Файл: Васильев В.К. Термодинамические основы исследовательского проектирования судовых энергетических установок.pdf

Параметры точек 20 и 4 0 взяты соответственно со строк 12 и 13

60

На рис. 6 показан цикл-эталон 1—7—8—6—1, работающий при предельных температурах рассматриваемого основного цикла

1—2 0— 3—40—1, но с изобарой р°к, рассчитанной при условии AsT=

= R In р°к = Asp = As” + Asp + As^ (см. § 1). Эти величины раз­ ностей энтропии определяются расчетами:

As® = ss — s20 = 7,3834 - 6,7388 == 0,6446 кДж/(кг ■К),

Asp = si — S2 = 6,7388 — 6,5239 = 0,2149 кДж/(кг- К),

Asp = S3 — s3 = 7,5455 — 7,3834 = 0,1621 кДж/(кг.К)

и

Asp = As” + Asp -f- As^ = 1,0216 кДж/(кг • К).

В рассматриваемом сложном цикле при р 2 = 16 ед. давл. имеем:

As*6== R In 16 = 0,2870-2,7726 = 0,7957 кДж/(кг • К)

изобары, она сдвинута от нее по изотермам на величину

As?K = Asp = 1,0216 кДж/(кг - К).

Таким образом, на поле диаграммы Т—s получен цикл-эталон 1—7—8—6—1. Условие As?K = Asp позволяет изобразить полез­ ную отдачу сложного цикла —■Q2 изотермами средних температур изобарных теплообменов. Надо нанести эти верхнюю и нижнюю изо­ термы на диаграмму цикла ОК, рассчитав их температуры следующим образом:

61

Имея эти температуры, можно по ним рассчитать полезную работу сложного цикла:

Qx - Q, = (Тср1 - г ср2) Asp = (884,88 - 462,10) Asp = = 422,78-1,0216 — 431,91 кДж/кг,

которая была определена раньше по другим формулам. Полезная работа сложного цикла измеряется площадью диаграммы Т— s

ИQ2 = Тср2Asp = 462,10-1,0216 = 472,08 кДж/кг.

Изотермические теплообмены одинаковы с изобарными, рассчи­ танными ранее. Следовательно, к. п. д. цикла 9—10—11— 12 одинаков с к. п. д. цикла 1—2'—2"—2'"—3—4'—3'—4—1, т. е. с к. п. д.

данного сложного цикла. Оба эти цикла эквивалентны по приве­ денным здесь показателям, и первый из них может считаться отобра­ жением второго.

К. п. д. цикла-эталона, построенного на диаграмме Т—s (см. рис. 6), будет

Отображенный эквивалентный цикл 9—10—11— 12—9 указывает на уменьшение работы в цикле рассматриваемой ГТУ относительно цикла-эталона, причем на диаграмме определено и место отображен­ ного цикла на площади цикла-эталона. Видно, что верхняя изо­ терма эталона 8—6 опустилась в отображенном цикле в положение 10—11. Площадь цикла О К 11—Ю—8—6 оказалась неиспользованной (потеря в области процессов расширения и изобарного теплообмена с горячим источником). Относительная величина этой площади определяется так:

В нижней части цикла ОК оказалась неиспользованной площадь 1—7—9—12—1. Ее относительная величина составляет

62

Целесообразно определить и относительную величину полезной площади 9— 10—11—.J 2—9:

Анализируя полученный результат, видим, что в изучаемой ГТУ, даже и ее идеальном цикле, в верхней части его потеряно свыше 35% площади цикла-эталона. Основной причиной этого следует признать неиспользование регенерации. Можно было бы нанести на диаграмму цикла рис. 6 изотермы точек 4 и 2"' и отказаться отчасти внешнего теплообмена Q( по изобарам 4—4 0 и 2"' —2 0, заменив

его внутренним теплообменом Q;. Но это мероприятие эффективно только для повышения к. п. д. цикла и при неизменных изоэнтропах и изобарах цикла идет за счет вытеснения части внешнего тепло­ обмена, снижая абсолютное значение Qlt кДж/кг. Это снижение,

полезное для к. п. д., ухудшает другие качественные показатели цикла.

В сложном цикле с адиабатными процессами расширения и сжа­ тия и с изобарным внешним теплообменом, как выяснилось из ана­ лиза ГТУ с тепловой схемой на рис. 4, наиболее существенную роль играет основной цикл «О». Протекая и по к. п. д. , и по величине полезной работы между предельными изотермами и изобарами, этот цикл решает задачу выбора исходных данных. Дополнительные циклы «к» и «т» являются коррективами простого цикла «О».

Особый интерес представляет собой выбор точки 3 начала про­ цесса расширения на заданной изотерме ts по значению ее энтропии s3.

Так как в сложном цикле используется тенденция увеличения отно­ шения p j p i , что при Р х = 1 требует‘увеличения давления р 2, то

развитие сложных циклов идет при повышении этого давления. По­ скольку изобара р 2 эквидистантно по изотермам идет влево (см. рис. 6),

то снижается энтропия s3. В результате изоэнтропа s3 приближается к изоэнтропе sx и при некотором значении р 2 совпадает с ней. Обра­ тимые идеальные изоэнтропийные процессы расширения (3—1) и сжатия (/—3), несмотря на идеальное качество турбин и компрес­

соров, будут давать нулевое значение суммарной полезной работы.

При этом величина Asp стремится к нулю и основной цикл теряет свое значение. Если, как было выяснено раньше (§ 2), принять усло­ вие s3 = s1; то однозначно определится абсолютное значение пре­

дельного давления ргред = 107,86 ед. давл. (при неизменном во всех процессах цикла рабочем агенте— атмосферном воздухе). При этом адиабатные машины, какими бы совершенными они не были, теряют смысл, становясь бесполезными. Но сложный цикл, кроме цикла «0», включает в себя еще и дополнительные циклы «к» и «т». Потеряв свой основной цикл «О», он может развиваться за счет Циклов «к» и «т», в которых адиабатные машины являются единст-

63