- •Термодинаміка, теплопередача і теплосилові установки.
- •1. Основні вихідні поняття та визначення термодинаміки.
- •2.2 Робоче тіло і термодинамічна система.
- •Основні положення розрахунків суміші ідеальних газів.
- •2. Перший закон термодинаміки.
- •2.1. Внутрішня енергія робочого тіла.
- •2.3. Робота зміни об’єму.
- •2.4. Перший закон термодинаміки.
- •2.6. Ентропія.
- •3. Термодинамічні процеси ідеальних газів
- •3.1. Аналіз рівноважного ізохорного термодинамічного процесу.
- •3.2. Аналіз ізобарного термодинамічного процесу.
- •3.3. Аналіз ізотермічного термодинамічного процесу.
- •3.4. Аналіз адіабатного процесу.
- •3.5. Аналіз політропного процесу.
- •4.1. Оборотні і необоротні термодинамічні процеси.
- •4.2 Прямі і обернені термодинамічні цикли.
- •4.3 Цикл Карно. Теорема Карно.
- •4.4. Другий закон термодинаміки.
- •4.5. Ентропія як теплова характеристика циклу.
- •4.6. Зміна ентропії ізольованої термодинамічної системи.
- •5.1 Поняття стаціонарної і одновимірної течії
- •5.2 Основні рівняння течії газу.
- •1. Рівняння суцільності руху
- •2. Рівняння першого закону термодинаміки для течії або рівняння енергії.
- •5.3. Наявна та технічна роботи течії
- •5.4. Ізоентропійна течія газу
- •5.5. Витікання газу із резервуару необмеженого об’єму
- •5.6.Витікання газу через комбіновані сопла.
- •5.7. Дроселювання
- •6. Стискування газу в компресорі
- •6.1 Призначення, класифікація і сфера застосування компресорів
- •6.2 Термодинамічний аналіз роботи одноступеневого компресора.
- •6.3 Багатоступінчасте стикування газу в компресорі.
- •6.4 Потужність та ккд компресора.
- •7. Цикли двигунів внутрішнього згорання.
- •7.1 Призначення, класифікація і сфера застосування циклів двз.
- •7.2 Аналіз циклу двз із змішаним підведенням теплоти.
- •7.3 Аналіз циклу двз з підведенням теплоти по ізобарі.
- •7.4 Аналіз циклу двз з підведенням теплоти по ізохорі
- •7.5 Порівняння циклів двз
- •8. Цикли газотурбінних двигунів (гтд)
- •8.1 Призначення, класифікація і сфера застосування циклів гтд
- •8.2. Аналіз циклу гтд з підведенням теплоти по ізобарі.
- •8.3 Аналіз циклу гтд з підведенням теплоти по ізохорі (цикл Хемфрі)
- •8.4. Регенерація теплоти як метод підвищення термічного ккд циклів гтд
- •1. Теплопровідність.
- •1.1 Температурне поле, градієнт температури, тепловий потік.
- •1.2 Закон Фур’є
- •1.3 Теплопровідність плоскої стінки
- •1.4. Теплопровідність циліндричної стінки.
- •1.4. Теплопровідність циліндричної стінки.
- •2.1 Природна і вимушена конвекція
- •2.2 Рівняння тепловіддачі Ньютона-Ріхмана.
- •2.3 Диференціальні рівняння теплообміну.
- •2.4 Основи теорії подібності
- •2.5 Критерії подібності конвективного теплообміну
- •2.6 Умови подібності процесів конвективного теплообміну
- •2.7 Тепловіддача (конвекція) при природному русі теплоносія в необмеженому об’ємі.
- •2.8 Тепловіддача при турбулентному русі теплоносія в трубі
- •2.9 Тепловіддача при поперечному обтіканні труби та жмутків труб
- •2.10 Інтенсифікація процесів конвективного теплообміну
- •3. Теплообмін випромінюванням.
- •3.1. Основні визначення променистого теплообміну.
- •3.2 Основні закони випромінювання чорних і сірих тіл
- •3.3 Променистий теплообмін між сірими тілами.
- •4 Теплопередача
- •4.1 Основне рівняння теплопередачі. Коефіцієнт теплопередачі
- •4.2 Теплопередача через плоску одношарову і багатошарову стінки.
- •4.3 Передача теплоти через циліндричну одношарову і багатошарову стінки
- •4.4 Інтенсифікація процесів теплопередачі
- •4.5 Теплова ізоляція
- •5 Теплообмінні апарати.
- •5.1 Призначення класифікація і область використання теплообмінних апаратів
- •5.2 Основи теплового розрахунку теплообмінників
8.3 Аналіз циклу гтд з підведенням теплоти по ізохорі (цикл Хемфрі)
М ашина, яка працює за цим циклом відрізняється від попередньої тим що камера згорання палива тут має клапани, а процес згорання не є неперервним а періодичним. Принцип тут такий: турбіна обертається, приводить в рух компресор, компресор захоплює навколишнє повітря, стискає його і подає в камеру згорання. Подача в КЗ за умови що вхідний клапан відкритий. Потім закривається вхідний клапан, паливний насос через форсунку подає в КЗ паливо, паливо змішується з повітрям, утворюється паливна суміш, яка запалюється за допомогою свічки. Згоряння палива відбувається при закритих клапанах тобто при сталому об’ємі КЗ. Температура і тиск при цьому стрімко зростають. Відкривається випускний клапан випускаючи ПЗ на сопла і на лопатки турбіни. Відбувається розширення РТ на лопатках турбіни і виконується технічна робота. Процес такий же як і для попереднього циклу з єдиною відмінністю що він є періодичним. Дальше знову продувається КЗ, закривається випускний клапан, заповнюється повітрям КЗ і цикл повторюється. Якщо визначити термічний ККД цього циклу то від буде дійсно більшим, але проблема в тому що клапани КЗ працюють в умовах дуже високих температур і з часом вигорають, порушується робота турбіни в цілому. Тому на даний час дані турбіни не випускаються. Але безумовно це перспективний цикл тому що він дозволяє отримати більш високий ККД в порівнянні з циклом Брайтона. Коефіцієнт корисної дії буде .
8.4. Регенерація теплоти як метод підвищення термічного ккд циклів гтд
Повернемося до діаграми циклу Брайтона: процеси стиснення, підведення теплоти, робочий хід, і викидання продуктів згорання в атмосферу. Зверніть увагу: ось температура ПЗ після турбіни , а ось температура повітря з якою воно поступає в камеру згорання . вища. А виникає питання чи не можна взяти частину теплоти від продуктів згорання і передати повітрю перед КЗ. В цьому і є зміст регенерації теплоти. І це позитивно впливає на ККД ГТД. Ось принципова схема такого двигуна який працює з підведенням теплоти при сталому тиску але з регенерацією теплоти. Вона відрізняється від попередньої схеми наявністю регенеративного теплообмінного апарата – може бути кожухотрубчатий теплообмінник. Наприклад в трубках протікає стиснуте в компресорі повітря, а зовні трубки омиваються продуктами згорання після турбіни. Теплота від ПЗ до повітря передається через стінку трубок. Повітря забирає частину теплоти від ПЗ і уже підігріте повітря поступає в КЗ. Деколи розміри цього теплообмінника бувають більшими ніж розміри самого ГТД з турбіною, компресором і тд – все залежить скільки теплоти ми хочемо забрати від ПЗ – якої міри регенерації хочемо досягти. Зобразимо в тепловій діаграмі цей цикл Брайтона з регенерацією теплоти. Появляються дві додаткові точки В і А. Ідеальний випадок коли всю цю теплоту яка заштрихована ми віднімаємо і передаємо повітрю . Теплота передається за умови сталого тиску як повітря після компресора так і ПЗ. А реально . Ідеально то реально . Так само , а реально . Для того щоб теплота передавалась потрібна рушійна сила – різниця температур, а це призводить що процес необоротний і теплота завжди . Відношення теплоти - міра регенерації теплоти. Звичайно міра регенерації теплоти завжди менша 1. Оптимальне її значення складає . Якщо то геометричні розміри теплообмінного апарату – регенератора прямують до нескінченності. І тут шукається оптимум – як можна збільшити ККД ГТД і при цьому не збільшити значно вартість установки.
ККД визначається як . А для реального теплообмінника . Тепер показуємо що , а , а . Приймається що , а . Далі використовують характеристики циклу і подають що ; , і . Тоді підставивши всі величини отримаємо . При відсутності регенерації отримаємо знакоме рівняння . Практика показує що завдяки застосуванню регенерації термічний ККД можна підняти на 1-2-2,5 %. А оскільки ці машини великої потужності і споживають багато теплової енергії то економія палива може бути дуже великою. Отже це один з методів підвищення термодинамічної ефективності ГТД і він є основним.
Частина 2 Теорія теплообміну
Теорія теплообміну – наука про способи розповсюдження теплової енергії в просторі і в часі. Теорія теплообміну більш молода в порівнянні з технічною термодинамікою, виникла в кінці 19 та на початку 20 століття. В той час почали будувати теплові машини (двигуни) потужність яких досягала значних величин і втрати теплоти через стінки циліндрів машин, через стінки котла були великі і мали вплив на ефективність машин. Треба було обчислити ці втрати, а потім їх уникнути. От завдяки цим проблемам і виникла наука „теорія теплообміну”.
Теорія теплообміну відрізняє елементарні (прості) способи передачі теплової енергії і складні.
До елементарних способів передачі теплової енергії відносять: - теплопровідність; - конвективний теплообмін; - променистий теплообмін.
Якщо вони протікають одночасно, або протікають послідовно то в результаті утворюються складні способи передачі теплової енергії.
Теорія теплообміну використовує феноменологічний, експериментальний і теоретичний методи вивчення розповсюдження теплової енергії.