Расчет параметров цикла Стирлинга
В реальном цикле только часть теплоты процесса е-а передается к рабочему телу в процессе c-z. Обозначим параметры рабочего тела на выходе из генератора a и z (рис. 4). Очевидно, что
qea = qcz.
Рис. 7.4. Цикл Стирлинга
Степенью генерации hрег называют отношение восстановленного тепла к количеству восстановленного тепла в идеализированном процессе.
Если рабочее тело – идеальный газ с постоянной теплоемкостью, то
Для реализации идеального цикла Стирлинга с полной регенерацией необходим теплообменник – регенератор бесконечной площади. Поэтому в существующих двигателях Стирлинга степень регенерации не превышает 0,7…0,75. Удельное количество подведенной теплоты в цикле
Удельное количество отведенной теплоты в цикле
Термический КПД цикла
В идеальном цикле Стирлинга
Так как удельная работа цикла растет с увеличением степени нагрева газа в цикле и степени повышения давления газа при сжатии, то целесообразно принимать максимальную температуру и давление цикла предельно возможными при принятых конструкционных материалах. В начале XXI века допускалось Tz = 1000…1200oK.
Массовый расход рабочего тела G, определяющий размеры двигателя, определяют из уравнения баланса мощности.
где А = 1,1…1,3– коэффициент, учитывающий затраты электроэнергии на собственные нужды электростанции;
Nэл – электрическая мощность энергоустановки;
ηГ– КПД электрогенератора;
ηпр– КПД преобразователя электрического тока;
ηМ – механический КПД двигателя.
В табл. 1 приведены параметры энергоустановки солнечной электростанции
| космического | аппарата | на | базе двигателя | Стирлинга, спроектированной | фирмой | |||||
| «Аллисон» | (США) | в | 90-е | годы | XX | века. КПД установки достаточно | ||||
| большой, удельный вес энергоустановки чрезмерно | велик – 64 кг/кВт, | что выше | ||||||||
| аналогичного параметра энергоустановок на базе солнечных батарей. | ||||||||||
| Таблица 1. | Параметры энергоустановки космического аппарата на базе двигателя | |||||||||
| Стирлинга | ||||||||||
| Параметр | Значение | |||||||||
| Электрическая мощность | 4 кВт | |||||||||
| Рабочее тело | гелий | |||||||||
| Частота вращения ротора | 3000 об/мин | |||||||||
| Максимальная температура цикла | 675 оС | |||||||||
| Минимальная температура цикла | 66 оС | |||||||||
| Максимальное давление цикла | 100 бар | |||||||||
| КПД цикла | 0,375 | |||||||||
| КПД генератора | 0,8 | |||||||||
| КПД расширения и сжатия | ~0,6 | |||||||||
| Площадь поверхности радиаторов | 15 м2 |
| Масса концентратора | 80 кг |
| Масса преобразователя | 80 кг |
| Масса энергоустановки | 258 кг |
Контрольные вопросы
1. В чем состоит различие идеального цикла двигателя Стирлинга от цикла ДВС?
2. В чем состоит различие идеального и реального циклов двигателя Стирлинга?
3. В чем состоит конструктивное различие между a;b;g- типами двигателей Стирлинга?
4. Какие газы можно использовать в качестве рабочего тела в двигателях Стирлинга?
5. Из чего складывается удельная работа цикла в двигателях Стирлинга?
6. Как определить удельное количество подведенной и отведенной теплоты в цикле двигателя Стирлинга?
Библиографический список
1. . Основы современной энергетики : учебник для вузов : в 2 т. / под общей редакциейЕ.В. Аметистова. - 5-е изд., стер. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. Том 1. Современная теплоэнергетика / А.Д. Трухний и др. Том 2. Современная электроэнергетика / под ред. профессоров А.П. Бурмана и В.А. Строева.
2. Быстрицкий Г.Ф. Общая энергетика: учебное пособие. — Москва: КноРус, 2010. (Библ. ВлГУ)
3. Атомные электростанции: учебное пособие / Зорин В.М.- М.: Изд. дом МЭИ, 2012.
4. Промышленные теплоэнергетические установки и системы: учеб. пособие для вузов / Б.В. Сазанов, В.И. Ситас. - М.: Изд. дом МЭИ, 2014.
5. Атомная энергетика XXI века: учебное пособие / Смирнов Ю.Б., Габараев Б.А., Черепнин Ю.С. М.: Изд. дом МЭИ, 2013.
Интернет-ресурсы
1. http://stroy-technics.ru/article/termodinamicheskie-tsikly-dvigatelei-vnutrennego-sgoraniya
2. http://autohis.ru/stirling.php
3. http://stringer46.narod.ru/SteamPower.htm
| Оглавление | стр. | |
| 1. | Введение. | |
| 2. | Основные определения термодинамики. | |
| 3. | Термодинамические процессы. | |
| 4. | Тепловые электрические станции | |
| 5. | Атомные электрические станции | |
| 6. | Анализ паросилового цикла Ренкина |
7. Термодинамические процессы в двигателях внутреннего
| сгорания | ||
| 8. | Поршневые газовые машины. Двигатель Стирлинга | |
| 9. | Библиографический список | |
| Оглавление |