Читальный зал -->  Машины цикла стирлинга 

1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Отношение температур gmOW 0,5

<§ -0,2,

0,25

очень важным обстоятельством, поскольку указанные параметры должны определяться на стадии конструкторской проработки, и, за исключением параметра т, изменить их можно только за счет изменения самой конструкции машины.

Влияние на параметр мощности Р1{раУт) каждого из четырех параметров г, k, а и X при условии постоянства трех остальных рассматривается на рис. 5-1-5-4. На рис. 5-1 исследуется влияние отношения температур на параметр мощности для различных температур полости расширения Т, диапазон которых простирается

как выше, так и ниже температуры полости сжатия = 300 К (а = 90°, = 0,8, X = 1,0). Вследствие этого приведенная зависимость справедлива и для двигателя и для холодильной машины. При температуре > Тс параметр мощности положителен и плавно возрастает с увеличением температуры в полости расширения; При Те<.Тс машина работает как холодильная установка, и с уменьшением температуры в полости расширения мощность, требуемая для ее привода, постепенно увеличивается. Очевидно, что мощность двигателей можно увеличить за счет применения для цилиндра полости расширения и теплообменников высокотемпературных материалов, а в холодильной машине необходимо стремиться к достижению минимально возможной температуры охлаждения. Зависимость параметра мощности от отношения вытесняемых объемов при а = 90°, X = 1,0 приведена на рис. 5-2. Из кривых ясно, что при заданных значений т, а и X существует вполне.определенное оптимальное значение k, для которого параметр мощности максимален. Однако сравнение двух кривых с т, равными 0,25 и 0,5, показывает, что оптимальное значение k не постоянно, а изменяется от 0,75 (при т = 0,25) до 1 (при т = 0,5). При изменении а а X меняется также и оптимальное значение k. Таким образом, единого и лучшего значения для k не существует.

Влияние относительного мертвого объема X = VqIVe на параметр мощности при постоянных т, и а рассматривается на рис. 5-3. Оысл этого графика предельно ясен: с увеличением мертвого объема свыше определенного минимального значения параметр мощности уменьшается. Мертвый объем должен, по-возможности, быть наименьшим.

Влияние фазового угла а на мощность цикла при постоянных x, k а а показано на рис. 5-4. Параметр мощности особенно чув-

400 boo Температура полости, расширения те,К

1200

Рис. 5-1. туры на

Влияние темпера-мощность цикла.

ствителен к изменениям фазового угла в диапазоне от 60 до 120°. Для принятых условий оптимальное значение параметра мощности находится в диапазоне а = 90 115°.

Изменения параметра мощности двигателя в зависимости от двух параметров: фазового угла а и отношения вытесняемых объе-

-0,1

	г =0,5

Отношение вытесняемых объемов K=Vc/Ve

Рис. 5-2. Влияние отношения вытесняемых объемов k иа мощность цикла.

о I

\0,1

о 1 z

Относхтельиый мертвый обьем X-Vj/Vf

Рис. 5-3. Влияние относительного мертвого объема X иа мощность цикла.

мов k при постоянных значениях т = 0,3 и X = 1,0 рассмотрено на рис. 5-5. Любое изменение т или X вызывает образование ряда аналогичных, но все же различных.перекрывающихся поверхностей. Вершина такой поверхности, характеризующая максимальное значение параметра мощности, определяется при заданных значениях т и X оптимальной комбинацией отношения вытесняемых объемов k и фазового угла а. Две поверхности на рис. 5-5 образованы различными параметрами мощности Р/р асУт и P/RTc- Вершины этих поверхностей соответствуют различным комбинациям фазовых углов и отношениям вытесняемых объемов. Для поверхности параметра мощности Р = PIRTc- опт = 0.45п рад и опг = 2,9. Для

ёО,2

	Т=0,25~
	чг=0,5

60° 30° 120

Ч>азоВый. угол еь поворота, коленчатого вала

параметра мощности -макст-: опт = 0,54я рад

Рис. 5-4. Влияние фазового угла а на мощность цикла.

поверхности

и konr = 0,74. Этому странному обстоятельству имеется простое объяснение: оптимизация конструкции по параметру мощности PIRTc соответствует выбору такой компоновки машины, кото-

Рис. 5-5. Влияние отношения вытесняемых объемов k и фазового угла а на мощность цикла.

а - параметр мощности p/rtq (мощность на единицу массы рабочего тела); б-параметр p/pVj. (мощность, ограниченная габаритами н массой).

рая позволяет с максимальной возможностью использовать определенную массу рабочего тела. Оптимизация же конструкции по параметру Р/р аксг приводит к компоновке машины с максимально возможной мощностью, ограниченной максимальным давлением и общим вытесняемым объемом. Максимальное давление рабочего тела является важным конструктивным параметром, влияющим

1,0 0,8

Полость расшире- ~ ния

	Пол ежа	ость тия

МертВыи объем

Рис. 5-6. Рабочие диаграммы для двигателей с оптимальными комбинациями конструктивных параметров. Левые диаграммы даны для полости расширения, средние - для полости сжатия, а правые - для общей рабочей

полости *.

а - рабочая диаграмма для цикла, оптимизированного по параметру мощности p/rtf; б - рабочая диаграмма для цикла, оптимизированного по параметру мощности Р/Риакс Vj.; 8 - рабочая диаграмма цикла с такой комбинацией параметров, как н в случае б, но с мертвым объемом, уменьшенным до показанного на рис. 5-6, а (т. е. с одними и теми же размерами регенератора и теплообменников).

на прочность, а следовательно, и на массу машины, в то время как общий вытесняемый объем определяет ее габариты. Отсюда ясно, что оптимизация должна проводиться по параметру мощности

* В целях сравнения на всех рабочих диаграммах давления указаны в долях максимального значения, а максимальный объем общей рабочей полости (суммарный объем) - одинаковый для всех случаев.

Р/Рмакст- Однако с момента определения основной компоновки машины по а, fe, т и X может быть использован и параметр мощности PIRTc- Оба эти параметра, PIRTc и Р1риаксТ равнозначны и приводят к одной и той же мощности двигателя за цикл.

В качестве примера на рис. 5-6 приводится сравнение рабочих диаграмм для оптимальных комбинаций фазовых углов а и отношений вытесняемых объемов k при постоянных значениях х а X. Для всех трех случаевдавление выражено в долях его максимального значения в цикле, и вследствие этого возможно сравнение рассматриваемых диаграмм. Аналогичным образом для всех трех слу- чаев максимальное значение общего внутреннего объема принимается одинаковым и равным произвольно выбранному значению 4,6. Для каждого случая крайние левые диаграммы относятся к рабочим диаграммам полости расширения, средние - к полости сжатия, а крайние правые - к общему внутреннему объему. Диаграмма на рис. 5-6, а получена при следующее комбинации параметров: опт = 0,45я рад, k = 2,9, т = 0,3 и X = 1; оптимальная компоновка осуществляется по PIRTc- Комбинация параметров на рис. 5-6, б следующая: а = 0,54 л рад, k = 0,74, т = 0,3 и X = 1; оптимальная компоновка осуществляется по параметру Р/рмаксг-Комбинация параметров на рис. 5-6, в такая же, как и в случае б, но с мертвым объемом Vo таким, как в случае а.

Из вышесказанного видно, что две машины, характеризуемые диаграммами на рис. 5-6, а и б, сравнимы по массе и габаритам. Для обоих машин максимальное давление и максимальный общий внутренний объем одинаковые, а мертвый объем в одной из машин в 2 раза больше, чем в другой. Несмотря на это, полезная работа машины в случае б в 1,38 раз превосходит работу машины в случае а. При уменьшении мертвого объема (в) полезная работа машины увеличивается в 2,24 раза. Данный пример убедительно подтверждает правомерность использования для оптимизации параметра

Р1ри...Ут-

Аналогичные сравнения для криогенных газовых машин были проведены Уокером в 1962 г. Использование параметра холодопроизводительности QeIPk&kqVt для изучения оптимизации является предпочтительным, поскольку этот параметр при заданных габаритах и массе определяет компоновку машины с максимальной холодопроизводительностью.

5-4. результирующие графики

Несмотря на всю пользу приведенных на рис. 5-5 диаграмм, легко представить, что существует бесконечное множество различных сочетаний конструктивных параметров. Искать варианты оптимальных сочетаний параметров-дело утомительное. Для преодоления указанных трудностей строятся результирующие графики, подобные тем, что приводятся соответственно для двигателей на рис. 5-7 и для холодильных машин на рис. 5-8.

X=0,(,aZ5;0,5;),l);f,5;2,0

500 1000 1500 2000 3000 Температура полоста paciuupei,unTe,K

Рис. 5-7. Результирующие графики для двигателей Стирлинга.

Оптимальная комбинация из отношения вытесняемых объемов * и фазового угла а (в радианах) может быть определена для заданных значения отношения мертвого объема X и ьтиошеиия температур т по йертикальиым лнйиям, проведенным иа графиках через значения температуры Г; считается, что температура, Тс = 300 К. а ограничена термическим пределом материалов, используемых для цилиндра полости расширения. Соответствующее значение параметра мощности определяется по верхнему графику. В реальных двигателях параметр мощиости составляет 0,3-0,4 значения, предсказываемого теорией.

30 W .50 60 75 100 150 200 ЗрО

Температура, полости расширения Т ,К

Рис. 5-8. Результирующие графики для холодильных машин с циклом Стирлинга.

Значения параметра холодопроизводительности, характеризующегося количеством теплоты, поглощаемой в полости расширения, отличаются от его действительных значений приблизительно в 3 раза.

Графики на рис. 5-7 построены с использованием оптимизации по параметру PIpkcvr-Для указанного параметра при различных значениях а и k и постоянных x и X были образованы поверхности, подобные приведенным на рис. 5-5. Далее были определены вершины каждой из поверхностей, и эти значения, характеризующие максимум параметра Р/р аксг вместе с опт и опт наносились на соответствующие диаграммы рис. 5-7. Все эти графики были построены в зависимости от температуры полости расшире-

1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.