3. Сравнение циклов двс

   1. Сравнение циклов поршневых двс с подводом теплоты при и

На рис. 11.8 а изображены рассматриваемые циклы при одинаковых степенях сжатия и одинаковых количествах отведенной теплотыпл.7146. Из рисунка видно, что количество теплоты, подведенной в цикле 1-2-3-4 (пл.7236), больше, чем количество теплоты, подведенной в цикле 1-2-5-4 (= пл. 7256). Поэтому, согласно формуле (11.3), цикл 1-2-3-4 с подводом теплоты приимеет больший термический КПД, чем цикл 1-2-5-4 с подводом теплоты при, т.е..

Рис. 11.8. Сравнение циклов с подводом теплоты при и

При одинаковой степени сжатия

На рис. 11.8 б представлены оба цикла при одинаковых степенях сжатия и одинаковых количествах подведенной теплоты(пл.7238 = пл.7259). Из рисунка видно, что количество отведенной теплоты в цикле 1-2-5-6 (= пл.7169) больше, чем количество отведенной теплоты в цикле 1-2-3-4 (= пл.7148). Следовательно, цикл 1-2-3-4- с подводом теплоты приимеет больший КПД, т.е..

На рис. 11.9 а приведены оба цикла при одинаковых максимальных давлениях и температурах и различных степенях сжатия. При(пл.а14b) количество подведенной теплоты в цикле 1-5-3-4 (= пл. а53b) больше, чем количество подведенной теплоты в цикле 1-2-3-4 (пл. а23b). Поэтому цикл 1-5-3-4 с подводом теплоты при постоянном давлении имеет больший термический КПД, чем цикл 1-2-5-4 с подводом теплоты при постоянном объеме, то есть .

Рис. 11.9. Сравнение циклов с подводом теплоты при и

С различной степенью сжатия .

На рис. 11.9 б представлены оба цикла при одинаковых количествах подведенной теплоты (= пл. а78с =пл . а23b) и при различных степенях сжатия . Как видно, количество теплоты, отведенной в цикле 1-2-3-4 (пл. . а14b), больше, чем количество теплоты, отведенной в цикле 1-7-8-5 (пл. а15с). Следовательно, цикл 1-7-8-5 с подводом теплоты при имеет больший термический КПД, то есть.

2. Сравнение циклов ДВС с подводом теплоты при ,и со смешанным подводом теплоты

На рис. 11.10 видно, что при одинаковых степенях сжатия и одинаковых количествах подведенной теплоты(пл.а23b = пл. а265с = пл. а28d) максимальный термический КПД имеет цикл 1-2-3-4- с подводом теплоты при , а минимальный – цикл 1-2-8-9 с подводом теплоты при. Термический КПД цикла 1-2-5-6-7 со смешанным подводом теплоты имеет промежуточное значение.

а	б

Рис. 11.10. Сравнение циклов ДВС с подводом теплоты

при ,и со смешанным подводом теплоты

Из рис. 11.10 б видно, что при одинаковых конечных давлениях и температурах () во всех трех циклах и одинаковом количестве отведенной теплоты= пл. а14b =,.

Действительно, пл. а73b  а56b а23b, то есть . Поэтому. При этих условиях наибольшая степень сжатия будет у двигателей с подводом теплоты при.

12. Циклы газотурбинных установок (ГТУ)

    1. Циклы ГТУ с изобарным подводом теплоты

Рис. 12.1. Принципиальная схема газотурбинной установки

с подводом теплоты при постоянном давлении

Принципиальная схема ГТУ показана на рис. 12.1. Компрессор 1, газовая турбина 4, топливный насос 2 и электрогенератор 5 имеют общий вал. Компрессор 1 сжимает атмосферный воздух до требуемого давления и направляет его в камеру сгорания 3. Топливо в камеру сгорания подается насосом 2. Продукты сгорания расширяются в газовой турбине, производя работу.

В газовой турбине, как и в ДВС, рабочим телом являются продукты сгорания жидкого или газообразного топлива, но возвратно-поступательный принцип заменен вращательным движением колеса под действием струи газа. Кроме того, в турбинах осуществимо полное адиабатное расширение продуктов сгорания до давления наружного воздуха, с чем связан дополнительный выигрыш работы (пл. 1441 на рис. 12.2,а)

Рис. 12.2. Термодинамический цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении:

а – в vP- диаграмме; б – в sT-диаграмме.

Термодинамический цикл газотурбинной установки состоит из следующих процессов: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-3 – подвод теплоты к рабочему телу при постоянном давлении; 3-4  адиабатное расширение рабочего тела в турбине до давления окружающей среды; 4-1 – изобарный процесс отдачи рабочим телом теплоты в окружающую среду.

Параметры цикла:

- степень повышения давления при адиабатном сжатии;

- степень предварительного расширения.

Термический КПД цикла определяется по формуле:

. (12.1)

Количество теплоты, подводимое к рабочему телу в процессе изобарном процессе 2-3:

. (12.2)

Количество теплоты, отводимое в изобарном процессе 4-1:

. (12.3)

Количество подведенной теплоты и отведеннойможно определить через параметры цикла. Для этого температурыивыражаются через температуруи параметры циклаи.

Таблица 12.1 - Определение температуры в характерных точках цикла ГТУ с изобарным подводом теплоты

Процесс	Формулы
1-2 - адиабатный
2-3 – изобарный	Т.к.и, получаем:
3-4- адиабатный

После преобразований:

; .

, (12.4)

где - степень адиабатного сжатия в компрессоре. Из выражения (11.6) видно, чтозависит от работы компрессора. Чем выше показатель адиабатыи чем больше значение, тем выше.

2. Цикл ГТУ с подводом теплоты при P=const и регенерацией

Регенерация теплоты состоит в использовании теплоты отработавших газов турбины для подогревания воздуха, поступающего в камеру сгорания. Из рис. 12.1 и 12.3 видно, что основное отличие ГТУ с регенерацией теплоты от установки без регенерации состоит в том, что сжатый воздух из компрессора 1 поступает в воздушный регенератор-теплообменник 2, в котором он подогревается за счет теплоты отработавших в турбине продуктов сгорания. Из регенератора-теплообменника воздух поступает в камеру сгорания 3. Таким образом, в газотурбинных установках с регенерацией часть теплоты, ранее уносившаяся отработанными продуктами сгорания в атмосферу, полезно используется.

Рис. 12.3. Принципиальная схема газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении и регенерацией теплоты:

1. компрессор; 2 – воздушный регенератор-теплообменник ; 3 – камера сгорания; 4 – турбина.

Термодинамический цикл ГТУ со сгоранием топлива при и регенерацией теплоты (рис. 12.4) состоит из следующих процессов: 1-2 – процесс сжатия воздуха в компрессоре; 2-5 – изобарный подогрев воздуха в регенераторе; 5-3 – изобарный процесс подвода теплоты в камере сгорания топлива; 3-4 – адиабатное расширение газов в турбине; 4-6 – изобарное охлаждение рабочего тела в регенераторе; 6-1 – изобарная отдача рабочим телом теплоты окружающему воздуху.

На sT-диаграмме (рис.12.4,б) теплота, отдаваемая продуктами сгорания на участке изобары 4-6 (пл.с64dc), подводится в регенераторе к сжатому воздуху на участке изобары 2-5. Регенерация будет полной, если охлаждение продуктов сгорания в регенераторе-теплообменнике происходит до температуры воздуха, то есть от , до. При этом количество теплоты, воспринятое воздухом от регенератора, равно количеству теплоты, отдаваемому в нем продуктами сгорания:

.

При имеем:.

Термический КПД при полной регенерации определяется выражением:

.

Количество подведенной теплоты в цикле с полной регенерацией:

. (12.5)

Количество отводимой теплоты в цикле с полной регенерацией:

. (12.6)

Тогда

. (12.7)

Согласно уравнениям, приведенным в таблице 12.1, имеем:

.

а	б

Рис.12.4. Термодинамический цикл ГТУ с подводом теплоты