Влияние скорости
Теоретически мощность на выходе двигателя Стирлинга, как и других тепловых двигателей, прямо пропорциональна скорости вращения выходного вала, в то время как КПД цикла полностью не зависит от скорости. Однако, как и при
7 Зак. 8.39
анализе многих других влиянии, здесь также имеют расхождения между теорией и практикой. Основной причиной такого расхождения в данном случае являются потери на аэродинамическое сопротивление рабочего тела. Эти потери пропорциональны произведению плотности рабочего тела на квадрат скорости потока рабочего тела. Следовательно, с увеличением скорости поршня аэродинамическое сопротивление становится все более доминирующим фактором, хотя следует отметить, что
Воздействие этого фактора имеет и некоторые положительные стороны, поскольку сопротивление нагревателя повышает температуру рабочего тела и уменьшает количество тепловой энергии, необходимой для подвода в двигатель. Однако сопротивление холодильника повышает нагрузку на охлаждающие элементы, а сопротивление в регенераторе вызывает неоднозначные явления. Когда рабочее тело проходит через регенератор по направлению к полости сжатия, трение газового потока уменьшает эффект регенерации, а когда поток меняет направление и движется через регенератор в направлении к нагревателю, эффект регенерации усиливается. При конструировании двигателя все эти различные эффекты необходимо тщательно сбалансировать, поскольку суммарное воздействие аэродинамического сопротивления на мощность двигателя отрицательно.
|
Скоросшь Рис. 1.83, Общий характер зависимостей мощности от скорости выходного вала двигателя. 1 — идеальная зависимость; 2 — действительная зависимость. |
Увеличение скорости существенно влияет на механизмы двигателя из-за возрастания сил инерции, неуравновешенности двигателя и т. п. По достижении определенных скоростей маховик двигателя может разрушиться, а неуравновешенные силы могут вызвать недопустимо высокие уровни вибрации. Все эти явления наблюдаются и в других поршневых двигателях и не составляют отличительных особенностей двигателя Стирлинга, хотя о них, пожалуй, слишком часто забывают при обсуждении вопросов, связанных с двигателями Стирлинга. Однако имеется эффект воздействия скорости, специфичный для двигателя Стирлинга и связанный с возрастанием скоростей частиц рабочего тела. Скорость двигателя может достичь такого уровня, что рабочее тело не будет успевать полностью перемещаться из горячей полости в холодную и обратно. Мало что известно об этом эффекте, за исключением того, что приня-
|
Я Рис. 1.84. Зависимости мощности двигателя от скорости выходного вала [17]. А—для двигателя с высокой степенью совершенства; б — для модели двигателя (температура нагревателя 300° С). при постоянном среднем давлении цикла; при Постоянном эффективном КПД. |
Тые в настоящее время принципы конструирования теплообменников могут оказаться не подходящими для двигателей, работающих на высоких скоростях. Читателей мы отсылаем к прекрасной статье [41], являющейся единственной известной нам работой, посвященной влиянию высоких рабочих скоростей на газодинамику рабочего тела.
Общий характер кривых зависимостей мощности от скорости выходного вала показан на рис. 1.83.
Этот характер зависимостей прослеживается как для двигателей с высокой степенью совершенства, так и для сравнительно небольших моделей двигателя (рис. 1.84)
Влияние скорости на КПД двигателя рассматривалось нами ранее.
