1.5. Цикл Карно. Анализ влияния характеристик циклов двс на их кпд

Свой знаменитый цикл С. Карно опубликовал в 1824 г. Логика построения этого цикла заключается в том, что, если цикл составить из наиболее эффективных процессов, то и эффективность такого цикла будет наибольшей, т.е. КПД будет максимальным.

Эффективность процесса изменения состояния рабочего тела определяется потерями теплоты – чем они меньше, тем процесс более эффективен. Тогда самым эффективным процессом (из четырех стандартных) является адиабатный, так как при протекании этого процесса отсутствует теплообмен с окружающей средой. Но две адиабаты (эквидистантные кривые) не могут образовать цикл.

Из оставшихся трех стандартных процессов наиболее эффективным является изотермический процесс, т.к. внутренняя энергия рабочего тела не меняется. Цикл Карно, состоящий их двух адиабат и двух изотерм, показан на рис. 6.

Очевидно, что после сжатия 3-4 необходим подвод теплоты (изотерма 4-1),после чего рабочее тело совершает рабочий ход 1-2 (расширение) и затем осуществляя-ется изотермический отвод теплоты 2-3.

И если КПД любого цикла определяется по формуле (1), то после подстановки q₁ и q₂ изотермических процессов и несложных математических преобразований можно получить КПД цикла Карно

, (2)

из которой видно, что для повышения КПД необходимо температуру подвода теплоты (Т₁) увеличивать, а температуру отвода теплоты (Т₂) уменьшать. Это является правилом повышения эффективности работы любого теплового двигателя (здесь Т₁ и Т₂ соответственно максимальная и минимальная температура цикла).

Зная общие правила повышения КПД теплового двигателя, можно проследить влияние характеристик циклов на КПД. Очевидно, что увеличение ε и λ вызывает повышение КПД циклов ДВС, а увеличение  снижает КПД. В первом случае с ростом ε и λ растет средняя температура подвода теплоты, а во втором – чем больше , тем хуже горит топливо, раз оно догорает в камере сгорания после прохождения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ).

1.6. Схема работы и цикл простейшей газотурбинной установки (гту)

Принципиально работа ГТУ может быть организована двумя способами: с подводом тепла при v = const и подводом тепла при р = const.

При работе ГТУ по циклу с подводом теплоты пара при v = const, камера сгорания отключается от компрессора и газовая турбина специальными запорными устройствами. За счет этого процесс в КС осуществляется изохорно и давление увеличивается значительно выше давления, создаваемого компрессором. В современных ГТУ, как правило, q подводится при р = const. На рис. 7 изображен цикл и принципиальная схема работы простейшей судовой ГТУ.

Характеристиками цикла являются степень повышения давления в компрессоре β = р₂/р₁ и степень изобарного расширения  = v₃/v₂.

Внешний воздух, засасываемый турбокомпрессором, сжимается до давления р₂ и нагнетается в камеру сгорания, куда впрыскивается жидкое топливо, которое сгорая, образует газообразные продукты сгорания высокой температуры. Затем продукты сгорания поступают в ГТ, где расширяются до атмосферного давления. Выпуск отработавших газов из турбины производится во внешнюю среду.

В ГТУ с точки зрения термодинамики процесс преобразования тепловой энергии в механическую осуществляется по тому же принципу, что и в ДВС. В обоих случаях сжатая горючая смесь после сгорания расширяется и производит работу, часть которой тратится на осуществление сжатия.

Иное конструктивное оформление ГТУ сравнительно с ДВС позволяет осуществить полное расширение газов в турбине, т. е. довести давление в конце расширения до внешнего давления, что увеличивает КПД.