Цикл Шмидта

Обобщенный анализ, разработанный Финкельштейном, почти сто лет спустя после работ Шмидта (в 60-е гг.) позволяет проводить теоретические исследования двигателей Стирлинга с другими, отличными от изотермических, процессами сжатия и расширения. Вследствие этого классический изотермический цикл Шмидта, так же как и адиабатный цикл Финкельштейна с адиабатными процессами сжатия и расширения, рассматривается в обобщенном анализе работы двигателей как частный случай. Кроме того, по теории Финкельштейна можно проводить анализ и с промежуточными процессами цикла, ограниченными изотермами и адиабатами, которые также отмечаются в двигателе. [c.37]

Всестороннее рассмотрение обобщенного анализа и узлового метода математического моделирования Финкельштейна не является целью данной главы. Поэтому в этой главе будут рассмотрены лишь следующие вопросы а) уравнения, используемые при анализе идеального цикла Стирлинга б) основные положения и допущения изотермического цикла Шмидта в) описание адиабатного цикла Финкельштейна г) сравнения и краткие выводы о различных методах теоретического анализа двигателей Стирлинга е ссылками на литературные источники. [c.37]

В теории Финкельштейна один из предельных случаев — изотермический — полностью соответствует циклу Шмидта для других случаев, промежуточных и другого предельного адиабатного, Финкельштейном были выведены соответствующие уравнения. Теория легко поддается численному анализу с помощью стандартных методов расчета она существенно упрощается с введением предположения об адиабатных процессах сжатия и расширения. [c.46]

Кроме того, в большинстве случаев в программу узлового анализа (в начале или в конце ее) вводятся результаты расчета изотермического цикла Шмидта. [c.51]

На первоначальных стадиях данного с>тапа работы достаточно провести расчеты по циклу Шмидта, используя приведенные выше уравнения. Для получения аналогии с действительными характеристиками реального двигателя следует расчетные значения КПД и полезной мош,ности уменьшить в 2 или 3 раза по усмотрению исследователя. [c.57]

Основные расчетные уравнения цикла Шмидта [c.72]

Оптимизация конструктивных параметров. Из приведенных выше уравнений для цикла Шмидта очевидно, что полезная мош ность за цикл и тепловые нагрузки на теплообменники, определяемые в зависимости от обш его вытесняемого объема Ут, есть линейные функции частоты вращения вала двигателя п, давления рабочего тела Ртах и габаритных размеров двигателя. Влияние же четырех основных параметров т, а и X на характеристики двигателя менее очевидно. Следует отметить, что существует неопределенность при выборе комбинаций рассматриваемых четырех параметров для получения оптимальных характеристик двигателя. Это является очень важным обстоятельством, так как указанные параметры должны определяться на стадии конструкторской проработки и, за исключением параметра т, изменить их можно только путем изменения самой конструкции двигателя. [c.74]

Рассчитанные данные, полученные для цикла Шмидта, весьма оптимистичны. Как показывает опыт, мощность и эффективность реального двигателя составляет не более 30—60 % значений, предсказываемых по теории Шмидта. [c.80]

И в цикле Стирлинга, и в цикле Шмидта мгновенные значения давления в насадке одни и те же, так как идеальный регенератор не имеет гидравлического сопротивления. Кроме того, для цикла Стирлинга свободный объем считается равным нулю, а для цикла Шмидта — независимо выбранным параметром, составляющим часть общего свободного объема системы. [c.107]

Характер температурного поля в насадке регенератора для обоих циклов не имеет существенного значения и обычно описывается линейной функцией по длине насадки. Для цикла Шмидта это об- [c.107]

Для смешанного рабочего тела точных зависимостей для передачи теплоты не выводилось, и изменения энтальпии и энтропии выражались в функции основных конструктивных параметров. Для простого цикла Шмидта с идеальным газом и изотермическими процессами сжатия и расширения справедливо уравнение dQ = [c.141]

Условные обозначения в указанных выше уравнениях точно такие же, как и для цикла Шмидта в данной главе рассматриваются лишь небольшие дополнения и уточнения [c.142]

Рис. 6,7. Рабочие р, У-диаграммы циклов Шмидта со смешанным рабочим телом для стандартной компоновки двигателя в зависимости от коэффициента соотношения масс Р= Давление дано в относительных единицах [364]

Влияние состава смешанного рабочего тела на рабочие диаграммы двигателя. Для указанных выше конструктивных параметров стандартной компоновки были рассчитаны рабочие диаграммы трех циклов Шмидта при р, равном 0 1 2 (рис. 6.7), где для каждого цикла показано синхронное изменение давления и объемов в соответствующих полостях расширения, сжатия, а также и в общей рабочей полости. Площади рабочих диаграмм полостей сжатия и расширения эквивалентны работам сжатия и расширения, а площадь рабочей диаграммы общей рабочей полости — индикаторной работе двигателя, равной эквивалентной разности площадей рабочих диаграмм полостей расширения и сжатия. [c.144]

Рис. 6.8, Зависимость показателя увеличения работы цикла Шмидта от коэффициента соотношения масс Р для смешанного рабочего тела 364]

Рис. 6.12. Рабочие p, F-диаграммы двигателей с оптимальными комбинациями конструктивных параметров с газовым ( = 0) и смешанным (Р = 2) рабочими телами в цикле Шмидта при т = 0,3 = 1 (давление и объемы даны в условных единицах)

Рис. 6.16. Рабочие р, У-диаграммы циклов Шмидта с частично химически реагирующим рабочим телом для стандартных условий (т — 0,3 %— 1 а = 0,54 я к—0,14) в зависимости от коэффициента соотношения масс Р = т Ша. Давление дано в относительных единицах [367]

Рис. 6.17. Зависимость показателя изменения работы цикла Шмидта от коэффициента соотношения масс Р для частично химически реагирующего рабочего тела [367]

Цикл Шмидта — идеализированный термодинамический цикл двигателей Стирлинга с изотермическими процессами сжатия и расширения]]и синусоидальным законом изменения объемов. [c.382]

В анализе Шмидта учитывается влияние непрерывного (а не дискретного) движения поршня. Все остальные предположения, использованные при анализе идеального цикла Стирлинга, сохраняются. Система двигателя делится на три основные части полость сжатия, полость расширения и мертвый объем. Последний при желании можно подразделить на отдельный объем, занимаемый теплообменниками, и вредное пространство в цилиндрах переменного объема. Для простоты мы не будем проводить такого деления. Поскольку в идеальной замкнутой системе масса рабочего тела постоянна, можно вывести основные уравнения, принимая этот факт за отправную точку анализа [c.293]

В большинстве указанных работ при анализе газодинамических систем не рассматривается движение поршня, но в монографиях [41, 45] помимо других факторов учитывается дви-л<ение поршня, так что на эти работы следует обратить особое внимание. При использовании столь строгого математического подхода еще требуется найти корреляционные соотношения для теплообмена и аэродинамического сопротивления, получить аналитические выражения для различных граничных условий, описать математически реальное движение поршня и т. д. К полученным решениям нужно относиться таким же образом и с той же осторожностью, как и к решениям, найденным методами раздельного анализа. Однако можно полностью рассчитать значения давления и температуры во всех точках в течение всего рабочего цикла, что позволяет более глубоко постичь механизмы, участвующие в рабочем процессе. Деление системы на множество небольших газовых молей можно считать предельным случаем аналогичного деления, применяемого в методике Шмидта [45]. Метод узлов с достаточным основанием можно считать обобщением этой методики. [c.342]

Анализ машин, работающих по циклу Стирлинга, методом Шмидта [c.417]

Анализ машин, работающих по циклу Стирлинга, методом Шмидта 421 А. 1.5. Перенос энергии [c.421]

Поскольку в методе Шмидта применяются КПД цикла Карно (или Стирлинга) и соответствующие характеристики, то параметры W и W связаны простым соотношением [c.422]

В такой модели предполагается, что в теплообменниках, нагревателе и холодильнике существует бесконечно большой тепловой поток и обеспечиваются изотермические условия. Поэтому рабочее тело в теплообменниках имеет всегда или максимальную температуру Те, или минимальную Тс- Температура рабочего тела в цилиндрах, изменяющаяся в течение цикла, находится в пределах температур и Тс. Все остальные перечисленные выше важнейшие предположения, относящиеся к циклу Шмидта, справедливы для обобщенной теории Финкельштейна, поэтому этот анализ также является идезлизированным. [c.46]

В своей работе Финкельштейн привел только некоторые результаты, которые относились к тепловому насосу с соотношением температур т = Тс/Те = 2. Следует отметить, что эффективность теплового насоса снижалась от 1 при изотермических процессах до 0,543 при адиабатных. Аналогичный результат был получен и Стоддартом в 1960 г., установившим, что термический КПД двигателя Стирлинга с изотермическими процессами сжатия и расширения в циклах Шмидта и Карно уменьшался с 50 до 34 % для адиабатного цикла. [c.46]

Впервые для цикла Шмидта при указанных выше условиях Фейером были рассчитаны эффективная мощность и КПД двигателя Стирлинга в зависимости от фазового угла (рис. 2.2 и 2.3). Несмотря на то, что приведенные зависимости относятся к случаю, когда Кд = О, в статье Фейера приведены также результаты девяти других вар11антов расчета с различными значениями мертвых объемов. На указанных графиках для сравнения показаны расчетные кривые и для адиабатного цикла, откорректированные впоследствии Фейером с учетом адиабатных потерь, которые определяются следующим образом. [c.49]

Автор и Агби провели предварительное изучение смешанных рабочих тел путем сравнения их в ряде идеализированных термодинамических циклов Шмидта. Для сравнения была выбрана воздушно-водяная смесь, характеризующаяся некоторым коэффициентом массового соотношения компонентов (воды и воздуха) р = = т Ша. [c.138]

Влияние коэффициента соотношения масс компонентов 5 на работу цикла. Результаты последующего влияния коэффициента соотношения масс компонентов на показатель увеличения работ цикла Шмидта приведены на рис. 6.8, где дана зависимость = f (Р) для различных значений т от т = 0,1 Те = 3000 К, Тс = = 300 К) до т 0,5 Те = 600 К, Тс = 300 К). Интересно отметить, что при очень высоких температурах (т —0,1) наличие фазо-изменяющегося компонента при Р > 2 отрицательно влияет на работу цикла, и, как видно из графика, в этом случае < 1. Для каждого из остальных вариантов повышение доли фазоизменяю-щегося компонента в рабочем теле приводит к увеличению отношения работ что особенно заметно при низких температурах. Исходя из приведенных зависимостей, повышение удельной мощности более чем в 3 раза отмечается при т = 0,5 Те = 600 К, Тс = 300 К). Это особенно может быть полезным для будущих разработок энергосистем с низкотемпературными циклами, утилизирующими теплоту отработавших газов двигателей или использующих солнечную энергию с применением плоских концентраторов. [c.145]

Рис. 6.9. Влияние конструктивных параметров т, X, и а на параметр мощности двигателя Р РтххУт) в цикле Шмидта при различных значениях коэффициента соотношения масс р для газового и смешанного рабочих тел 1364] а — зависимости параметра мощности Рт) фазового угла а б — зависимости параметра мощности Р Ртах т) отношения вытесняемых объемов к в — зависимости параметра мощности Р/ рхаатУ т) отношения температур Х г — зависимости параметра мощности Р 1 Рхт1й-хУт) оч" отношения мертвого объема X

Рис. 6.10. Циклические изменения относительного количества газового и смешанного рабочих тел в полостях сжатия гпс1пг ) и расширения (Ше/т ) от угла поворота коленчатого вала ф в цикле Шмидта [364] а полость сжатия б — полость расширения

Рис. 6.15. Влияние конструктивных параметров (т, х. <х) на параметр мощности двигателя Р1 рт хУт) в цикле Шмидта при различных значениях коэффициента соотношения масс Р = гпг1та для газового и частично химически реагирующего

Замена прерывистого закона перемещения поршней синусоидальным, что характерно для изотермического цикла Шмидта, вызывает перераспределение массы рабочего тела межд5 полостями сжатия, расширения и мертвым объемом, а также приводит к уменьшению амплитуды давления и снижению мощности двигателя (линия С—С, рис. 7.1, а). Как и в предыдущем случае, КПД не изменяется. [c.162]

Хинце [197], рассматривая проблемы переноса в турбулентных потоках, ввел понятие жидкого моля, под которым понимает достаточно протяженную часть жидкого континуума, состоящую из когерентного конгло (ерата жидких частиц . Размер жидкого моля сравним с интефальным масштабом турбулентного движения, причем обмен его с окружающей средой будет определяться влиянием мелкомасштабных турбулентных движений. В процессе перемещения в радиальном направлении, совпадающем с направлением фадиента давления и при противоположном движении, турбулентные моли совершают микрохолодильные циклы. В рамках формализма Прандтля предполагается, что каждый жидкий или, как его еще называют, турбулентный моль в процессе турбулентного движения представляет собой некоторую индивидуальность, сохраняющую свою субстанцию в течение некоторого характеристического промежутка времени. Необходимо помнить, что имеющие место пульсации давления при перемещении моля на длине пути смешения / будут сопровождаться переносом импульса. Тогда, если импульс не сохраняется, нарушается требование, предъявляемое Прандтлем к транспортабельной субстанции,— турбулентному молю. Тем не менее понятие турбулентного моля удобно использовать при анализе задач переноса. Ссылаясь на работу Шмидта [256], Хинце отмечает, что расслоение будет устойчивым, если распределение температуры отличается от адиабатного [c.164]

К образованию точечных дефектов в поликристаллическом никеле в процессе одного цикла деформации / Франке Р., Клейнерт В., Шмидт В.— В кн. Механическая усталость металлов Материалы VI Междунар. коллоквиума. Киев Наук, думка, 1983, с. 170—175. [c.427]

Давление цикла являетея общим и одинаковым для всех полостей параметром. Цель анализа Шмидта заключается в том, чтобы получить уравнения, выражающие перенос энергии в системе. Для удобства анализа находятся соотношения между некоторыми параметрами, которые стали определяющими параметрами системы, и в ходе изложения мы уже встречались с некоторыми из них. Выражения для переменных объемов Уе(Ф) и Ус(ф), как показано в предыдущем разделе, могут иметь различную функциональную форму в зависимости от применяемого приводного механизма. Однако во всех случаях, исключая ромбический механизм и механизм Росса, можно получить достаточно точные приближения для этих выражений, используя предположение о простом гармоническом движении поршня. Это позволяет определить переменные объемы, зная величину вытесняемого объема и угол поворота кривошипа [c.293]

В оригинальном анализе Шмидта [15] применялись изотермическая модель и соответствующие термодинамические характеристики идеального цикла Стирлинга. Предполагалось, что происходит идеальное течение рабочего тела, т. е. без падения давления, и что процесс регенерирования также протекает идеально. Система двигателя была разделена на три части и для каждой из них применялось свое уравнение состояния, которым был и пока остается закон для идеального газа, хотя, как показано Органом [16], можно использовать и другие соотношения. Поскольку в замкнутой системе масса рабочего тела постоянна при любом положении поршня, можно вывести универсальное соотношение, связывающее все три полости. К этим полостям относятся [c.315]

Метод Шмидта можно обобщить, если применить адиабатную модель процесса на основе анализа псевдоцикла. При использовании этой модели рабочий объем делится не на три, а на пять частей. Считается, что процессы, происходящие в рабочих полостях переменного объема, являются адиабатными, а в теплообменниках — по-прежнему изотермическими, хотя предполагается, что стенки регенератора являются теплоизолированными, чтобы обеспечить идеальную регенерацию. Все предположения, использованные при анализе изотермических процессов, сохраняются, за исключением, разумеется, исходной модели процесса расширения и сжатия. Этот анализ известен под названием полуадиабатный, и он имеет такое же отношение к псевдоциклу, как изотермический метод Шмидта к идеальному циклу Стирлинга. [c.319]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...