Дипломированный инженер. Питер жиры;

Глава 10

в главе 12

11 Расчет тепловых потоков и повышение давления, когда рабочая жидкость от «газовой + насыщенный пар" состоит.

• • 11.1. T3-S3 схема процесса Стирлинга с помощью насыщенного пара в качестве рабочей жидкости

  • 11.2. Т2-S2 схема процесса Стирлинга с рабочей жидкости "газа + насыщенный пар"

Если рабочей жидкости, имеющий достаточную температуру цилиндра расширения в пара высокого давления выбирается в машине, описанной здесь, парциальное давление паров "PS" этой жидкости должны быть рассмотрены. Затем действует в составном газа, а насыщенный пар рабочей жидкости. В Walker | 3 | уже получил его и описал полезность "соединение работает жидкости". Реальной машине, которая работает с "соединение" рабочей жидкости, а также расчета такого процесса не могут быть показаны. Они хотели также эксплуатации машины с перегретым паром. Машина, описанная здесь отличается в этой конкретной точке этой идее, что они могут работать только насыщенным паром. Ваш рабочий процесс может быть вычислена полностью.

В общей сложности 3 печатных государств для газа и пара, следует отличать:

• 1. Минимальное давление газа "Pgas _мин "в машине всегда выше, чем максимальная давление насыщенного пара" PSTE "при температуре" ТЕ "в цилиндре расширения. : PSTE <Pgas _мин

  2. Парциальное давление пара в цилиндре расширения "PSTE" больше, чем максимальное давление газа "Pgas _макс ". PSTE> Pgas _макс . В этом случае было бы в цилиндре расширения и, возможно, только пара в горячих областях регенератора по существу, которые могут быть расположены в перегретом состоянии. Двигатель Стирлинга находится в этом режиме не сильно отличается от плохой парового двигателя с включением воздуха в конденсаторе.

  3. Давление пара "PSTE" в цилиндре расширения находится в диапазоне от давления газа: Pgas _мин <PSTE <Pgas _макс . В этом случае нет потока газа, как в первом случае виде в цилиндре расширения и, возможно, также в жарких зонах регенератора. Общее соотношение давления Р _макс / P _мин меньше, чем в первом случае, и, таким образом, также выходной работа за один оборот меньше, что не желательно.

Для достижения оптимальной производительности на оборот первого условия давления не требуется. Таким образом, это условие давление было указано для дальнейшего расчета.

PSTE <Pgas _мин

В расчете работы расширения теперь входящий общее давление P - Abb.12a - то результатом парциальных давлений газа и насыщенных паров компонентов.

(11.1) P = Ps + Pgas

Поскольку эффективность работы в машине увеличивается с увеличением давления парциального давления водяного пара "PS", показаны диаграммы в PV фиг.12 .

Через эксперимента и моделирования расчета было установлено, что парциальное давление паров "PS" может быть вычислена следующим образом: (Здесь предполагается, как только газа, как давление идеальный баланс рабочей жидкости в машине). На основе следующих определений:

PSTC = давление насыщения пара при температуре ТС в цилиндре сжатия

PSTE = давление насыщения пара при температуре TE в расширение цилиндра

PSTR = давление насыщения пара при температуре TR средней в регенераторе.

"P" является идеальным для уравновешивания давления Общее давление в 3 объемах машины:

• • в цилиндре расширения:

    • (11.2) Р = Pgas _E + PSTE = ME / VE * RG * TE + PSTE

    • Результат для массы газа в цилиндре расширения:

    • (11.3) М.Е. = (Р - PSTE) * VE / (RG * TE)

  • в цилиндре сжатия:

    • (11.4) Р = Pgas _C + PSTC = MC / VC * RG * ламивудин + PSTC

    • Результат для массы газа в цилиндре сжатия:

    • (11.5) MC = (Р - PSTC) * VC / (RG * ТС)

  • в регенераторе:

    • (11.6) Р = Pgas _R + PSTR = MR / VR * RG * TR + PSTR

    • Результат для массы газа в регенераторе:

    • (11.7) MR = (Р - PSTR) * VR / (RG * TR)

С знакомства для общей массы газа уравнения. (2.9) МВт = ME + MC + MR = P0 * V0 / (RG * Т0), общее давление "P" из уравнения. (11.3), уравнение. (11.5) и уравнение . (11.7) рассчитываются:

(11.8)

в:

(11.9)

. "V" плательщик до температуры T0 всего-см. уравнения (2.14) - парциальное давление пара "PS" в предположении идеального баланса давления в машине:

(11.10)

Поскольку температура в регенераторе ТК через TR достигает TE не является линейной (в потерями регенератора TCR через TR Тер), и кривая давления пара, уместно регенератора в множестве (не менее 3), чтобы разделить температурные зоны. Опять же, следует применять в регенераторе, предположения линейной температурного профиля описано в главе 2. Затем три одинаковые температурные зоны могут быть определены в каждом из 3 же Regeneratorvolumina VR / 3. В каждой из температурных зон, разнице температур TEMTC3 = (TE-TC) / 3 или TEMTC3 = (макс. - TCR) существует / 3 с потерями регенератора. Вывод регенератора | 8 |-см. уравнение (2.3) - как бревно .. Средние доходы от закона идеального газа. Применяя закон идеального газа к насыщенного пара, так уже и следовало ожидать с погрешностью около 5% в опросе этой машины наступающем интервале температур от 20 до 150 ° С.

TRM1 = журнал. Означает температуру в горячей части регенератора является то:

(11.11)

TRM2 = журнал. Температура среды в центре регенератора:

(11.12)

TRM3 = журнал. Средняя температура в холодной части регенератора:

(11:13)

Для потерями регенератор должны принять TE - быть> установлен TCR -> TER и вместо ТС.

Для этих трех температурах регенератора, PSR1 давления насыщения, PSR2, PSR3 быть рассчитаны. Тогда давление насыщения среднее Пс дает более точным:

(11:14)

При этом центральный паровой частичной Ps давлений, а общий объем VG из взаимодействующей пары цилиндров с сопутствующей регенератора PV диаграмма для парообразного компонента в процессе Стирлинга может быть создан; см. рис.12 .

-

11,1 T3-S3 схема процесса Стирлинга с помощью насыщенного пара в качестве рабочей жидкости

Для диаграммы TS для компонента паров, Т3 - S3 схема Ps может быть для среднего паров парциального давления в соответствии с уравнением (11:14) по кривой давления пара, температуры насыщения пара "T3" читать или вычислить ..

Для расчета энтропии, "S3", следующие соображения:

Из насыщенных паров плотности г _T3 в T3 и к общему объему В.Г. среднем насыщенный масса СДМ пара определяется. СДМ = F (Пс, Т3, В.Г.).

(11:15)

Со значениями для насыщенного пара при температуре T3 может теперь одинаковы для всех расчетов шаг, как для «газовой только" работы машины (см. также главу 7) создать энергетический баланс. Вместо внутренней энергии "U", как ожидается, здесь целесообразно с энтальпии «я» пара.

Так гласит первая основная теорема:

Процесс замкнутый контур передается (или удален из него) тепловые энергии приводит к изменению энтальпии рабочего тела и эффект может привести к рабочей жидкости выполняет работу. На основе компонента паров рабочей жидкости, это может быть выражено в дифференциальной форме:

(11:16)

с D_I = дифференциал паровой энтальпии при температуре Т3 и Ps давления насыщения в T3; ГУ * d_Ps является «работа» насыщенного пара. Энтальпия пара Я _T3 доступен с насыщенной массового SDM пара

(11:17)

H _T3 теплоты парообразования и R _t3 , на плотности насыщенного пара соответственно при температуре Т3.

Энтропия определяется по формуле:

(11:18)

При достаточно малом расчета размера шага D_I дает _T3 , чтобы:

(11:19)

Метод расчета основан на четырех идеальных условиях:

• 1. Он образует давление среды паров во всех сферах машины, которая рассчитывается от температур и объемов зависит от:

  2. (11.10)

     1. Смотреть экв. (11,10) или уравнение. (11:14). Это давление пара соответствует средней насыщенности температуры "T3", "Т3" берется из таблиц пара, или рассчитывается. | 4 |

  3. Это всегда образует только как много насыщенных массу пара, как это соответствует температуре Т3 и текущего общему объему В.Г.; в отличие от в Walker | 3 | Утверждение сделано здесь представляет собой отношение массы пара к газу масса не является постоянной.

  4. Конденсат не транспортируется. Пар конденсируется на соответствующих температурных пределах между тремя пространств: расширение цилиндров и сжатия цилиндра регенератора. (Потери энергии, вызванные на самом деле происходит транспорта паров и конденсата рассчитываются отдельно, см. главу 12 и уравнение (12.1). Они не должны рассматриваться здесь в первую очередь.)

  5. Для компонента паровой регенератора является неэффективным.

Интеграция или суммирование d_S3 в S3 и средней температуры насыщения Т3 дать диаграмму T3-S3 для компонента паров рабочей жидкости в реальном машины с кривошипно-шатунного механизма. Рис.7

Расчет диаграммы T3-S3 для парообразного компонента в идеальном процессе Стирлинга

Entropierechnung для компонента паров из идеальных технологических Стирлинг результатов в T3-S3 схемы рис.7 похожих на чистой работе на газе (T-S1 диаграмма) своего рода "рамки", что окутывает кривой в результате энтропии для реальной машине, показанной выше Результаты с кривошипно-шатунного механизма. Расчет кривых всегда делается из уравнения баланса энергии Eq. (11:16), (испарение и давление увеличение и конденсация и снижение давления), где идеально Стирлинг процесс , где расширение и сжатие может происходить в цилиндре, предположения, сделанные выше, также действительны да, потому что здесь нет взад и вперед рабочей жидкости должно быть сделано.

Так как пар не остается постоянным в масс-СДМ идеального процесса Стирлинга, он должен включать в себя, как и в предыдущем расчета в дифференциации. Различают также здесь-похож на идеального процесса Стирлинга только с газом в качестве рабочего тела (формула (9.4)) - два компонента:

d_S3t в изохорной изменения состояния, изменения температуры, и

в изотермическом d_S3v изменения государственной. -Громкость меняется.

(11:20)

1) d_S3t изменение энтропии в ходе изохорной тепла (или-изъятия) :

а) по В.Г. _мин в соответствии с уравнением уравнение (11:18).:

(11:18)

. D_I с в соответствии с формулой (11:19), или, если энтропии пара и жидкости присутствуют:

(11:21)

S "= энтропия пара на Т3

S '= энтропии жидкости при Т3 г = плотности насыщенного пара при T3 T3 ТК к те

б) по В.Г. _макс соответствии с уравнением уравнения (11:18).:

(11:18)

. D_I с в соответствии с формулой (11:19), или, если энтропии пара и жидкости присутствуют:

(11:22)

2) d_S3v изменение энтропии в изотермическом изменении состояния

Начиная с уравнением (11:18).:

При этом, поскольку давление пара постоянна, выражение В.Г. * d_Ps и d_S3v исключены из уравнения. (11:18) упрощает.

а) В изотермического расширения для T3 = ТЕ. Так как H и R постоянны, D_I могут быть получены непосредственно путем дифференцирования уравнения. (11:17). D_I не нужно быть рассчитана по формуле. (11:19).

(11:23)

. D_S3v в соответствии с формулой (11:23) может быть немедленно интегрированы:

(11:24)

или если энтропия пара и жидкости, находящейся (S 'и S' постоянны):

(11.25)

. Интеграция уравнения (11.25) дает:

(11:26)

б) В изотермическом сжатии для T3 = Тс (Н и г являются постоянными) результаты в:

(11:27)

. Интегрируя уравнение (11:27) дает:

(11:28)

или если энтропия пара и жидкости, присутствующей:

(11:29)

. Интегрируя уравнение (11:29) дает:

(11:30)

С VG в пределах: V _мин ≤ В.Г. ≤ V _макс ;

насыщенных паров плотности г _TE и г _ТК и

теплота парообразования H _TE , H _TC , и

энтропий S 'и S' в соответствующих температур на ТС или TE.

Для строительства Т3 - S3 схемы такие же, как в главе 9 специально для T - S1 схемы.

-

11.2 T2-S2 схема процесса Стирлинга с рабочей жидкости "газа + насыщенный пар"

Для идеального процесса Стирлинга с рабочей жидкостью газа и насыщенного пара приводит в T2 - S2 схема, на которой энтропия S2 состоит из Entropieen как отдельные компоненты. Эта "кривая", в свою очередь, образует рамку вокруг T2-S2 диаграммы реального процесса. В дифференциальной форме, d_S2 определяется по формуле:

(11:31) d_S2 = d_S1 d_S3 + = + d_S1v d_S1t + + dS3v d_S3t

С Т2 в пределах: TC ≤ T2 ≤ TE.

Для реального процесса машине с кривошипно-шатунного механизма и регенератора VR> 0, П.В. могут быть диаграммы и TS диаграммы для процесса с композитного газа + насыщенного пара рабочей жидкости, а также для двух отдельных процессов, одна с газом, а другая с насыщенным паром, как Рабочая жидкость создать. Прилагаемые области диаграмм соответствуют друг другу. Это означает, что работа за вращения коленчатого вала интегрированной с T-S1-кривой для газа только добавляет к работе интеграции T3-S3-кривой для чистого насыщенным паром снизился до материальных ценностей и точности расчета равна работе, вытекающие из интеграция PV диаграмме смешанного газа-насыщенный пар приводит к эксплуатации.

В то время как схема П.В. имеет гладкую кривую, имеет соответствующий TS схему: "Т2-S2" Рис.8 возможности для смешанных газ-насыщенный пар обслуживания «пиков» и перекрытия в этих двух районах, где изменяется энтропия знак. Рис.9 .

Для составного рабочей жидкости, температура T2 среднее могут быть определены следующим образом в соответствии с моих знаний, только энтропия d_S2:

(11:32) с d_S2 = (d_S1 + d_S3)

d_Qnutz в соответствии с формулой. (7.2), уравнение. (7.15) или уравнение. (8.10) и d_Qdampf в соответствии с формулой. (11:16). d_S1 в соответствии с формулой. (9.1) и d_S3 в соответствии с формулой. (11:18)

В «пики» обусловлены нулевых пересечений в функциях "d_Qnutz d_Qdampf +" = "d_Qnzd" и "d_S2" также можно ожидать. Это очень впечатляет из диаграммы "d_Qnzd" и "d_S2" появились в зависимости от угла поворота коленчатого вала; см. рис.9 . В соответствии с выше уравнение. (11:32) т2 = 0/0 определено в пересечении нуля "d_Qnzd" и "d_S2" и так.

Отдаляются друг от друга Т2 в рис.8 , до нулевых пересечений, но основной, численные трудности. При определении температуры T2, это было проверено с помощью компьютерной программы с Ожидалось двойной точности!

T2 не так зависит от S2 определяется как среднее температуры "T" на диаграмме T-S1 или "Т3" в диаграмме T3-S3:

• • Т S1 для графа (только газ) является нормальная температура, "Т" в соответствии с идеального газа, определяемой уравнение. (6.1) и уравнение. (6.2), и

  • для диаграммы T3 S3 (только пар), температура "T3" определяется как температуры насыщенного пара, соответствующей средней парциальном давлении пара "Пс" EQ. (11:14).

Энтропии d_S1 или d_S3 рассчитывается-см. до этих температур выше ГЛ. (9.1) и уравнение. (11:18). Все значения для насыщенного пара в | была рассчитана исправлены и приведены мной в некоторых местах синтаксических Betr Фортран 77 компьютерная программа |. 4.Так S2 схема не является результатом неточных значений теплоты испарения, давления пара, температуры насыщения быть и другие - Поскольку эти формулы государство и предоставить наиболее точные значения, вероятно, перекрываются в Т2.

Выберите Назад кнопку вашего браузера, чтобы вернуться к предыдущим проходов