49 Шляхи підвищення термічного ккд двз.

термічний ККД, який вказує на долю зовнішньої корисної роботи, отриманої із підведеної теплоти. Метою термодинамічного аналізу роботи теплової машини є визначення термічного ККД, величин, які впливають на його зростання, аналіз з метою підвищення термічного ККД, а отже і підвищення ефективності машини

Існують загальні методи підвищення термічного ККД , що полягають в збільшенні без зміни , в зменшенні без зміни , в одночасному збільшенні і зменшенні .

Термічний ККД—вказує на ефективність перетворення підведеної теплоти в зовнішню корисну роботу

де кількість підведеної теплоти до термодинамічної системи від верхнього джерела теплоти, Дж/кг; кількість відведеної теплоти від термодинамічної системи до нижнього джерела теплоти,

Повышение термического КПД: - увеличение степени сжатия; - повышение температуры двигателя;

Вообще для повышения значения термического КПД охлаждать двигатель не следует совсем. От этого температура деталей двигателя сразу поднимется- и от этого обуглится масло (которое создает пленку для легкого скольжения на поверхностях трения), и поршень перестанет легко двигаться в цилиндре и двигатель скоро заклинит.

Для обеспечения высокого КПД двигатель охлаждать не разумно, но для обеспечения возможности движения основного рабочего органа – поршня, смазка жизненно необходима… Т.е. система охлаждения, позволяющая поршню двигаться в цилиндре - резко снижает термический КПД двигателя. Это осознанное и необходимое уменьшение КПД. 

  Надо сказать, что по основополагающему закону термодинамики, сформулированному почти 200 лет назад С. Карно, тепловой двигатель с предельно возможным КПД должен иметь максимальную температуру рабочих газов в начале рабочего цикла, и минимальную температуру рабочих газов в конце цикла.  Но в поршневом двигателе внутреннего сгорания максимально высокую температуру газов на первом этапе цикла мешает получить система охлаждения, а минимально избыточную температуру газов в конце цикла мешает получить невозможность встроить в схему двигателя паровую составляющую.      В итоге мы сегодня пользуемся двигателями с термическим КПД около 35%, не многим лучше, чем 60 или 70 лет назад…

50 Газотурбінні установки.

Можливість отримання значної потужності в одному агрегаті (до 100 тис. кВт і вище) внаслідок відсутності інерційних зусиль від мас, що рухаються зворотньо-поступально, і більш повного розширення продуктів згорання (до тиску зовнішнього повітря), атакожмалі габарити і низький розхід мастила та охолоджуючої рідини зумовиш розвиток газотурбінних установок в різних галрях народного господарства і особливо в авіації в зв'язку з створенням реактивних двигунів. Останнє вдалося здійснити завдяки використанню сугасних досягнень аеродинаміки і металургії, бо практична реалізація цгкла газотурбінної установки стає економічно вигідною лише при високих температурах робочого тіла (700-900°С).

Газотурбінні установки можуть працювати по їдклам зі згоранням при постійному об'ємі і при по стінному тиску. Практикою газотурбобудування було доведено, що найкращі перспективи розвитку мають газотурбінні установки, що працюють по циклу зі згоранням при p=const.

Сучасні ГТУ відрізняються за конструкцією і типом робочих тіл (що працюють за рахунок згорання палива або за рахунок зовнішнього джерела тепла, наприклад, тепла газів, що отримують у виробничих процесах). За призначенням ГТУ поділяють на стаціонарні, транспор­тні, авіаційні, суднові. Досить значну частку газотурбінних установок складають установки для привода нагнітачів компресорних станцій магістральних газопроводів та призначені для покриття піків електри­чних навантажень. Головною особливістю таких установок є тривала експлуатація обладнання, що сягає 100 тис. год. [1].

Напруженість основних деталей ГТУ різного призначення ви­значається конструктивними особливостями та специфікою умов екс­плуатації. Особливості конструкцій авіаційних і транспортних ГТУ викликані високими вимогами до маси та габаритів, за умови забезпе­чення економічності двигунів. Для стаціонарних турбін основною ви­могою є економічність. Конструкцією стаціонарних ГТУ із темпера­турою газу вище 820°С передбачено охолодження лопаточного апара­та турбіни.

Широке застосування знайшли промислові варіанти авіаційних двигунів, конвертування яких дозволяє забезпечувати високу економі­чність ГТУ.

При виготовленні суднових газотурбогенераторів висока еконо­мічність досягається без охолодження лопаточного апарата, що част­ково обмежує ресурс при номінальних та підвищених рівнях наванта­ження.

Більшість сучасних ГТУ за термін служби зазнає велике число порівняно швидких пусків, працює на змінних режимах, що обумов­лює спеціальні вимоги до матеріалу деталей.

Рис 17.1 .Принцистова схема найпростішої газотурбінної установки 1 - газова турбіна; 2 - повітряний компресор; 3 - регенератор; 4 -камери згорання; 5 -паливний нас ос; 6 - піковий двигун.

До складу сучасної ГТУ відкритого циклу можуть входити на­ступні основні вузли: компресори, камери згорання, турбіни, регене­ратори, різні статорні деталі, вузли керування і регулювання. Для ви­готовлення деталей ГТУ, що працюють при підвищених температурах (жарових труб камер згорання та інших статорних деталей, турбінних лопаток, дисків турбін, елементів регенераторів, деталей кріплення, компресорних лопаток останніх ступеней компресорів з великими ступенями тиску), застосовуються жароміцні сплави, при виборі яких необхідно враховувати специфіку напруженого стану та особливості експлуатації турбін різного призначення.

Термічний КК.Д цикпа газотурбінної установки з згоранням при p=const може бутивизначенийзвідношеннят

.

Дійсний цикл газотурбінної установки відрізняється від теоретичного наявністю втрат на тертя і вихороутворення в турбіні і компресорі (цикл 12а34а1 в Тs - діаграмі на рис 17.2) ці втрати уточнюються відносним внутрішнім ККД турбіни ηОіТ адіабатнім ККД компресора – ηАД і тоді внутрішній ККД такого дійсного цикла складає

Найбільш ефективними методами підвищення економічності газотурбінних установок являється застосування регенерації таїла, ступінчатий процес згорання,перехід назамкнутийі напівзамкнутийциклроботиі інші.

51 Термодинамічні процеси в ГТУ.

У основі роботи ГТУ лежать ідеальні цикли, що складаються з простих термодинамічних процесів. ГТУ можуть працювати із згоранням палива при постійному тиску і при постійному об'ємі. Відповідні їм ідеальні цикли поділяють на цикли з підведенням теплоти при постійному тиску і при постійному об'ємі. Найбільше практичне застосування отримав цикл з підведенням теплоти при р = const.

52 Основні параметри циклу ГТУ з ізобарним підводом теплоти.

53 Шляхи підвищення термічного ККД ГТУ.

54 Паротурбінні установки.

55 Термодинамічні процеси в ПТУ.

56 Шляхи підвищення термічного ККД ПТУ.

57 Шляхи підвищення термічного ККД теплових двигунів.

58. Способи переносу теплоти.

59. Теплопровідність і температурне поле.

60. Режими, які здійснюють перенос теплоти.

61. Закон Фур’є для плоскої одношарової стінки.

Для плоскої однорідної стінки зі сталими температурами на поверхнях t_c1 і t_c2 питомий тепловий потік (specific heat flow) одновимірний, і рівняння теплопровідності (thermal conductivity) за законом Фур’є має вигляд, Вт/м² [4]

,     (1.1)

де   – середнє значення коефіцієнта теплопровідності, Вт/(м·К) в межах зміни температур від t_c1 до t_c2;

δ – товщина (thickness) стінки, м;

 – термічний опір (thermal resistance) стінки, (м²·К)/Вт, який характеризує зміну температури в стінці в разі проходження через стінку одиничного теплового потоку.

62. Тепловий потік через багатошарову циліндричну стінку

В разі багатошарової циліндричної стінки з n шарами значення лінійного теплового потоку визначається за формулою

           (1.12)

де   – сумарний термічний опір багатошарової циліндричної стінки.

Значення температур на межах шарів визначаються із рівняння лінійного теплового потоку

      .     (1.13)

63. Конвективний теплообмін

Конвективний теплообмін, процес перенесення тепла, що відбувається в рухомих плинних середовищах (рідинах або газах) і обумовлений спільною дією двох механізмів перенесення тепла, — власне конвективного перенесення і теплопровідності .

64. Закон Ньютона для конвективного теплообміну

Для опису конвективної тепловіддачі використовується формула:

q_cт = а( Т₀ —Т_ст ) ,

де q_cт — щільність теплового потоку на поверхні, вт/м² ; a — коефіцієнт тепловіддачі, Вт /(м² ·°С); T₀ і Т_ст — температури середовища (рідини або газу) і поверхні відповідно. Величину T₀ — Т_ст часто позначають ΔТ і називається температурним натиском .

65. Теорія подібності

Теорія подібності — це вчення про умови подібності фізичних явищ.

Теорія подібності спирається на вчення про розмірність фізичних величин і служить науковою основою моделювання, як методу пізнання і дослідження різних об'єктів, в якій основну роль відіграє метод аналогій, тобто схожості об'єктів за деякими ознаками. Фізичні явища, процеси або системи подібні, якщо у подібні моменти часу в подібних точках простору значення змінних величин, що характеризують стан однієї системи, пропорційні відповідним величинам іншої системи. Коефіцієнт пропорційності для кожної з величин називається коефіцієнтом подібності.

Теорія подібності встановлює критерії подібності різноманітних фізичних явищ, що дозволяє за їх допомогою вивчати властивості самих явищ. Явні та неявні функційні зв'язки між критеріями подібності, котрі отримують за допомогою теорії подібності (так звані критеріальні залежності) сприяють розумінню складних фізичних процесів та допомагають інтерпретувати результати як експериментальних досліджень, так і результати розрахунків.

В основі теорії подібності лежать три теореми, які формулюються таким чином:

І теорема. Якщо фізичні процеси подібні один одному, однойменні безрозмірні критерії подібності цих процесів мають однакову величину.

ІІ теорема. Рівняння, які описують фізичні процеси, можуть бути представлені у вигляді функціонального зв’язку між критеріями подібності.

ІІІ теорема. Для того щоб фізичні процеси були подібні один одному, необхідно і достатньо, щоб ці процеси були якісно однакові, а їхні однойменні визначальні критерії – чисельно однакові.