Термодинамический цикл ДВС – цикл Дизеля

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Идеализируя рабочий цикл двигателей постепенного сгорания как четырехтактных, так и двухтактных, получаем термодинамический цикл, называемый циклом Дизеля. В этом цикле адиабата 1-2 соответствует сжатию воздуха в цилиндре, изобара 2-3 – горению топлива, адиабата 3-4 – расширению продуктов сгорания и, наконец, изохора 4-1 соответствует в четырехтактных двигателях выхлопу отработавших газов и всасыванию новой порции воздуха, а в двухтактных – продувке цилиндра.

Общее выражение для термического к.п.д. в данном случае принимает вид

или после деления и умножения числителя дроби на Т₁, а знаменателя на Т₂

Основными характеристиками цикла Дизеля являются степень сжатия и степень предварительного расширения . Чтобы выразить η _Т как функцию этих характеристик, установим следующие соотношения.

. (11.3)

Основным фактором, определяющим экономичность двигателей, работающих по циклу Дизеля, также является степень сжатия ε, с увеличением которой термический к.п.д. цикла возрастает.

Вторым фактором, влияющим на экономичность рассматриваемых двигателей, является степень предварительного расширения ρ. Величина ее зависит от количества топлива, вводимого в цилиндр за один рабочий цикл, т.е. от нагрузки двигателя. Термический к. п. д. с увеличением ρ уменьшается, поскольку ρ > 1 и k> 1, а следовательно, числитель, второго члена с увеличением ρ возрастает больше, чем знаменатель. Отсюда следует вывод, что с увеличением нагрузки двигателя термический к. п. д. его цикла уменьшается, что и следует учитывать наряду с другими обстоятельствами, не paccматриваемыми здесь, при установлении оптимального режима работы двигателя.

Анализируя полученные выводы, можно прийти к заключению, что было бы целесообразным построить цикл таким образом, чтобы подвод тепла в нем происходил бы сначала при = const, а затем, когда давление дойдет до поставленного предела, подвод тепла продолжался бы при р=const. Таким образом, в заданном пределе механических напряжений будет максимально использован более выгодный процесс подвода тепла при постоянном объеме.

25.Цикл ГТУ с подводом теплоты при p=const

Cхема простейшей ГТУ со сгоранием топлива при р =const.. В камеру сгорания 7 через форсунки 6 и 7 непрерывно поступает воздух из турбокомпрессора 4 и топливо из топливного насоса 5. Из камеры продукты сгорания направляются в комбинированные сопла 2, в которых рабочее тело расширяется до давления, близкого к атмосферному. Из сопл продукты сгорания поступают на лопатки газовой турбины 3, а затем выбрасываются в атмосферу через выхлопной патрубок.

Идеальный цикл газотурбинной установки на TS – диаграмме с подводом теплоты при р=const.Рабочее тело с начальными параметрами сжимается по адиабате 1-2 до точки 2. От точки 2 к рабочему телу подводится некоторое количество теплоты q₁ по изобаре 2-3. Затем рабочее тело расширяется по адиабате 3-4 до начального давления и возвращается по изобаре 4-1 в первоначальное состояние, при этом отводится теплота q₂.

Характеристиками цикла являются: степень повышения давления в компрессоре и степень изобарного расширения .

Количество подводимой теплоты определяется по формуле ,

А количество отводимой теплоты – по следующей формуле .

Термический к.п.д. цикла равен

или .

Термический к. п. д. газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении зависит от степени повышения давления β и показателя адиабаты k, возрастая с увеличением этих величин.

Расход энергии на трение в компрессоре влечет за собой увеличение температуры рабочего тела, так как работа трения превращается в теплоту и воспринимается рабочим телом, а это в свою очередь приводит к увеличению работы, затраченной на сжатие воздуха (потерей теплоты во внешнюю среду пренебрегаем). Из рис. 11.13 видно, что теоретический цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при р = const на Ts– диаграмме изображается пл. 12341, а реальный цикл пл. 12'34'1, где линия 1-2' представляет собой условную необратимую адиабату сжатия в компрессоре, а линия 3-4' – условную необратимую адиабату расширения в турбине.

Теоретическая работа сжатия в компрессоре равна , а действительная , или , где – адиабатный к.п.д. турбокомпрессора, равный отношению .

Расширение газа в проточной части турбины сопровождается потерями на трение о стенки сопл, лопаток и на завихрения потока, в результате чего часть кинетической энергии рабочего тела превращается в теплоту.

Отношение внутренней действительной работы расширения реальной турбины к теоретической работе идеальной турбины называют внутренним относительным к. п. д. газовой турбины: Действительная полезная работа, которая может быть получена в газотурбинной установке, l_Дравна разности действительных работ расширения и сжатия:

где η _мех – механический к. п. д.

Методы повышения к.п.д. ГТУ

Термический к. п. д. ГТУ со сгоранием топлива при р = соnst растет с увеличением степени повышения давлении β. Однако с ростом β увеличивается и температура газов в конце сгорания топлива Т₃, в результате чего быстро разрушаются лопатки турбин и сопловые аппараты, охлаждение которых затруднительно.

Чтобы увеличить к. п. д. ГТУ, частично изменили условия их работы. В установках стали применять регенерацию теплоты, многоступенчатое сжатие воздуха в компрессоре, многоступенчатое сгорание и т. д. Это дало значительный эффект и повысило в установках степень совершенства превращения теплоты в работу.

Рассмотрим несколько подробнее применение регенерации теплоты в ГТУ со сгоранием топлива при р = const. Сжатый воздух из турбокомпрессора направляется в регенератор 8, где получает теплоту при постоянном давлении от газов, вышедших из камеры сгорания 1 через сопло 2 в турбину 3. Подогретый воздух из регенератора 8 через форсунку 7, а топливо из топливного насоса 5 через форсунку 6 направляется в камеру сгорания 1.

На диаграмме: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-5 – изобарный подвод теплоты в регенераторе; 5-3– подвод теплоты при постоянном давлении в камере сгорания; 3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах турбины; 4-6 – изобарный отвод теплоты от газов в регенераторе; 6-1 – изобарный отвод теплоты от газов по выходе из регенератора теплоприемнику.

Если предположить, что охлаждение газов в регенераторе происходит до температуры, воздуха, поступающего в него, т.е. от Т₄ до Т₆ = Т₂, то регенерация будет полная.

Термический к.п.д. цикла при полной регенерации, когда Т₄ -Т₆ = =Т₅- Т₂, найдем по уравнению

где

тогда

Температуры в основных точках цикла определяются так

К.п.д. цикла

η _t_рег . (11.9)

Термический к. п. д. цикла с подводом теплоты при р = const и полной регенерацией зависит от начальной температуры газа Т₁ и от температуры в конце адиабатного расширения Т₄.

Термический к. п. д. цикла ГТУ с подводом теплоты при = const в результате регенерации теплоты также возрастает. Применение регенерации позволяет уменьшить наибольшее давление в цикле без снижения его экономичности.

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒