Охлаждением воздуха и регенерацией теплоты
Задача 4
На базе исходных данных, рассмотренных выше задач, исследовать совместное влияние на эффективность цикла ГТУ двухступенчатого сжатия с промежуточного охлаждения воздуха до температуры окружающей среды и регенерации теплоты отработавших газов.
Решение
Исследование ведем на базе исходных данных предыдущих задач. Расчет для различных значений σпроводим в компактной табличной форме. Термодинамический цикл и принципиальная схема ГТУ, соответствующие условию предложенной задачи, приведены на рис. 2.6.
Из сопоставления результатов приводимой ниже таблицы и таблицы, соответствующей одноступенчатому сжатию воздуха (см. стр.42) следует, что в регенеративных циклах с двухступенчатым сжатием воздуха значение КПД выше, чем в циклах с одноступенчатым сжатием воздуха при равных значениях σ. Так, в рассматриваемом цикле при предельной регенерации КПД повышается на 51,6 % по сравнению с КПД цикла без регенерации. В то время как в соответствующем цикле с одноступенчатым сжатием воздуха рост КПД составляет только 32 %. Таким образом, двухступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением способствует дальнейшему росту КПД почти на 20 % благодаря улучшению условий для регенерации теплоты.
| Основания для расчета | Расчетные соотношения | Степень регенерации, σ | ||||
| 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | |||
| адиабатный процесс 1-2 | 
| 396,35 | 396,35 | 396,35 | 396,35 | 396,35 |
| адиабатный процесс 3-4 | 
| 396,33 | 396,33 | 396,33 | 396,33 | 396,33 |
| из определения σ | 
| 396,33 | 491,80 | 539,53 | 587,27 | 635,0 |
| из теплового баланса | 
| 539,53 | 491,8 | 444,06 | 396,33 | |
| формула для КПД | 
| 0,3944 | 0,4555 | 0,4941 | 0,5390 | 0,5934 |
| повышение КПД |  %
| 16,3 | 26,2 | 37,7 | 51,6 |
*КПД при отсутствии регенерации (σ = 0).
Рис. 2.6. Принципиальная схема и цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и
промежуточным охлаждением воздуха, атакже с регенерацией теплоты:
обозначения на принципиальной схеме: I – пусковой двигатель; II – топливный насос; III – топливный бак; IV – камера сгорания; VВ и VН – компрессоры высокого и низкого давления (КВД и КНД); VIВ и VIН – газовые турбины высокого и низкого давления; VII – охладитель воздуха; VIII – потребитель механической энергии; IX – регенеративный теплообменник;
обозначения на диаграммах: 1-2 – адиабатное сжатие воздуха в КНД; 2-3 – изобарный отвод теплоты в окружающую среду (промежуточное охлаждение воздуха); 3-4 – адиабатное сжатие воздуха в КВД; 4-5 – регенеративный подогрев воздуха; 5-6 – подвод теплоты к рабочему телу от внешнего источника теплоты; 6-7 – адиабатное расширение газов в турбинах; 7-8 – охлаждение отработавших газов в регенеративном подогревателе воздуха; 8-1 – изобарный отвод теплоты в окружающую среду; штриховыми линиями на p,v диаграмме показаны изотерма сжатия, исходящая из точки 1 адиабаты сжатия 1-2', и изотерма, исходящая из конечной точки адиабаты расширения 6-7
