Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 125
Скачиваний: 0
временной теории систем позволяет внести некоторое единообразие терминологического плана и, как следствие этого, указать общие ме тоды оценки и пути совершенствования технических агрегатов и устройств.
Любое теплотехническое устройство (или его отдельный агрегат), исходя из функциональных признаков, можно условно изобразить так, как показано на рис. 1. Здесь процесс (или составляющие его отдельные процессы), происходящий в устройстве, условно за менен связью входных воздействий с характеристиками результата процесса — выходными параметрами. Что конкретно понимать под входом и выходом условного элемента, зависит от свойств исходного объекта, важно только, что между входом и выходом должна сущест
вовать причинная связь. |
Состояние входов и выходов условного эле |
|||||
мента можно представить |
с помощью чисел. Мгновенным значением |
|||||
входов |
можно |
поставить |
xf |
|||
в |
соответствие |
числа х х, |
||||
х 2, |
■■ |
xt, выражающие Хг |
||||
состояние отдельных вхо |
|
|||||
дов. Эти числа образуют |
|
|||||
вектор X = (х1( х 2, . . ., xt). |
|
|||||
Подобным же образом со- Х1 |
||||||
стояниям отдельных выхо |
Рис. 1. Условный элемент структурной схемы |
|||||
дов ставятся в соответствие |
||||||
|
||||||
числа у х, г/2, . . ., ут, обра |
. . ., ут). Если особенности конструктив |
|||||
зующие вектор |
Y =(г/х, |
г/2, |
||||
ного устройства и функционирования данного условного элемента характеризуются некоторыми величинами zx, z2, .. ., zn, составляю щими вектор Z = (z x, z2, . . ., zn), то существует система уравнений
M X , Y, Z, 0 = 0;
M X , Y, Z, 0 = 0;
fw (X, Y, Z, 0 = 0,1
которая описывает связи между X, Y, Z во времени t. Если эта система уравнений замкнута относительно Y (т. е. т = w), то отно шение между состояниями входов и выходов условного элемента выражается как преобразование вектора X в вектор Y и записы вается символически в виде
Y = /7xyX(0; Я х у - Е ( Х , Z, 0, |
(1.1) |
где Я ху —• вектор-функция преобразования. Если к тому же ис ходная система уравнений линейна по X и Y, то для значений выхо дов находятся решения в виде
У\ (0 = |
Ппхх (/) -f- П2Хх2 (/) -|- • • • -\-П1хх1 (t)\ |
У2 (0 = |
П\2Х1 (0 + ^22*2 (0 + • • ‘ + П12ХI (t)\ |
Ут(0 |
ПхтХх (t) -j- П2тХ2 (f) I" • • • г П1тх, (t). |
9
Здесь Пп представляют собой функции преобразования отдель ных входов Xj в значения выходов yt, равные Пn = f (Z). Для нели нейных систем могут быть записаны аналогичные символические выражения, в которых функции преобразования переменны:
Яу,= / ( Х , Z).
Оценка совершенства процессов в конкретном техническом устройстве производится обычно по уровню коэффициента преобра зования основного процесса, для выполнения которого это устрой ство предназначено.
Например, основной характеристикой экономичности реактивного двигателя яв ляется удельный импульс тяги, определяемый как отношение импульса тяги двига теля Ft к суммарному расходу массы компонентов топлива, поступивших за время t из баков летательного аппарата: Пдр = Fm = F/G. Действительно, здесь секунд ный массовый расход G, характеризующий затраты рабочего тела, есть вход, а сила тяги F, конечный результат процессов использования топлива, — выход условного элемента «ракетный двигатель». В других типах реактивных двигателей чаще ис пользуют обратное значение коэффициента преобразования, так называемый удель ный расход, равный
Другим примером использования П Д в качестве характеристики совершенства
может служить величина, оценивающая экономичность парового двигателя, — удель ный расход пара или тепла с(уд, т. е. расход D пара или тепла в час на единицу вырабатываемой двигателем мощности
Г/—1 J D
п ОР — аУА — — , ге
где Ре — эффективная мощность двигателя.
Определение численного значения коэффициента преобразования недостаточно для решения вопроса об эффективности процессов в рас сматриваемом устройстве. Для того чтобы дать оценку степени со вершенства, надо ввести понятие о достижимом максимуме совер шенства устройства. Это осуществляется следующим образом. Свой ства условного линейного элемента, отражающего процессы в реаль ном устройстве, сравниваются со свойствами некоторого образцового условного элемента, в котором протекают те же процессы, но без потерь энергии или массы (рис. 2). Тогда величина
Л = Я,-,обр-Я„- = Л /1о№(1 - - Щ ^ ) |
(1.2) |
будет характеризовать абсолютное несовершенство, а величина
(1.3)
П / 1 обр |
H j i обр |
— относительное несовершенство процессов преобразования вход— выход в данном конкретном устройстве. Величины Д и б аналогичны
Ю
погрешностям приборов (рассматриваемым далее, в части IV), взя тым с обратным знаком. Это отличие вызвано удобством анализа, построенного на энергетическом подходе. С ростом совершенства процессов величины А и б стремятся к нулю вследствие приближения к единице отношения Пп/Пп о6р, поэтому при практических оценках ограничиваются рассмотрением лишь этого отношения, характери зующего совершенство действия установки, всегда мысленно сравни вая его значения с единицей.
Вопрос о том, какими свойствами должен обладать образцовый условный элемент, следует решать в каждом конкретном случае особо. Рассмотрим к. п. д., применяемые при оценке свойств тепло технических систем. В некоторых тепловых установках тепло Q,
подведенное к рабочему телу, |
|
|
|
превращается в идеальных усло |
ПЦ |
|
|
виях в полезную работу L0; |
|
||
реальный |
Уь |
||
коэффициент |
преобразования |
элемент |
|
условного элемента, следова |
|
|
|
тельно, будет |
равен |
|
|
Ln
17QLо — Q
Сопоставляя условный эле мент реального преобразова ния с образцовым, имеющим
rijioSp
образцовый элемент Умбр
Рис. 2. К определению совершенства структурного элемента
П о |
обр |
= |
т- е- принимая |
' QL0 |
в качестве образцового элемента такой, в котором все подведенное
тепло полностью без потерь |
преобразуется в работу (L0o6p = Q), |
|
имеем |
|
|
n QLa |
_ „ = |
Ц>_ |
n QLо обр |
Q ‘ |
|
Это отношение называется абсолютным термическим к. п. д. уста новки.
Аналогичным образом получаются выражения для абсолютного эффективного г\е и внутреннего т](., к. п. д. установки:
n QLe |
Le |
n QL |
i- |
которые характеризуют совершенство преобразования тепла в полез ную работу Le, получаемую с двигателя, и во внутреннюю работу Lt, характеризующую потери энергии в двигателе, соответственноСистема трех указанных к. п. д. является системой идеальных к. п<» д. трех различных условных элементов тепловой установки;
очевидно, что ни один из этих коэффициентов не может быть равным единице.
Абсолютные энергетические к. п. д. служат для оценки сравни тельных возможностей (совершенства) различных способов прове дения процессов преобразования, не зависящих от конструктивных
11
особенностей установки. Представление о числовых значениях абсо лютных энергетических к. п. д. можно получить по следующим ориен тировочным данным:
Газовые турбины с подводом тепла при р = |
|
т'/ |
|||
|
До 0,4 |
||||
= c o n s t ........................................................... |
|
|
|||
То же при |
v = const |
.................................... |
|
» |
0,5 |
Паросиловые установки, цикл Ренкина при |
. |
0,45—0,47 |
|||
р = 2,5-107 Па, t = |
500—600° С . . . |
||||
Поршневые двигатели с подводом тепла при |
|
0,42—0,65 |
|||
р = c o n s t ....................................................... |
|
|
|||
Поршневые двигатели со смешанным подво |
|
0,5—0,66 |
|||
дом т е п л а ....................................................... |
регенеративным ох |
|
|||
Ракетный двигатель с |
|
0,3—0,55 |
|||
лаждением .................................................... |
|
|
|||
Бескомпрессорные дизели ................................ |
. |
0,3—0,39 |
0,38—0,52 |
||
Компрессорные четырехтактные дизели . . |
0,3—0,35 |
0,40—0,45 |
|||
Двигатели |
калоризаторные двухтактные |
0,16—0,24 |
0,22—0,33 |
||
» |
газовы е............................................ |
|
0,20—0,30 |
0,25—0,32 |
|
» |
карбюраторные автотракторные |
0,20—0,30 |
0,22—0,28 |
||
» |
прямоточные авиационные .. . |
0,05—0,10 |
— |
||
» |
р а к е т н ы е ........................................ |
|
0,30—0,60 |
— |
|
Условные |
элементы |
с коэффициентами |
преобразования n QLo |
||
и n QL[, в свою очередь, используются в качестве образцовых в так называемой системе относительных к. п. д. Отношение вида
n QLt |
Li |
носит название относительного внутреннего к. п. д. и характеризует степень совершенства процессов преобразования подведенного тепла во внутреннюю работу с учетом предельного возможного уровня работы L 0. Отношение вида
П^ е |
_ _ Ц _ „ |
|
|||
n QL0 |
|
L0 |
|
Чое |
|
называется относительным эффективным к. |
п. д., а отношение |
||||
n QLe |
|
Le |
“ |
Чо. |
|
n QLi |
~ |
Li |
|
||
— относительным механическим |
к. |
п. |
д. |
Отличие относительных |
|
к. п. д. от единицы характеризует потери в реальной установке при
осуществлении |
соответствующих преобразований. |
|
|
Паровые машины |
^ог |
^ом |
|
0,65—0,85 |
0,84—0,92 |
||
Турбины паровые .................................. |
0,5—0,87 |
0,91—0,99 |
|
» |
газовые ................................. |
0,85—0,88 |
0,7—0,8 |
Двигатели внутреннего сгорания |
0,5—0,9 |
0,7—0,9 |
|
12