Термический кпд идеального цикла твад

 

Эффективность превращения подведенной к рабочему телу теплоты в полезную работу (работу идеального цикла) оценивается термическим КПД η _t, показывающим, какая часть подведенной теплоты Q ₁ превратилась в работу цикла L _ц:

, (1.5)

где – полная степень повышения давления в двигателе.

Таким образом, при помощи η _t оценивают совершенство двигателя как тепловой машины.

Так как в соответствии со вторым законом термодинамики Q ₂ > 0, то
η _t < 1. Величина η _t тем больше, чем мень­ше Q ₂ по отношению к Q ₁. В свою очередь Q ₂ 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 Q ₂. 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 L _ц вследствие преобладания снижения потерь тепла Q ₂ с выходящими газами, над снижением Q ₁ (рис. 1.8). При этом интенсивно возрастает термический кпд η _t (рис. 1.9).

При дальнейшем увеличении , из-за преоб­ладания снижения Q ₁ над снижением Q ₂, начинает уменьшаться L _ц (см. рис. 1.8), темп роста η _t замедляется, и он стремится к своему максимальному значению η _{t max}
(см. рис. 1.9).

 

Рис. 1.8. Диаграмма цикла ТРД при и	Рис. 1.9. Зависимость

При η _t = 0, так как вся подведенная к рабочему телу теплота отводится в «холодильник».

При , .

При , .

При

 

Контрольные вопросы:

 

1. Назвать и пояснить условия протекания идеального цикла.

2. Дать характеристику процессам, протекающим в идеальном цикле.

3. Объяснить физический смысл работы цикла.

4. Объяснить физический смысл термического КПД.

5. Пояснить зависимость термического КПД от степени повышения давления в двигателе.

Лекция 3. Термодинамические циклы ТВаД

 

Вопросы лекции:

1. Действительные термодинамические циклы (ТВаД);

2. Работа действительного цикла;

3. Эффективный КПД ТВаД.

 

Действительные термодинамические циклы (ТВаД)

 

В действительном (реальном) цикле ТВаД:

– все процессы сопровождаются потерями энергии;

– физические свойства рабочего тела, характеризуемые параметрами к, с_р, R, изменяются при изменении температуры в процессах сжатия- расширения и подвода тепла, а также при изменении химического состава газа в КС.

Например: При сжатии воздуха в реальном ВЗ процесс повышения давления – политропный (рис. 1.10). То есть из-за наличия гидравлического сопротивления (трения воздуха об стенки ВЗ) температура возрастает от до , следовательно, возрастает энтропия. Для сжатия более нагретого газа до давления необходимо затратить бóльшую (политропную) работу
L _п = L _ад + Δ L _r, где:

Δ L _r – тепловое сопротивление;

 

; (1.6)

. (1.7)

Показатель политропы n в данном примере зависит от температуры газа и всегда
n > к (для ВЗ ВРД n ≈ 1,5…1,54).

Помимо того, что необходима дополнительная работа для сжатия более нагретого, при преодолении гидравлического сопротивления газа, необходима дополнительная работа L _r для преодоления трения воздуха о стенки канала ВЗ. Следовательно, полная работа, потребная на сжатие воздуха в ВЗ

 

(1.8)

Так как полная работа L _ВЗ совершается за счет изменения кинетической энергии воздуха в ВЗ

, (1.9)

то

. (1.10)

Изменение кинетической энергии в реальных ВЗ расходуется на политропную работу сжатия (с учетом дополнительного подогрева при трении) и преодоление гидравлического сопротивления.

Сравним диаграммы идеального и действительного циклов ТРД
(рис. 1.11, 1.12) при условии, что ; = .

 

Рис. 1.11. Действительный цикл ТРД	Рис. 1.12. Действительный цикл ТРД

 

н-к – политропное сжатие воздуха. Потребная работа сжатия рабочего тела (воздуха) в действительном цикле (в сравнении с адиабатным) больше на величину Δ L _r и L _r, а температура за ОК выше, чем .

к-г – подвод тепла к рабочему телу в КС. В действительном цикле идет не при постоянном давлении, так как в КС имеют место потери полного давления. Следовательно, перед ГТ газ имеет меньшее давление и меньшую полную энергию (работоспособность).

г-с – расширение газа в ТК, СТ и ВУ. В реальном цикле процесс расширения газа политропный, поэтому температура на срезе РС выше, чем .