Флюидайн
Cтраница 1
 |
Насос Флюидайн с прямым нагнетанием. [1] |
Флюидайн может работать как в мокром, так и в сухом режиме. В первом случае существует контакт между вытесняемой жидкостью и рабочим телом. Во втором поверхности жидкости и рабочего газа разделены либо слоем инертного газа, либо механическим поплавком. Энергия в Флюидайне вырабатывается в виде колебаний жидкости в выходной трубе, и это особенно удобно для использования двигателя в качестве нагнетательного устройства. История техники знает очень похожее устройство - насос Хэмфри с незамкнутым рабочим циклом. [2]
 |
Изменения давления цикла в мокром Флюидайне. [3] |
Флюидайн обладает способностью к самовозбуждению ( иными словами, способностью к самозапуску) и, будучи пущенным в ход, начинает работать с установившимися колебаниями. Такая классификация состоит из двух частей. Первая дает определение Флюидайна как автономной системы, что является прямым следствием неявного вида производной по времени в гидродинамических уравнениях, описывающих систему. В таких системах частота колебаний является функцией их амплитуды, и это подтвердилось в экспериментах с Флюидайном. Вторая связана с тем, что из-за демпфирования в системе Флюидайна описывающие ее уравнения неконсервативны. В общем случае в такой системе колебания должны были бы экспоненциально затухать со временем, чего, однако, не происходит во Флюидайне, в котором колебания носят устойчивый характер. Наиболее важным следствием этого утверждения является то, что система, работающая в ограниченном цикле, может самовозбуждаться. В случае Флюидайна это проявляется в способности системы самозапускаться. Самовозбуждение возможно в двух формах - жесткой и мягкой, причем существование той или иной формы определяется конкретным параметром системы. [4]
 |
Двигатель Била. ( С разрешения Лыоисского центра НАСА. [5] |
Флюидайн, двигатель Била и харуэллская машина также являются двигателями простого действия. Первый из них, особенно в мокрой модификации ( рис. 1.57) выглядит точно так же, как и на схеме рис. 1.38, в. Свободнопоршневые двигатели ( двигатель Била и харуэллская машина) в соответствии с требованиями техники безопасности помещаются в герметичные сосуды со сжатым газом. [6]
 |
Характеристики двигателя Флюидайн ( типичные значения параметров. [7] |
Флюидайн с подкачкой энергии, осуществляемой реактивной струей, из-за простоты своей конструкции и очевидной нечувствительности к выбору размеров практически без исключений применяется в экспериментальных исследованиях и для работы в качестве насоса. Опубликованные результаты исследований приведены в табл. 1.18. Устройства, на которых были получены эти результаты, имели различные размеры, и отобранные результаты следует рассматривать только как экспериментальные данные. [8]
За исключением мокрого Флюидайна, в двигателях Стирлинга используются однокомпонентные рабочие тела, если воздух считать чистым газом. Эти рабочие тела не только однокомпонентны, но и однофазны. Нет никаких причин, препятствующих использованию многокомпонентных многофазных рабочих тел, тем более что такие тела могут дать некоторые термодинамические преимущества, поскольку могут воспринимать более высокие степени сжатия. Тем не менее в настоящее время используются исключительно газообразные рабочие тела, причем практически без исключений только воздух ( азот), гелий и водород. Как уже было показано выше, влияние рассмотренных нами параметров не зависит от того, какой из трех газов использовался в качестве рабочего тела. Однако, хотя тенденции и совпадают, конкретные цифры различны. Большая часть имеющейся литературы, если обратиться к публикациям достаточно общего характера, создает впечатление, что водород является наиболее подходящим рабочим телом, и в процессе первоначального изучения нами основных принципов и конструктивных особенностей двигателей Стирлинга это впечатление усилилось. Однако если водород обладает столь очевидными преимуществами, то почему все еще используют и остальные два газа, особенно гелий, хотя он и более дорогой. Мы уже рассмотрели некоторые проблемы, связанные с использованием водорода, например необходимость компенсировать просачивание водорода через материалы, с которыми он контактирует, и повышение хрупкости этих материалов, но если водород имеет такие неоспоримые преимущества, то с этими проблемами надо смириться. В первых аналитических работах ( например, [44]) высказываются предположения, что водород является лучшим рабочим телом с точки зрения обеспечения высоких рабочих характеристик только в некоторых режимах работы, в других режимах наиболее подходящими могут оказаться другие два обычно используемых газа. [9]
 |
Насос Флюидайн с косвенным нагнетанием. [10] |
Отсутствием регенератора в мокром Флюидайне, вероятно, можно объяснить, почему такие двигатели имеют очень низкий КПД. Однако следует принять во внимание и то, что мокрый Флюидайн может работать только при температурах порядка 350 К ( 77 С) и разности температур при подводе и отводе тепла не более 25 С. [11]
 |
Изменения температуры цикла в мокром Флюидайне. а-холодная полость. б-горячая полость. [12] |
Экспериментальные наблюдения свидетельствуют, что Флюидайн является жесткой системой. [13]
 |
Характеристики двигателя Флюидайн, полученные. [14] |
Циклические изменения давления и фазового угла мокрого Флюидайна также отличаются от соответствующих характеристик обычного двигателя Стирлинга, в то время как сухой Флюидайн, как утверждают, имеет рабочие характеристики, аналогичные рабочим характеристикам обычного двигателя Стирлинга с жестким кривошипно-шатунным механизмом. Перемещения мениска жидкости, эквивалентные движению твердого поршня, не точно следуют синусоидальному закону. [15]
Страницы: 1 2