- •Введение
- •Термодинамические параметры состояния
- •2. Основные понятия и определения
- •Идеальный газ. Законы идеального газа
- •Закон Бойля – Мариотта
- •Закон Гей – Люссака
- •Закон Шарля
- •3. Уравнение состояния идеального газа
- •Закон Авогадро
- •Молярная масса
- •4. Уравнение менделеева – клапейрона
- •Уравнение состояния реальных газов
- •5. Газовые смеси
- •6. Первое начало термодинамики Теплота и работа
- •Принцип эквивалентности
- •7. Внутренняя энергия
- •Закон сохранения и превращения энергии
- •Формулировки первого начала термодинамики
- •Виды работ
- •Развернутое уравнение первого закона термодинамики и его частные выражения
- •Энтальпия
- •8. Теплоемкость газов
- •9. Анализ термодинамических процессов на основании I начала термодинамики Понятие об энтропии
- •Схемы распределения энергии
- •Изотермический процесс
- •Адиабатный процесс
- •10. Политропные процессы
- •Группы политропных процессов
- •Способы определения n
- •Связь между n и с
- •11. Второе начало термодинамики Односторонность протекания самопроизвольных процессов
- •Формулировки второго начала термодинамики
- •Выражение первого закона термодинамики для циклов
- •Термический коэффициент полезного действия прямого цикла
- •12. Цикл карно
- •Термодинамическая шкала температур
- •Математическое выражение второго закона термодинамики
- •Критика учения о «тепловой смерти вселенной»
- •13. Термодинамика потока газа. Основные понятия и уравнения гидрогазодинамики
- •Уравнение неразрывности
- •Уравнение энергии – уравнение первого закона термодинамики
- •Уравнение состояния идеального газа
- •Уравнение импульса
- •Располагаемая работа газа в потоке
- •Скорость звука и критические параметры
- •14. Скорость и расход газа при течении. Истечение из сужающихся сопел
- •Переход через скорость звука. Сопло Лаваля
- •После подстановки значения скорости потока в последнее уравнение получим .
- •Истечение при наличии трения
- •Дросселирование газа
- •15. Термодинамика химических процессов
- •Термохимические процессы
- •Первый закон термодинамики применительно к химическим процессам
- •Закон Гесса
- •Второй закон термодинамики
- •Тепловой закон Нернста
- •16. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •Цикл со смешанным подводом тепла
- •Цикл с подводом тепла при постоянном объеме
- •Цикл с подводом тепла при постоянном давлении
- •Сравнение циклов поршневых двс
- •Сравнение по условию .
- •Сравнение по условию
- •17. Циклы компрессоров
- •Многоступенчатые компрессоры
- •Центробежный компрессор
- •Осевой компрессор
- •18. Циклы газотурбинных установок
- •Регенеративные циклы
- •19. Циклы паросиловых установок
- •Цикл Карно для водяного пара
- •Цикл Ренкина
- •Цикл с промежуточным перегревом пара
- •Регенеративный цикл
- •Бинарные циклы
- •Цикл парогазовой установки
- •Теплофикационный цикл
- •20. Циклы холодильных установок
- •Цикл воздушной холодильной машины
- •Цикл парокомпрессорной холодильной машины
- •Цикл теплового насоса
- •Детандеры
- •21. Реактивные двигатели
- •Цикл ПуВрд
- •Цикл трд
- •22. Ракетные двигатели
- •Цикл рдтт
- •Цикл жрд
- •Цикл ярд
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Регенеративные циклы
Рис. 18.9. Регенеративный цикл
Одной из мер повышения степени совершенства перехода теплоты в работу в ГТУ является применение регенерации теплоты. Регенерация теплоты заключается в использовании теплоты отработавших газов для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания, при этом повышается экономичность ГТУ.
В оздух из компрессора 1 направляется в теплообменник 6, где он получит теплоту от газов, вышедших из турбины 2. После подогрева воздух направляется в камеру сгорания 3, в которую через форсунку 4 от насоса 5 подводится тепло. Воздух, получивший теплоту от отработавших газов, должен получить в камере сгорания меньше теплоты для достижения определенной температуры перед турбиной. Цикл ГТУ с регенерацией теплоты показан на и - диаграммах. Внешне он не отличается от рассмотренного цикла с подводом тепла при p=const.
Рис. 18.10. и - диаграммы
Здесь: 1-2- адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2-а- изобарный подогрев воздуха в регенераторе; а-З- подвод теплоты при p=const в камере сгорания; 3-4 - –диабатное расширение газа в турбине; 4-в- отдача теплоты при p=const в регенераторе; в-1- отдача теплоты при p=const в окружающую среду. Таким обозом, определенная часть тепла, ранее уносившаяся отработавшими газами в атмосферу, теперь полезно используется.
Если предположить что охлаждение газа в регенераторе происходит до температуры воздуха, поступающего в него , то регенерация будет полной.
Термический КПД цикла при полной регенерации, когда , определится по формуле , где , , тогда .
При принятых параметрах цикла ГТУ с подводом теплоты при p=const
, , , . (18.5)
Формула (18.5) показывает, что термический КПД цикла при полной регенерации зависит как от начальной температуры, так и от температуры в конце адиабатного расширения. Обычно двигатели работают не при полной регенерации, поэтому . При этом термический КПД цикла должен учитывать степень регенерации, определяемую как отношение количества теплоты переданной воздуху к тому количеству теплоты, которое могло бы быть передано при охлаждении газов до температуры воздуха.
Степень регенерации .
При полной регенерации , , .
При этом все располагаемое тепло отработавших газов используется для подогрева воздуха. Очевидно, что этот случай может иметь лишь теоретическое значение, т.к. при нулевой разности температур между отработавшими газами и воздухом невозможен теплообмен в регенераторе.
При отсутствии регенерации , . Величина степени регенерации определяется качеством и величиной рабочих поверхностей теплообменника (регенератора), использование регенерации повышает термический КПД цикла, т.к. в этом случае увеличивается коэффициент заполнения цикла.
Рис. 18.11. - диаграмма
Принципиально регенерацию теплоты возможно осуществить и в ГТУ, работающей по циклу =const. При этом характер цикла, как видно из рисунка изменяется. Подвод теплоты осуществляется как по изохоре, так и по изобаре. В настоящее время регенерация теплоты находит практическое применение в основном в стационарных установках и реже в транспортных установках из-за большого веса и габаритов регенератора.
В действительных условиях . При , будет меньше, чем в случае полной регенерации. В рассмотренных установках каждый новый цикл осуществляется с новой порцией рабочего тела и изображение этих циклов в виде замкнутых было условным.
В установках, работающих по замкнутому циклу, участвует неизменное количество вещества, причем не только воздуха и продуктов сгорания, а любого газа.
Использование одноатомных газов (гелий и аргон) повышает термический КПД цикла, кроме того, позволяет работать с меньшей степенью увеличения давления при тех же , , .
С другой стороны применение замкнутой схемы позволяет выбирать в качестве начального давления цикла не атмосферное, а значительно большее давление, что приводит к уменьшению объемов газа, пропускаемых через элементы установки, габаритов ее, необходимых поверхностей теплообменников и к облегчению создания турбин больших мощностей.
Для увеличения термического КПД ГТУ целесообразно введение ступенчатого сжигания топлива и ступенчатого охлаждения сжимаемого рабочего тела. Подобные установки выполняются по разомкнутой схеме; в них достигается достаточно высокий КПД. При бесконечно большом числе ступеней подвода и отвода теплоты и полной регенерации, этот цикл превратится в обобщенный цикл Карно, и его КПД будет зависеть только от отношения низшей температуры к высшей. Однако с увеличением числа ступеней растут потери от необратимости процессов, и усложняется конструкция.