ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Расчет рабочего процесса двигателя с учетом действительного закона движения поршней из "Двигатели Стирлинга " Основными показателями работы двигателя являются эффективный к, п. д. двигателя Т1е, эффективная мощность Ме, среднее эффективное давление Ре. [c.22] Р1ндикаторные показатели могут быть определены опытным путем по экспериментальной индикаторной диаграмме или аналитическим путем по расчетной индикаторной диаграмме. [c.23] Расчетная схема рабочего процесса двигателя Стирлинга показана на рис. 14. [c.23] Изменение давления в рабочей полости двигателя зависит от 1) закона движения поршней и сдвига их по фазе, что определяет закон изменения объемов горячей и холодной полостей в цилиндре двигателя 2) теплопередачи в нагревателе, охладителе и регенераторе 3) теплообмена между рабочим телом и поверхностью цилиндра, а также между поверхностью цилиндра и окружающей средой 4) перетекания рабочего тела из одной полости в другую в течение рабочего цикла (под действием перемещения вытеснительного поршня) 5) качества процесса сгорания в камере сгорания (от ее к. п. д.). [c.23] отводимое на эти процессы, мало, так как частота вращения коленчатого вала двигателя Стирлинга достигает 3000 об/мин и более. Поэтому все указанные процессы являются необратимыми. Уточненный расчет рабочего процесса двигателя должен, таким образом, включать расчет процессов в отдельных устройствах и учитывать перетекание рабочего тела из одной полости в другую. Методика такого расчета разработана Т. Фин-кельштейном [38]. Главные ее положения даны в разделе Основы уточненного расчета рабочего процесса двигателя . [c.23] Однако надежные методы расчета нестационарного теплообмена между рабочим телом и поверхностями в нагревателе, охладителе, цилиндре и регенераторе пока отсутствуют. Поэтому широко применяются упрощенные методы расчета [20, 39, 54, 55]. [c.24] При упрощенных методах расчета температуру рабочего тела в нагревателе и охладителе принимают равной температуре соответственно горячего и холодного источников, а изменение температуры рабочего тела по длине регенератора — по линейному закону. [c.24] Существующие упрощенные методы различаются главным образом тем, какой процесс (адиабатный или изотермический) изменения состояния рабочего тела принимается в холодной и горячей полостях цилиндра двигателя. Действительный процесс, происходящий в этих полостях, отличается и от изотермического, и от адиабатного. Поскольку более простая методика расчета получается при изотермических процессах изменения состояния рабочего тела в полостях цилиндра, то ниже приводится ее изложение. Результаты расчета при этом незначительно отличаются от результатов расчета при адиабатном изменении состояния рабочего тела в тех же полостях двигателя. [c.24] Расчет проводится при следующих допущениях 1) температура рабочего тела в нагревателе и горячей полости цилиндра равна температуре нагревателя 2) температура рабочего тела в охладителе и в холодной полости цилиндра равна температуре охладителя 3) к. п. д. регенератора равен 100 % это означает, что температура рабочего тела, выходящего из регенератора в нагреватель, равна температуре нагревателя, а температура рабочего тела, входящего в охладитель, равна температуре охладителя 4) температура рабочего тела по длине регенератора изменяется по линейному закону 5) гидравлическое сопротивление регенератора и теплообменников (нагревателя и охладителя) отсутствует, т. е. давление рабочего тела во всех полостях двигателя в любой момент времени цикла принято одинаковым 6) рабочее тело в двигателе подчиняется уравнению состояния идеального газа. [c.24] Для определения давления и температуры в рабочей полости двигателя используем уравнения (11) и состояния рУ=ОЯТ. [c.24] В соответствии с допущениями 1 и 2 температура рабочего тела равна Т2 в объемах Кх и Уо и Г1 в объемах Ут и Ун-В объеме Ур температура рабочего тела равна Тр и определяется по уравнению (18). [c.24] После определения давления в рабочей полости двигателя в функции угла поворота коленчатого вала (от которого зависят объемы Ух и Уг) по уравнению состояния можно определить среднюю температуру рабочего тела в двигателе. [c.25] Для расчета давления и температуры рабочего тела в функции угла поворота коленчатого вала необходимо знать законы движения поршней или изменения объемов горячей и холодной полостей (см. раздел Кинематика и динамика двигателя ). Во многих случаях при анализе рабочего процесса принимают, что изменение объемов холодной и горячей полостей происходит по гармоническому (синусоидальному) закону. [c.25] Следовательно, при принятых допущениях площади индикаторных диаграмм горячей и холодной полостей соответствуют количествам подведенной Qг и отведенной Qx теплоты. [c.26] В то же время работа двигателя за цикл равна разности работ в процессах расширения и сжатия. Изменение общего объема рабочей полости двигателя связано только с перемещением рабочего поршня. Для схемы двигателя с рабочим и вытеснительным поршнями при принятом выше допущении о равенстве давлений во всех полостях в любой момент цикла работу вытеснительного поршня (если пренебречь площадью поперечного сечения штока) можно не учитывать. [c.26] В заключение отметим следующее. Упрощенные расчеты цикла двигателя Стирлинга с двумя поршнями в одном цилиндре показали, что при сохранении неизменным угла сдвига по фазе между моментами, соответствующими максимальным объемам холодной и горячей полостей, работа и к. п. д. цикла зависят от законов перемещения поршней незначительно [18]. [c.27] Сравнение экспериментальных диаграмм с расчетными для холодильной машины Стирлинга, полученными по описанной выше методике, приведено на рис. 15 [14]. Давление измерялось только в расширительной полости. Для построения диаграмм давления в компрессорной полости и общей диаграммы цикла было принято, что гидравлические потери отсутствуют и изменение объема рабочего пространства подчиняется синусоидальному закону. Расчетные диаграммы цикла несколько отличаются от экспериментальных. [c.27] Сравнение расчетных диаграмм цикла двигателя Стирлинга с У ==197 см при изменении объема рабочего пространства по синусоидальному закону и изотермическом или адиабатном законе изменения температуры рабочего тела в горячей и холодной полостях двигателя изображено на рис. 16 [55]. Совпадение диаграмм удовлетворительное. [c.27] Дальнейшее уточнение методики расчета рабочего процесса в двигателе Стирлинга связано с уточнением методики расчета регенератора и других теплообменников. [c.28] Для повышения точности расчета индикаторных показателей необходимо накапливать статистические данные по отдельным составляющим относительного к. п. д. и рассчитывать рабочий процесс с учетом теплообмена, и перетекания рабочего тела. [c.28] Вернуться к основной статье