Теоретические основы теплотехники 1

141

подводимой в цикле Отто по изохоре (2'–3) и, следовательно, КПД цикла Ди-

зеля, в условиях одинакового максимально возможного давления, больше,

чем КПД цикла Отто.

Подачу топлива можно осуществлять так, что одна его часть будет сго-

рать при постоянном объеме, а другая – при постоянном давлении. Такой цикл называется циклом смешанного сгорания топлива или циклом Тринкле-

ра (рис. 47). Из сопоставления рассмотренных циклов видно, что циклы со сгоранием при постоянных объеме и давлении являются частными случаями смешанного цикла.

Из диаграммы (рис. 47) видно, что цикл со смешенным подводом теп-

лоты занимает по эффективности промежуточное положение между циклами Отто и Дизеля как в условиях сравнения при одинаковой степени сжатия ε,

так и при сравнении по условию одинакового максимального давления в ци-

линдре двигателя.

Рис. 47. Цикл смешанного сгорания в координатах p-v (а) и T-s (б)

145

В газотурбинных установках, так же как и в поршневых двигателях внутреннего сгорания, подвод теплоты к рабочему телу может осуществлять-

ся при постоянном давлении (цикл Брайтона) или при постоянном объеме

(цикл Гемфри). В цикле Брайтона теплота подводится в непрерывном потоке сжатого воздуха, а в цикле Гемфри - в камере сгорания специальной кон-

струкции, которая периодически отключается от газовой турбины, что вызы-

вает пульсацию потока рабочего тела. Для снижения пульсаций в ГТУ, рабо-

тающих по циклу Гемфри, устанавливаются несколько (6-12) камер сгорания.

Несмотря на некоторое преимущество (более высокий КПД ГТУ при равной степени повышения давления сжатия в компрессоре), ГТУ с подводом тепло-

ты при постоянном объеме пока не нашли практического применения глав-

ным образом из-за сложности конструкции камер сгорания и более низкой надежности.

Коэффициент полезного действия термодинамического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Брайтона) определяется соотношением

Для газотурбинных установок в отличие от поршневых ДВС вместо степени сжатия вводят параметр, характеризующий степень повышения дав-

ления рабочего тела в компрессоре С = р2/р1. Выразим отношение темпера-

тур в выражении (328) через соотношение давлений сжатия для компрессора

С, используя уравнения адиабаты для идеального газа, в виде следующей си-

стемы уравнений:

147

В ГТУ с регенерацией теплоты отходящих газов продукты сгорания после газовой турбины (4) перед их выбросом в атмосферу поступают в реге-

нератор (2), где подогревают сжатый воздух, сжатый в компрессоре (1) перед его поступлением в камеру сгорания (3). Таким образом, при постоянной температуре газов перед турбиной Т3 сжатый воздух после компрессора на участке (2 – а) изобары (2 – 3) подогревается отходящими из турбины газами и только на участке (а – 3) он нагревается за счет сжигания топлива. Площа-

ди 2-a-b-c и b-4-f-e характеризуют соответственно количество теплоты, под-

водимой к воздуху и отводимого от продуктов сгорания в процессе регенера-

ции теплоты, что приводит к снижению количества подводимой теплоты, а

работа цикла, определяемая площадью 1-2-3-4, остается без изменения. Это и приводит к увеличению КПД цикла ГТУ с регенерацией теплоты по сравне-

нию с КПД ГТУ без регенерации теплоты отходящих газов.

ЛИТЕРАТУРА

1.Белоконь Н.И. Термодинамика. – М.: Госэнергоиздат, 1954. – 416 с.

2.Поршаков Б.П., Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопе-

редача (в технологических процессах нефтяной и газовой промышленно-

сти): Учебник для вузов. – М.: Недра, 1987. – 349 с.

3. Теплотехника: Учебник для втузов / А.М. Архаров, И.А. Архаров, В.Н.

Афанасьев и др.; Под общ. Ред. А.М. Архарова, В.Н. Афанасьева. – 2-е

изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э Баумана, 2004. – 712 с.