8. Выполните термодинамическое сопоставление циклов гту с изотермическим и адиабатным сжатием воздуха в компрессоре.

Сжатие воздуха в компрессоре в зависимости от интенсивности охлаждения последнего может протекать по адиабате, изотерме либо политропе с показателем 1<n<k. С точки зрения минимизации энергетических затрат в компрессоре наиболее выгодно изотермическое сжатие. Поэтому целесообразно рассмотреть цикл ГТУ с подводом теплоты при

Рис. 6.6. Циклы ГТУ с изобарным подводом теплоты и изотермическим (1–2–3–4) либо адиабатным (1'–2–3–4) сжатием.

р = const и изотермическим сжатием воздуха (рис. 6.6, цикл 1–2–3–4) и проанализировать влияние регенерации на его термический к.п.д. В таком цикле теплота от рабочего тела отводится не только в изобарном процессе 4–1, но и при изотермическом сжатии 1–2. Определив количества отведенной и подведенной теплоты, получим выражение для термического КПД цикла с изотермическим сжатием при отсутствии регенерации:

.

(6.13)

На рис. 6.6 сопоставлены циклы с адиабатным и изотермическим сжатием (1'–2–3–4 и 1–2–3–4) при одинаковых значениях степени повышения давления β и максимальной температуры Т₃ и одинаковых количествах подведенной теплоты Q₁. Из рисунка видно, что при этих условиях работа цикла с адиабатным сжатием больше, следовательно, его термический к.п.д. выше. К такому же выводу о соотношении КПД этих циклов приходим, сопоставляя их при одинаковых значениях β и предельных температур T₁ и Т₃. Таким образом, если процесс сжатия — составная часть обычного цикла (без регенерации), то для достижения максимального значения термического КПД наиболее выгодно адиабатное сжатие.

9. Выполните термодинамический анализ циклов гту с изотермическим сжатием воздуха в компрессоре и регенерацией теплоты.

В цикле со сжатием при Т= const и регенерацией теплота, отводимая на участке 4-5 изобары р₁, подводится к воздуху на участке 2-6 изобары р₂, то есть на диаграмме Т,s (рис. 6.7а) площади а–2–6–b и c–5–4–d равны. Термический КПД такого цикла определяется по формуле

.

(6.14)

В рассматриваемом цикле с изотермическим сжатием при предельном значении степени регенерации (σ=1) вся располагаемая теплота отработавших газов может быть использована для подогрева воздуха, то есть осуществима полная регенерация.

Рассматриваемый цикл также представлен на диаграмме Т,s (рис. 6.7б); в данном случае площадь а–2–6–b равна площади c–1–4–d.

а)

б)

Рис. 6.7. Циклы ГТУ с изотермическим сжатием и регенерацией теплоты.

10. Выполните термодинамическое сопоставление циклов гту с изотермическим и адиабатным сжатием воздуха в компрессоре и регенерацией теплоты.

Интересно сопоставить на диаграмме Т,s циклы с адиабатным и изотермическим сжатием (1–2'–3–4 и 1–2–3–4) при предельной регенерации и одинаковых значениях β и T₃ (рис. 6.8а). При таких условиях температура конца расширения Т₄ и, следовательно, количество подведенной извне теплоты, изображаемое площадью b–6–3–d, также будут одинаковыми для обоих циклов. В то же время в цикле с изотермическим сжатием совершается большая работа, следовательно, его термический к.п.д. выше, чем к.п.д. цикла с адиабатным сжатием.

Рис. 6.8. Циклы ГТУ с изотермическим и адиабатным сжатием (а),

и с многоступенчатым сжатием и расширением (б).