2.5 Сравнительный анализ термодинамических циклов гту

При анализе и сопоставлении различных термодинамических цик­лов наибольший интерес представляют их экономичность и значение термического к.п.д. Чем выше значение , тем более благо­приятны исходные условия для обеспечения высокой экономичности соответствующего реального теплового двигателя.

Эталонным циклом для всех тепловых двигателей является цикл Карно, имеющий тот же температурный перепад, что и сравни­ваемый цикл. Так как термический к.п.д. цикла Карно является наибольшим при выбранных температурах холодного и горячего ис­точников теплоты, то качество любого другого цикла, протекающе­го в этом же интервале температур, будет тем большим, чем ближе значение термического к.п.д. исследуемого цикла к циклу Карно.

Вместе с тем во многих случаях возникает необходимость сравнивать различные цикли между собой (а не с циклом Карно). Для того, чтобы провести это сравнение, необходимо выбрать усло­вия, при которых оно проводится. Такими условиями могут быть ра­венства подведенных количеств теплоты, степеней повышения давле­ния и т.п. Циклы в этом случае изображаются на TS-диаграмме и проводятся сравнение их площадей. Изложенный метод сравнения ци­клов применим для циклов ГТУ. Пусть циклы ГТУ с подводом тепло­ты при р = const и V = const имеют одинаковые сте­пени повышения давления  и количества подведённый теплоты q₁ (рис. 2.14). Отсюда следует, что q_1P = пл. 1_Рca4 = q_1V = пл. 1_Vba4. Отведенная теплота в циклах разная:

Рис. 2.14 Сравнение циклов ГТУ с изобарным а изохорным подводом теплоты при одина­ковых  и q₁

q_2V = пл. 2_Vba3 < q_2P = пл.2_pca3

В силу этого при выбранных ус­ловиях термически к.п.д. цик­ла ГТУ с изохорным подводом теплоты выше термического к.п.д. цикла ГТУ с изобарным подводом теплоты.

Аналогично можно провести сравнение циклов и при других начальных условиях. Сравнение формул (2.4) и (2.5) для циклов с подводом теплоты при постоянной давлении и постоянном объеме

при одинаковых значениях степени повышения дав­ления и показателя адиабаты показывает, что термический к.п.д. цикла с горением при V = const выше, чем при P = const, так как всегда:

и

На рис. 2.15 показано изменение термического к.п.д. циклов ГТУ в зависимости от степени повышения давления при одинаковых

показателей адиабаты и степени повы­шения температуры в цикла. Из срав­нения ясно, что термический к.п.д. ГТУ с подводом теплоты при постоян­ной объеме существенно выше, чем к.п.д. ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении, причем это различие усиливается в области ма­лых значений степени повышения да­вления.

Рис. 2.15. Термический к.п.д. в зависимости от степени повышения давления (К = 1,38,  = 3,731):

1 - к.п.д. цикла ГТУ с подводом теплоты при P = const;

2 - тоже при V = const.

Однако термодинамические преимущества цикла ГТУ с изохорным подводом теплоты в значительной степени снижаются за счёт уменьшения к.п.д. турбины . В процессе работы данной ГТУ давление газа в камере сгорания периодически изменяется, а, следовательно, меняется и скорость истечения газа из сопел турбины. Это обстоятельство в значительной степени снижает к.п.д. турбины, влияние которого на экономичность ГТУ весьма велико. Поэтому нельзя ожидать заметной разницы внутренних к.п.д. сравниваемых циклов (с учетом потерь в турбине и компрессоре). Кроме того, практическое распространение ГТУ с изохорным подводом теплоты сдерживается из-за сложности конструкции и ненадёжной работы клапанов при высокой температуре в камере сгорания.