Контрольные вопрсы:
1. Назвать преимущества ГТД перед другими энергетическими установками.
2. Назвать области применения ГТД в наземной технике.
3. Объяснить назначение когенерационных установок на базе ГТД.
4. Пояснить состав и принцип действия ТВаД.
5. Какие энергетические преобразования происходят в узлах ТВаД?
Лекция 2. Термодинамические циклы ТВаД
Вопросы лекции:
1. Идеальные термодинамические циклы (тВаД);
2. Термический кпд идеального цикла.
1. Идеальные термодинамические циклы (тВаД)
Последовательность процессов, в результате которых рабочее тело приходит в исходное состояние, называется циклом (рис. 1.6, 1.7).
Условия идеального цикла:
1) процесс обратим;
2) нет потерь тепла, кроме отдачи тепла в «холодильник»;
3) отсутствуют трение, гидравлические и механические потери;
4) рабочее тело неизменно по составу (химическим и физическим свойствам);
5) состояние рабочего тела рассматривается в характерных сечениях: н–н; вх–вх; к–к; г–г; ТК–ТК; т – т; с–с за узлами ТВаД, в которых происходят энергетические преобразования.
Работа идеального цикла ТРД соответствует площади фигур н–к–г–с–н, ограниченных кривыми процессов (см. рис. 1.6, 1.7).
Рис. 1.6. Диаграмма цикла ТРД в координатах р–: н–вх – адиабатное сжатие в ВЗ; вх–к – адиабатное сжатие в ОК; к–г – изобарный подвод тепла в КС; г–ТК – адиабатное расширение в ТК; ТК–т – адиабатное расширение в СТ; т–с – адиабатное расширение в РС; с–н – отвод тепла в «холодильник» (выброс газа в атмосферу)
Рис. 1.7. Диаграмма цикла ТРД в координатах Т–S: н–вх – изоэнтропное сжатие в ВЗ; вх–к – изоэнтропное сжатие в ОК; к–г – изобарный подвод тепла в КС; г–ТК – изоэнтропное расширение в ТК; ТК–т – изоэнтропное расширение в СТ; т–с – изоэнтропное расширение в РС; с–н – отвод тепла в «холодиль-ник» (выброс газа в атмосферу)
Разность между подведенной к рабочему телу (газу) теплотой Q1 и отведенной – Q2 является той частью теплоты, которая превратилась в полезную работу цикла:
Lц = Q1 – Q2, (1.1)
где
эквивалентна
площади фигуры Sн–н–к–г–с–Sс;
эквивалентна площади фигуры Sн–н–с–Sс.
Так
как
то выражение (1.1) примет вид
.
(1.2)
или
,
(1.3)
где
– полезная внешняя работа при изоэнтропном
расширении Lи.р
(эквивалентна площади фигуры рк–к–г–с–н–рн);
–
потребная внешняя работа при изотропном
сжатии Lи.с
(эквивалентна площади фигуры рн–к–н–рк).
Выражение (2.3) можно записать как
Lц = Lи.р – Lи.с. (1.4)
2. Термический кпд идеального цикла тВаД
Эффективность превращения подведенной к рабочему телу теплоты в полезную работу (работу идеального цикла) оценивается термическим КПД ηt, показывающим, какая часть подведенной теплоты Q1 превратилась в работу цикла Lц:
,
(1.5)
где
– полная степень повышения давления в
двигателе.
Таким образом, при помощи ηt оценивают совершенство двигателя как тепловой машины.
Так как в соответствии со вторым законом термодинамики Q2 > 0, то ηt < 1. Величина ηt тем больше, чем меньше Q2 по отношению к Q1. В свою очередь Q2 тем меньше, чем ниже температура газа на выходе из двигателя.
С
увеличением степени понижения давления
в процессе расширения газа в двигателе
при неизменной температуре
температура газа на выходе из двигателя
снижается
,
следовательно, уменьшается Q2.
Увеличить степень понижения давления
можно, увеличив степень повышения
давления в двигателе
.
Однако при повышении давления увеличивается
температура сжатого воздуха
,
следовательно, уменьшается количество
подведенного к нему тепла:
При
увеличении степени повышения давления
от единицы до
увеличивается работа цикла Lц
вследствие преобладания снижения потерь
тепла Q2
с выходящими газами, над снижением Q1
(рис. 1.8). При этом интенсивно возрастает
термический кпд
ηt
(рис. 1.9).
При
дальнейшем увеличении
,
из-за преобладания снижения Q1
над снижением Q2,
начинает уменьшаться Lц
(см. рис. 1.8), темп роста ηt
замедляется, и он стремится к своему
максимальному значению ηt max
(см.
рис. 1.9).
|
|
Рис. 1.8. Диаграмма цикла ТРД при
|
Рис.
1.9. Зависимость
|
и
При
ηt
= 0, так как вся подведенная к рабочему
телу теплота отводится в «холодильник».
При
,
.
При
,
.
При
