8.3 Аналіз циклу гтд з підведенням теплоти по ізохорі (цикл Хемфрі)

М ашина, яка працює за цим циклом відрізняється від попередньої тим що камера згорання палива тут має клапани, а процес згорання не є неперервним а періодичним. Принцип тут такий: турбіна обертається, приводить в рух компресор, компресор захоплює навколишнє повітря, стискає його і подає в камеру згорання. Подача в КЗ за умови що вхідний клапан відкритий. Потім закривається вхідний клапан, паливний насос через форсунку подає в КЗ паливо, паливо змішується з повітрям, утворюється паливна суміш, яка запалюється за допомогою свічки. Згоряння палива відбувається при закритих клапанах тобто при сталому об’ємі КЗ. Температура і тиск при цьому стрімко зростають. Відкривається випускний клапан випускаючи ПЗ на сопла і на лопатки турбіни. Відбувається розширення РТ на лопатках турбіни і виконується технічна робота. Процес такий же як і для попереднього циклу з єдиною відмінністю що він є періодичним. Дальше знову продувається КЗ, закривається випускний клапан, заповнюється повітрям КЗ і цикл повторюється. Якщо визначити термічний ККД цього циклу то від буде дійсно більшим, але проблема в тому що клапани КЗ працюють в умовах дуже високих температур і з часом вигорають, порушується робота турбіни в цілому. Тому на даний час дані турбіни не випускаються. Але безумовно це перспективний цикл тому що він дозволяє отримати більш високий ККД в порівнянні з циклом Брайтона. Коефіцієнт корисної дії буде .

8.4. Регенерація теплоти як метод підвищення термічного ккд циклів гтд

Повернемося до діаграми циклу Брайтона: процеси стиснення, підведення теплоти, робочий хід, і викидання продуктів згорання в атмосферу. Зверніть увагу: ось температура ПЗ після турбіни , а ось температура повітря з якою воно поступає в камеру згорання . вища. А виникає питання чи не можна взяти частину теплоти від продуктів згорання і передати повітрю перед КЗ. В цьому і є зміст регенерації теплоти. І це позитивно впливає на ККД ГТД. Ось принципова схема такого двигуна який працює з підведенням теплоти при сталому тиску але з регенерацією теплоти. Вона відрізняється від попередньої схеми наявністю регенеративного теплообмінного апарата – може бути кожухотрубчатий теплообмінник. Наприклад в трубках протікає стиснуте в компресорі повітря, а зовні трубки омиваються продуктами згорання після турбіни. Теплота від ПЗ до повітря передається через стінку трубок. Повітря забирає частину теплоти від ПЗ і уже підігріте повітря поступає в КЗ. Деколи розміри цього теплообмінника бувають більшими ніж розміри самого ГТД з турбіною, компресором і тд – все залежить скільки теплоти ми хочемо забрати від ПЗ – якої міри регенерації хочемо досягти. Зобразимо в тепловій діаграмі цей цикл Брайтона з регенерацією теплоти. Появляються дві додаткові точки В і А. Ідеальний випадок коли всю цю теплоту яка заштрихована ми віднімаємо і передаємо повітрю . Теплота передається за умови сталого тиску як повітря після компресора так і ПЗ. А реально . Ідеально то реально . Так само , а реально . Для того щоб теплота передавалась потрібна рушійна сила – різниця температур, а це призводить що процес необоротний і теплота завжди . Відношення теплоти - міра регенерації теплоти. Звичайно міра регенерації теплоти завжди менша 1. Оптимальне її значення складає . Якщо то геометричні розміри теплообмінного апарату – регенератора прямують до нескінченності. І тут шукається оптимум – як можна збільшити ККД ГТД і при цьому не збільшити значно вартість установки.

ККД визначається як . А для реального теплообмінника . Тепер показуємо що , а , а . Приймається що , а . Далі використовують характеристики циклу і подають що ; , і . Тоді підставивши всі величини отримаємо . При відсутності регенерації отримаємо знакоме рівняння . Практика показує що завдяки застосуванню регенерації термічний ККД можна підняти на 1-2-2,5 %. А оскільки ці машини великої потужності і споживають багато теплової енергії то економія палива може бути дуже великою. Отже це один з методів підвищення термодинамічної ефективності ГТД і він є основним.

Частина 2 Теорія теплообміну

Теорія теплообміну – наука про способи розповсюдження теплової енергії в просторі і в часі. Теорія теплообміну більш молода в порівнянні з технічною термодинамікою, виникла в кінці 19 та на початку 20 століття. В той час почали будувати теплові машини (двигуни) потужність яких досягала значних величин і втрати теплоти через стінки циліндрів машин, через стінки котла були великі і мали вплив на ефективність машин. Треба було обчислити ці втрати, а потім їх уникнути. От завдяки цим проблемам і виникла наука „теорія теплообміну”.

Теорія теплообміну відрізняє елементарні (прості) способи передачі теплової енергії і складні.

До елементарних способів передачі теплової енергії відносять: - теплопровідність; - конвективний теплообмін; - променистий теплообмін.

Якщо вони протікають одночасно, або протікають послідовно то в результаті утворюються складні способи передачі теплової енергії.

Теорія теплообміну використовує феноменологічний, експериментальний і теоретичний методи вивчення розповсюдження теплової енергії.