Регенерация теплоты есть одним из способов повышения термического КПД цикла. На рис. 6.10 продемонстрирована принципиальная схема ТВД с регенерацией теплоты. Главное отличие этого двигателя от ГТД, рассмотренных выше, пребывает в том, что в нём имеется теплообменник (ТО), в котором выходящие из турбины (Т) газы передают часть собственной теплоты
воздуху, поступающему в теплообменник из компрессора (К). Подогрев воздуха в теплообменнике сокращает количество теплоты, которое нужно подвести к нему в камере сгорания (КС) для обеспечения заданной температуры цикла
. Разумеется, регенерация теплоты вероятна лишь при условии, что температура газа за турбиной больше температуры воздуха за компрессором (
Совершенный цикл для того чтобы двигателя составляют следующие процессы
(рис. 6.11):
|
|
| Рис. 6.10. Схема ТВД с регенерацией тепла | Рис. 6.11. Цикл ТВД с регенерацией тепла |
1) процесс 1-2 — адиабатное сжатие во входном устройстве (ВХ) и компрессоре (К);
2) процесс 2-2
— изобарный подвод теплоты q
к воздуху в теплообменнике (ТО);
3) процесс 2
-3 -изобарный подвод теплоты q
в камере сгорания (КС);
4) процесс 3-4 -адиабатное расширение в турбине (Т) и сопле (С);
5) процесс 4-4
— изобарный отвод теплоты q
от тёплого газа в теплообменнике (ТО);
6) процесс 4
-1 — изобарный отвод теплоты q
в воздух.
В Т, s-координатах количество теплоты
, отдаваемой газом в теплообменнике, эквивалентно площади c4
4d, а такое же количество теплоты, приобретаемой в теплообменнике воздухом, — площади a2 2
b. Разумеется, что эти площади равны.
Большая температура, до которой возможно нагрет воздушное пространство в теплообменнике, равна температуре газа за турбиной (
). В этом предельном случае в регенерации участвует предельное число теплоты
.
Степенью регенерации
именуется отношение настоящего количества теплоты, участвующей в регенерации, к максимально вероятному:
В настоящих ГТД с регенерацией теплоты
Термический КПД разглядываемого цикла определяется по известному выражению
.
Использование регенерации, как видно из рис. 6.11, сокращает теплоты
и
на одно да и то же значение
. Но так как q
q
, то это уменьшение ведет к понижению отношения
/q
, т.е. к повышению
. Так, при равных параметрах цикла двигатель, в котором реализован цикл Брайтона с регенерацией теплоты, имеет более высокое значение термического КПД и, следовательно, лучшую экономичность, чем двигатель без регенерации.
Лекция 4 Двигатель как тепловая машина. Часть 1 Цикл Брайтона
