2.7.3. Работа идеального цикла

Работа идеального цикла ТРД соответствует площади фигуры н-к-г-с-н, ограниченной кривыми процессов подвода и отвода тепла (см. рис. 2.8) и равняется работе, которую при расширении может совершить один килограмм газа.

Разность между подведенной к рабочему телу (газу) теплотой Q₁ и отведенной (в соответствие со вторым законом термодинамики) – Q₂ является той частью теплоты, которая превратилась в работу цикла :

L_ц = Q₁ – Q₂, (2.12)

где: – эквивалентна площади фигуры S_н-н-к-г-с-S_с;

– эквивалентна площади фигуры S_н-н-с-S_с.

Работа идеального цикла ТРД так же соответствует площади фигуры н-к-г-с-н, ограниченной кривыми процессов расширения и сжатия (см. рис. 2.7).

То есть работа цикла ТРД определяется как разность между работой, совершаемой газом при его расширении (площадь фигуры ср_н р_к г), и работой , потребной на сжатие воздуха (площадь фигуры нр_н р_к к):

L_ц = L_рас – L_сж. (2.13)

Работа цикла L_ц расходуется на приращение кинетической энергии (скорости) газа в реактивном сопле ТРД с целью создания реактивной тяги. Физически L_ц – это работа, которую может при расширении в РС совершить газ, имеющий температуру и давление на выходе из турбины ТРД:

(2.14)

2.7.4. Термический кпд идеального цикла

Эффективность превращения подведенной к рабочему телу теплоты в полезную работу (работу идеального цикла) оценивается термическим коэффициентом полезного действия (КПД) η_t, показывающим, какая часть подведенной теплоты Q₁ превратилась в работу цикла L_ц

, (2.16)

где – полная степень повышения давления в двигателе.

Таким образом, при помощи η_t оценивают совершенство двигателя как тепловой машины.

Так как, в соответствии со вторым законом термодинамики, Q₂ > 0, то η_t < 1. Величина η_t тем больше, чем меньше Q₂ по отношению к Q₁. В свою очередь Q₂ тем меньше, чем ниже температура газов на выходе из двигателя.

С увеличением степени понижения давления в процессе расширения газа в двигателе , при неизменной температуре в начале процесса расширения , температура газа на выходе из двигателя Т_с снижается, следовательно, уменьшается . Увеличить степень понижения давления можно, увеличив степень повышения давления в двигателе . Однако, при увеличении степени повышении давления, увеличивается температура сжатого воздуха , следовательно, уменьшается количество подведенного к нему тепла:

При увеличении степени повышения давления от единицы до оптимального значения , увеличивается работа цикла L_ц вследствие преобладания темпа снижения потерь тепла Q₂ с выходящими газами, над снижением Q₁ (рис. 2.9). При этом интенсивно возрастает термический кпд η_t (рис. 2.10).

Рис. 2.9. Диаграмма цикла ТРД при и	Рис. 2.10. Зависимость

При дальнейшем увеличении , из-за преобладающего снижения Q₁ над снижением Q₂, начинает уменьшаться L_ц (см. рис. 2.10), темп роста η_t замедляется, и он стремится к своему максимальному значению η_t.max.

При , η_t = 0, так как вся, подведенная к рабочему телу теплота, отводится в «холодильник».

При , .

При , .

При .

При увеличении максимальная работа цикла будет достигнута при больших значениях (см. рис.2.10), то есть оптимальная степень повышения давления в двигателе, а, следовательно, максимальная работа цикла, тем выше, чем выше температура газа вначале процесса расширения (температура на выходе из КС). Однако величина ограничена прочностью деталей ГТ.