Смешанные рабочие тела

Ранее были изучены возможности применения в двигателях Стирлинга диссоциирующих и смешанных рабочих тел, способных периодически изменять в течение цикла фазовое состояние, т. е. переходить от жидкости к газу и наоборот. [c.125]

Смешанные рабочие тела [c.138]

Основным преимуществом смешанного рабочего тела является возможность получения высокой удельной мощности при существующих уровнях среднего давления рабочего тела. Другое преимущество смешанного рабочего тела обусловлено наличием процессов испарения и конденсации, которое связано с улучшением условий теплообмена и появляющейся возможностью разрешения проблемы уплотнений для узлов с возвратно-поступательным движением. [c.138]

Исследования показали, что для одних и тех же условий в цикле — максимальной и минимальной температуры, объема и максимального давления (определяющие соответственно стоимость, размеры и массу двигателя) — площадь рабочей диаграммы цикла со смешанным рабочим телом значительно больше, чем с обычным газовым рабочим телом. Другими словами, для одного и того же двигателя применение смешанного рабочего тела приводит к увеличению полезной работы. [c.138]

Изотермический анализ цикла со смешанным рабочим телом. Теория Шмидта, рассмотренная в гл. 2, с небольшими изменениями применима и для двухкомпонентного двухфазного рабочего тела. [c.139]

Предполагается, что смешанное рабочее тело состоит из двух компонентов, один из которых — идеальный газ, а другим может быть жидкость (в полости сжатия при низкой температуре) или пар (в полости расширения при высокой температуре, где он считается идеальным газом). Коэффициент соотношения масс р = = Шу/Ша принимается неизменным, как для всей системы, так и при фазовом переходе одного из компонентов из жидкого состояния в парообразное. [c.139]

По теории Шмидта, изменение температуры рабочего тела в регенераторе линейно. Для смешанного рабочего тела предполагается, что мертвый объем регенератора разделен на два разных объема с заданными температурами и Тс- Общая масса смешанного рабочего тела в регенераторе поделена в них поровну. На границе раздела объемов происходит скачок температуры, сопровождающийся фазовым изменением одного из компонентов, а смещение самой границы раздела происходит с сохранением равенства масс рабочего тела в объемах при каждом режиме перехода. Физического объяснения сделанным допущениям нет. Это принято лишь для удобства расчетов, и возможно, что такая модель в будущем вызовет необходимость дальнейшего своего усовершенствования. [c.139]

Краткий анализ цикла. Анализ цикла со смешанным рабочим телом сходен с анализом цикла для газообразного рабочего тела, изложенного в гл. 2. Цикл можно описать следующими уравнениями [c.140]

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]

I — отношение работы двигателя за цикл со смешанным рабочим телом к работе за цикл с газовым рабочим телом [c.143]

В случае смешанного рабочего тела кроме независимых конструктивных параметров двигателя учитывается коэффициент соот- [c.143]

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]

Для более рационального сравнения рабочих диаграмм целесообразно выразить давление и объемы в долях от их максимальных значений, что позволяет в первом приближении сравнивать аналогичные двигатели по размерам и массам. Площадь рабочей диаграммы общей рабочей полости рассматривается как основной критерий чем больше площадь, тем выше показатели двигателя. Из рис. 6.7 ясно, что циклы со смешанным рабочим телом при Р = 1 и Р = 2 имеют большие площади рабочих диаграмм по сравнению с диаграммой цикла с газообразным рабочим телом при р = 0. Для рассматриваемых случаев отношения работ (т. е. отношение соответствующих площадей рабочих диаграмм циклов при р — 1 и р = 2 к пло- [c.144]

Влияние изменения отношения температур т на параметр мощности показано на рис. 6.9, в. Уменьшение т соответствует увеличению температуры полости расширения Те при постоянной температуре полости сжатия Тс- При использовании газового рабочего тела мощность двигателя однозначно растет с повышением температуры Те- Иное положение наблюдается в случае смешанного рабочего тела. С уменьшением т для р = 1 параметр мощности увеличивается и имеет максимальное значение для р = 2 параметр мощности сначала незначительно повышается до своего максимального значения при т = 0,2, а затем при повышении температуры в полости расширения до т = 0,1 уменьшается. Такая неоднозначная зависимость мощности от температуры Те рассматривается как важная и несколько необычная характеристика двигателя, которую можно использовать в некоторых случаях для систем регулирования и управления. [c.145]

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

Зависимость изменения относительного мертвого объема X от параметра мощности приведена на рис. 6.9, г. Известно, что для двигателей с газовым рабочим телом мертвый объем считается важным конструктивным параметром, и для получения максимальной мощности он должен быть уменьшен до минимального значения. Поэтому в случае смешанного рабочего тела представляет значительный интерес меньшая чувствительность мощности двигателя к изменениям мертвого объема. Действительно (рис. 6.9, г), мощность двигателя возрастает с увеличением относительного мертвого объема до X = 1, затем мощность двигателя постепенно падает. Такая взаимозависимость мощности и мертвого объема имеет важное значение и позволяет использовать в теплообменниках конструкции более прочных элементов с большой внутренней поверхностью. [c.146]

Распределение массы и массовые скорости потоков. Представляет интерес и распределение массы смешанного рабочего тела в двигателе Стирлинга. Полученные зависимости для массы, выраженной в безразмерном виде для стандартной компоновки двигателя с газовым (Р — 0) и смешанным (р = 2) рабочими телами для полостей сжатия и расширения (без учета массы в мертвом объеме), приведены на рис. 6.10. [c.146]

Анализируя графики, можно отметить большую концентрацию массы смешанного рабочего тела в полости сжатия и соответствую-ш.ее ее уменьшение в полости расширения по сравнению с газообразным рабочим телом. Такое распределение масс со смешанным рабочим телом в полости сжатия предположительно объясняется тем, что парообразный компонент при низкой температуре должен иметь нулевой объем и давление для того, чтобы давление газового компонента в полости сжатия превышало давление в полости расширения. Это явление сопровождается дополнительным повышением плотности рабочего тела, изменяющейся с температурой. Повышение концентрации массы в полости сжатия, по-видимому, обусловливает и уменьшение оптимального отношения вытесняемых объемов к с увеличением коэффициента соотношения масс р (рис. 6.9, б). [c.147]

Циклические изменения массовых скоростей газового и смешанного рабочих тел в полостях сжатия и расширения показаны на рис. 6.П. В обоих случаях (Р = О и р = 2) кривая С — С представляет собой массовую скорость потока из полости расширения, а кривая С—К—Е — Ь полость расширения аналогично кривая Я—В — массовую скорость в полость сжатия, а кривая В—У—О —- из полости сжатия кривая О—Ь—N — массовая скорость потока в полость сжатия. [c.147]

Сравнение двух рабочих тел (рис. 6.П, а и б) показывает, что у смешанного рабочего тела массовые скорости потока в полости сжатия значительно выше, а в полости расширения существенно [c.147]

По результатам исследований [364] были составлены обобщенные графики для оптимальных компоновок двигателей со смешанным рабочим телом (с различными значениями р), аналогичные графикам, рассмотренным в гл. 3 для газообразного рабочего тела. [c.149]

Теория, основанная на некоторых предположениях, подразумевает изотермичность процессов сжатия и расширения, однородность смеси, обеспечивающей постоянство коэффициента соотношения масс , и малые гидравлические потери. Как отмечалось ранее, основным критерием для выбора газовых рабочих тел является отношение P/Q. Для смешанных рабочих тел также, по-видимому, существует аналогичная зависимость, но для их оценки и строгого анализа отсутствуют необходимые данные. [c.150]

Возможность применения смешанных рабочих тел в холодильных машинах. Все кратко изложенные выше вопросы относились к тепловым двигателям и к системам превращения теплоты в работу, т. е. к таким преобразователям, полости расширения которых нагревались,. а полости сжатия охлаждались. [c.150]

Потенциальные возможности смешанных рабочих тел. Проведенные исследования показали, что удельные характеристики двигателей и холодильных машин Стирлинга могут быть значительно улучшены с применением смешанных рабочих тел. Степень их улучшения (почти в 2 раза) достаточна для продолжения следующего этапа исследований. [c.150]

Повышение срока службы, улучшение условий трения и снижение износа является важным вопросом для поршневых уплотнений двигателей двойного действия, работающий в условиях трения без смазочного материала при значительном перепаде давления. Такие уплотнения всегда устанавливают в нижней холодной (при температуре окружающей среды) части поршня, смежной с полостью сжатия, где в случае применения смешанного рабочего тела фазо-изменяющийся компонент будет находиться в жидком состоянии. [c.151]

Интересна комбинация из двух машин Стирлинга — теплового двигателя и холодильной газовой машины. Оба модуля, использующие одно и то же смешанное рабочее тело (фреон и водород), представляют собой единую систему, источником которой может быть солнечная энергия, отработавшие газы двигателей, природный газ и ископаемые топлива, а также различного вида городские отходы и биогаз. [c.152]

Рис. 6.14. Экспериментальные установки для исследования смешанных рабочих тел

Рабочее тело поршневого двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты обладает свойствами воздуха. Известны начальные параметры pi = = 0,1 МПа, = 30° С и следующие характеристики цикла е = 7, Я = 2,0 и р = 1,2. [c.153]

Введение. Предварительное исследование смешанных рабочих тел для двигателей Стирлинга было проведено Уокером и Агби [3631. Они рассматривали смешанное рабочее тело, состоящее из двух компонентов — газового носителя и компонента с изменяющимся фазовым состоянием. Изменение фазового состояния второго компонента от жидкого до парообразного происходит в период перемещения рабочего тела из холодной полости через регенератор в горячую. [c.138]

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]

Коэффициент соотношения компонентов в смешанном рабочем теле, р = пц,1гпа постоянный, а все компоненты в полостях двигателя распределены равномерно. [c.140]

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

Оптимизация конструктивных параметров. Как показали Уокер и Агби, оптимальная комбинация и а при заданных т и X зависит от р [363]. Для смешанного рабочего тела оптимальные значения к существенно ниже, чем для газообразного, что обусловлено различием в распределении масс в рабочих полостях двигателя [364]. [c.148]

Композиции смешанных рабочих тел. Рассматриваемая теория считается настолько высокоидеализированной, что единственной характеристикой различных композиций рабочих тел, пригодных для исследований, являются молекулярные массы газообразных ( а) и жидких (М ) рабочих тел, входящих в данную композицию. Для исследований был предусмотрен ряд композиций с различными значениями отношений молекулярных масс N = Легкие [c.149]

Возможность использования смешанных рабочих тел в холодильных машинах исследовалась Уокером и Агби [363 и 364]. Исследования показали, что и в этом случае применение смешанного рабочего тела также приводит к повышению степени сжатия, возрастанию диапазона изменения давления и в конечном результате к росту холодопроизводительности машины без увеличения ее массы, размеров и стоимости по сравнению с газообразным рабочим телом. Степень эффективности смешанного рабочего тела значительно возрастает при относительно высоких температурных уровнях охлаждения и резко снижается при криогенных температурах не отличаясь от обычного газового цикла. Кроме того, в исследованиях циклов с криогенными температурами необходимо обращаться к предполагаемому рабочему телу со свойствами фазо-изменяющегося комцонента, которыми не обладает ни одно из известных реальных рабочих тел. [c.150]

В двигателях с кривошипно-шатунным и ромбическим приводами, а также с приводом от косой шайбы газовые уплотнения для истока вытеснителя, проходящего через рабочий поршень, другие. В двигателях фирмы Филипс используются диафрагменные уплотнения или- уплотнения из материала Рулон . Такие уплотнения устанавливают обычно в нижней части цилиндра, имеющей температуру окружающей среды, где фазоизменяющийся компонент смешанного рабочего тела собирается в виде жидкости. Вопрос о ее месте нахождения конструктивно решается просто — жидкость занимает небольшую кольцевую полость над обычным газовым уплотнением (рис. 6.13). При замене газового уплотнения жидкостным, требования к уплотнениям значительно снижаются. [c.151]

При рассмотрении возможностей использования смешанного рабочего тела для улучшения характеристик машин Стирлинга его преимущества для тепловых дгигателей в наибольшей степени проявляются при пониженных температурах в полости расширения (выше температуры окружающей среды), а для холодильных машин — при более высоких температурах (ниже температуры окружающей среды). [c.151]

Экспериментальные работы со смешанными рабочими телами. Сообщений о результатах проведенных экспериментальных работ со смешанными рабочими телами немного. Так, У. Бил в своих исследованиях (для улучшения работы уплотнения рабочей полости) впрыскивал в цилиндр небольшого демонстрационного свободнопоршневого двигателя незначительное количество воды (рис. 6.11). В результате было установлено, что возросщего давления было достаточно до того критического момента увеличения мощности, когда вытеснитель сплющивался после нескольких циклов работы. [c.152]

В обоих рассмотренных случаях экспериментальные установки выполнены по схеме одноцилиндровых двигателей Стирлинга вытеснительного типа, в которых рабочий поршень закреплен неподвижно. Такая конструкция обеспечивает постоянный рабочий объем системы. Перемещение рабочего тела из одной полости в другую осуществляется с помощью вытеснителя. Это вызывает циклическое изменение давления рабочего тела, совпадающее по фазе с движением вытеснителя или, иными словами, с изменением объема рабочего тела в полости расширения. Постоянство общего объема значительно упрощает анализ системы с двигателем Стирлинга. Цель создания экспериментальных установок состояла в том, чтобы проверить метод прогнозирования изменения диапазона давления при постоянном общем объеме системы, т. е. подтвердить теорию экспериментальными данными для различных смешанных рабочих тел. Предполагалось также, что упрощенная методика может быть пригодной и для реальных двигателей Стирлинга с изменяющимся общим объемом системы. Кроме того, на тех же самых установках предполагалось провести и исследования регенеративных теплообменников с фазоизменяющи-мися рабочими телами. По-видимому, в литературе нет информации о таком типе регенераторов. [c.153]

Смешанное рабочее тело — рабочее тело двигателей Стирлинга, состоящее из двух и более компонентов может находиться в состоянии жидкости, газа, пара или диссоциирующего газа. [c.379]

Идеальный цикл двигателя со смешанным подводом теплоты изображен в pv- и Ts-диаграммах на рис. 17-6 и 17-7. Рабочее тело с параметрами pi, Vi, Ti сжимается по адиабате 1-2 до точки 2. По изохоре 2-3 к рабочему телу подводится первая доля теплоты д. По изобаре 3-4 подводится вторая доля теплоты qi. От точки 4 рабочее тело расширяется по адиабате 4-5. И, наконец, по изохоре [c.268]

Пример 17-3. Рассчитать цикл со смешанным подводом [еплоты при следующих условиях параметры начальной точки pi == 1 бар, Ti = 400°К степень сжатия е 12, степень увеличения давления Я = 1,5 и степень предварительного расширения р = 1,5 рабочее тело —воздух с газовой постоянной = 287 дж кг-град показатель адиабаты й = 1,4 теплоемкости считать постоянными. [c.276]

Стремление упростить конструкцию и улучишть работу двигателей Дизеля привело к созданшо бескомпрессорного двигателя со смешанным сгоранием рабочего тела. Цикл, по которому работают такие двигатели, получил название ц и к л а Т р и и к-л ер а (по имени русского инженера Г В. Тринклера, предложившего этот цикл). [c.178]

На рис. 10.5 приведена диаграмма цикла со смешанным подводом теплоты, диаграмма цикла Тринклера. Линия 1—2 на диаграмме — адиабатное сжатие воздуха в цилиндре, 2—2 — изохорный подвод теплоты к рабочему телу, участок быстрого сгорания некоторой части поданного топлива в форкамере или предварительной камере сгорания 2 —< -изобарный подвод теп- [c.141]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...