Идеальный цикл - стирлинг
Cтраница 1
Идеальный цикл Стирлинга при гармоническом движении поршней детально исследован Шмидтом. [1]
Термодинамический анализ идеального цикла Стирлинга, выполненный для дискретных значений объема двигателя, а также для случаев его изменения по простому гармоническому закону и реальному закону, имеющему место в существующих двигателях, показал, что выходная мощность двигателя Стирлинга должна быть прямо пропорциональна среднему давлению цикла, что подтверждается на практике. Если эти зависимости перестроить, изменив параметры, откладываемые по осям координат, то влияние давления будет еще нагляднее ( рис. 1.68), причем можно видеть, что изменение мощности не точно следует линейному закону, но весьма близко к нему. Такая тенденция характерна для всех двигателей Стирлинга, в том числе и для Р-40. По ним легко видеть, что и здесь существует почти линейная зависимость между выходной мощностью и средним давлением цикла. Следует заметить, однако, что в реальных двигателях Стирлинга среднее давление цикла существенно не превышает 20 МПа, так что при более высоких давлениях отмеченные тенденции могут и не проявиться. [2]
 |
Кривые изменения объемов полости сжатия ( Ус. расширения ( Vg, полного объема ( У и давления р в зависимости от угла поворота вала а при гармоническом движении поршней. [3] |
При переходе от идеального цикла Стирлинга к рабочему циклу ГХМ необходимо подчеркнуть следующее обстоятельство. Прерывистое движение поршней А и В технически осуществить трудно, поэтому целесообразно использовать схему с гармоническим движением поршней, приводимых от шатунно-кривошипного механизма. В этом случае движение поршней следует сместить по фазе на угол ф с опережением по объему расширения VK. При такой схеме несколько нарушается изотермический характер процессов расширения и сжатия и изохорический теплообмен, а р - V-диаграмма становится плавной непрерывной кривой без резкого перехода между отдельными процессами. Рассмотрим зависимость объемов Vc и V. Анализ такой схемы показывает, что гармоническое движение поршней не ухудшает качества цикла. [4]
При переходе от идеального цикла Стирлинга к рабочему циклу ГХМ необходимо учитывать следующее. Прерывистое движение компрессорного и детандерного поршней технически осуществить трудно, поэтому целесообразно использовать схему с гармоническим движением поршней, приводимых от кривошипно-шатунного механизма. [5]
Одно из основных преимуществ двигателя Стирлинга - его термодинамическое совершенство, так как идеальный цикл Стирлинга имеет максимально достижимый термический КПД для заданных температур источника и стока тепла. [6]
На рис. 1.16 показана зависимость изменения объема от угла поворота кривошипа, при выполнении которой реализуется идеальный цикл Стирлинга. Основной функцией механизма привода является наиболее точное воспроизведение этой зависимости. Однако полное удовлетворение требований термодинамики возможно только при прерывистом движении поршней, а механическое устройство не в состоянии точно воспроизвести такое движение. Хотя в принципе и можно создать механизм, воспроизводящий закон изменения объема, близкий к идеальному, при его проектировании необходимо учитывать и другие факторы, а именно: простоту конструкции, компактность, динамические факторы и возможность установки системы уплотнения. [7]
 |
Установка PLN-430 производительностью 30 л / ч жидкого азота. [8] |
Первый же шаг в развитии этой модели, направленный к ее сближению с реальным холодильным циклом ХГМ и состоящий в учете объема регенератора Vr, приводит к существенным отклонениям от идеального цикла Стирлинга. Процессы переталкивания газа через регенератор нельзя, строго говоря, считать изохорными. Для описания процессов в отдельных частях машины нужно применять соотношения термодинамики тел переменной массы. Существенно лишь, чтобы были обеспечены условия для обратимого теплообмена, в том числе в регенераторе. [9]
 |
Обратные циклы. [10] |
Для получения холода и криогенных продуктов в малых и средних количествах ( от нескольких граммов до нескольких килограммов в час) широко применяются криогенные газовые машины, рабочим телом которых чаще всего является гелий. Холодильный коэффициент идеального цикла Стирлинга равен холодильному коэффициенту цикла Карно. Действительный рабочий процесс существенно отличается от идеального. [11]
Значения массовых расходов необходимы для последующих расчетов теплообменников, поскольку они позволяют найти коэффициенты теплоотдачи и коэффициенты аэродинамического сопротивления. Расчетное значение КПД, полученное с помощью данного метода, совпадает с КПД идеального цикла Стирлинга или цикла Карно, как и предполагалось в анализе. Мгновенные значения тепловых потоков в рабочих полостях можно рассчитать, применяя уравнение энергии к течению в этих полостях, что особенно важно для регенератора, так как можно найти величину параметра QR и определить тепловую нагрузку на этот элемент конструкции. [12]
 |
Влияние определяющих параметров на мощность по Шмидту. [13] |
При использовании этой модели рабочий объем делится не на три, а на пять частей. Считается, что процессы, происходящие в рабочих полостях переменного объема, являются адиабатными, а в теплообменниках - по-прежнему изотермическими, хотя предполагается, что стенки регенератора являются теплоизолированными, чтобы обеспечить идеальную регенерацию. Все предположения, использованные при анализе изотермических процессов, сохраняются, за исключением, разумеется, исходной модели процесса расширения и сжатия. Этот анализ известен под названием полуадиабатный, и он имеет такое же отношение к псевдоциклу, как изотермический метод Шмидта к идеальному циклу Стирлинга. [14]
Страницы: 1