14 Показатели эффективности циклов гту
Циклом теплового двигателя называют круговой термодинамический процесс, в котором теплота превращается в работу.
Все термодинамические процессы действительного реального цикла в той или иной степени необратимы.
Необратимость процессов связана с наличием теплообмена, трения в потоке газов и т.д.
Необратимость процессов снижает эффективность процессов преобразования теплоты в работу.
В анализе эффективности циклов решают две задачи:
определяют, от каких факторов зависит КПД обратимого термодинамического цикла (идеального цикла) и какими должны быть процессы цикла, чтобы его КПД имел наибольшее значение при заданных ограничительных условиях;
находят степень необратимости процессов действительного цикла и устанавливают, какие процессы целесообразно усовершенствовать с целью снижения необратимых потерь и повышения КПД цикла.
Основным показателем, достаточным для суждения об эффективности термодинамического цикла, является его термический КПД.
,
где
- полезная работа цикла, отнесенная к 1
кг рабочего тела;
- полученная от горячего источника
теплота, отнесенная к 1 кг рабочего тела;
- отведенная к холодному источнику
теплота, отнесенная к 1 кг рабочего тела.
- теплота цикла,
- теплота идеального цикла.
Степень совершенства действительного необратимого цикла характеризуется индикаторным (внутренним) КПД.
,
где
- индикаторная работа цикла (с учетом
внутреннего трения);
- количество действительно отведенной
теплоты к холодному источнику.
- из-за наличия необратимостей.
Индикаторный
КПД
сам по себе не дает возможности оценить
степень необратимости цикла, поэтому
при анализе действительных циклов
используют метод сравнения их с обратимыми
идеальными циклами.
Термодинамический цикл гту с подводом теплоты при постоянном давлении
При рассмотрении термодинамического цикла оперируют со следующими понятиями и определениями:
- степень повышения давления в
адиабатическом процессе сжатия;
- степень сжатия;
-
степень повышения температуры в цикле.
В координатах р-v (T-s) термодинамический цикл ГТУ при постоянном давлении имеет следующий вид (рис.3.4):
Рис. 3 4. Термодинамический цикл ГТУ с
подводом тепла при постоянном давлении
1 - 2 - адиабатный (изоэнтропический) процесс сжатия в компрессоре;
2 - 3 - изобарный подвод теплоты в камере сгорания;
3 - 4 - адиабатный (изоэнтропический) процесс расширения в турбине;
4 - 1 - условный замыкающий процесс (изобарный отвод теплоты в окружающую среду).
В идеальной ГТУ, выполненной по простой тепловой схеме, принимается ср=const ; k=const; p3 /p4 =p2/p1=.
Термический КПД
; 
;
Для адиабатного (изоэнтропического) процесса 1-2 уравнение связи параметров имеет вид:
Для процесса 3-4:
k=1,60
K=1,35
Рис.3.5. Зависимость термического КПД ГТУ от свойств рабочего тела и степени повышения давления
-
термический КПД цикла при P=const.
Термический КПД t зависит от степени повышения давления и от свойств рабочего тела