления в процессе подвода теплоты по изохоре λ = р3/p2 и степень расши-

рения рабочего тела в процессе подвода теплоты по изобаре ρ = v4/v3. С уче-

том выражения для степени сжатия (ε = v1/v2) и уравнения состояния идеаль-

ного газа (pv=RT) можно полуить следующие соотношения:

T

 

p

3

 

 

 

T

 

p

2

 

 

3 2

;

T4 T2

T4 T3 T3 T2

v4 T3 v3 T2

.

(323)

Используя уравнение адиабаты, соотношения температур Т5/T1 и Т1/T2

можно привести к следующему виду:

T

 

p

 

 

p v

k

 

 

 

 

5

 

5

4

 

4

 

 

 

 

T

 

p

 

v

k

 

 

 

5

 

1

 

 

1

 

 

 

;

p

 

v

k

2

2

 

 

v

k

 

 

 

 

1

 

 

p

 

v

 

 

k

 

3

4

 

 

 

 

 

 

p2

 

 

 

 

 

v3

 

 

k

;

T1 T2

v

 

 

k 1

2

 

 

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

k 1

 

.

(324)

Подставляя соотношения (323 и 324) в выражение (322), находим

143

 

 

 

1

 

 

k

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

.

t

 

 

k 1

 

( 1 ) k ( 1 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(325)

Из уравнения (325) видно, что КПД цикла со смешанным подводом теплоты растет с увеличением ε и λ и с уменьшением ρ. Если ρ = 1, то цикл со смешанным подводом теплоты превращается в цикл Отто, термический КПД которого находится из соотношения

 

 

1

 

1

.

t

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

(326)

Если λ = 1, то смешанный цикл превращается в цикл Дизеля, термиче-

ский КПД которого находится из выражения

t

1 1

k 1

 

k

1

 

 

k 1

.

(327)

Анализ циклов поршневых ДВС позволяет сравнивать их между собой,

определять перспективу повышения эффективности циклов, оценивать ха-

рактер изменения эффективности циклов при изменении внешней нагрузки,

степени сжатия и т. д.

Циклы газотурбинных установок (ГТУ)

Газотурбинной установкой принято называть такой двигатель, где в ка-

честве рабочего тела используется неконденсирующийся газ (воздух, про-

дукты сгорания топлива), а в качестве тягового двигателя применяется газо-

вая турбина. Термин турбина происходит от латинского слова turbo – волчок.

Вотличие от поршневых ДВС, где процессы сжатия, подвода теплоты

ирасширения осуществляются в одном и том же цилиндре, в газотурбинных установках эти процессы происходят в различных элементах установки, в ко-

торые последовательно попадает поток рабочего тела (рис. 48).

144

Рис. 48. Принципиальная схема газотурбинной установки

Газотурбинная установка простейшей схемы работает следующим об-

разом: наружный воздух поступает на вход компрессора (1), где сжимается по адиабате (1–2) до давления р2 (рис. 48, 49). После сжатия в компрессоре воздух поступает в камеру сгорания (2), куда одновременно подается

жидкое или

газообразное топливо и происходит процесс сгорания

при p idem

(2–3). Образующиеся при сжигании топлива продукты сгорания

поступают в газовую турбину (3), где расширяются по адиабате (3–4) прак-

тически до атмосферного давления р1. Отработавшие продукты сгорания вы-

брасываются в атмосферу (4–1). Работа, получаемая в газовой турбине, ча-

стично идет на привод компрессора (большая ее часть, примерно 2/3) и к по-

требителю (4) (компрессор, насос, генератор электрической энергии и т. п.).

а б

Рис. 49. Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении в координатах p-v (а) и T-s (б)

145

В газотурбинных установках, так же как и в поршневых двигателях внутреннего сгорания, подвод теплоты к рабочему телу может осуществлять-

ся при постоянном давлении (цикл Брайтона) или при постоянном объеме

(цикл Гемфри). В цикле Брайтона теплота подводится в непрерывном потоке сжатого воздуха, а в цикле Гемфри - в камере сгорания специальной кон-

струкции, которая периодически отключается от газовой турбины, что вызы-

вает пульсацию потока рабочего тела. Для снижения пульсаций в ГТУ, рабо-

тающих по циклу Гемфри, устанавливаются несколько (6-12) камер сгорания.

Несмотря на некоторое преимущество (более высокий КПД ГТУ при равной степени повышения давления сжатия в компрессоре), ГТУ с подводом тепло-

ты при постоянном объеме пока не нашли практического применения глав-

ным образом из-за сложности конструкции камер сгорания и более низкой надежности.

Коэффициент полезного действия термодинамического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Брайтона) определяется соотношением

 

 

lц

 

 

q q

2

 

 

q

2

 

cpm T4

T1

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

q1

 

 

 

 

q1

 

 

 

q1

 

cpm T3

T2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(328)

 

 

 

 

T1

 

T4

T1 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T2

T3

T2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

Для газотурбинных установок в отличие от поршневых ДВС вместо степени сжатия вводят параметр, характеризующий степень повышения дав-

ления рабочего тела в компрессоре С = р2/р1. Выразим отношение темпера-

тур в выражении (328) через соотношение давлений сжатия для компрессора

С, используя уравнения адиабаты для идеального газа, в виде следующей си-

стемы уравнений:

Смотрите также:

«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
Значение, сущность и содержание социально — педагогической деятельности в организации для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей
Проактивные методы PR-деятельности российских авиационных компаний «Россия», «Азимут»
__RGR2
__RGR2
_10_Эмиль Золя для эл версии
_11_А. Франс для эл версии
_2 тема-Дефекты (тезисы)