Машины, работающие по циклу Стерлинга

РЕАЛЬНЫЙ РЕГЕНЕРАТОР

Условия работы регенератора в реальном двигателе существенно отличаются от тех предполагаемых условий, которые рассматрива­лись выше для идеального случая. Температура рабочего тела на

Входе в насадку не постоянна, а периодически изменяется, поскольку процессы сжатия и расширения не изотермические. Тем­пература на выходе из насадки регенератора также меняется и не только из-за ее периодического изменения на входе, но и из-за огра­ниченных значений коэффициента теплоотдачи и поверхности тепло­обмена насадки, приводящих к конечным скоростям теплоотдачи. Параметры потока рабочего тела на входе в насадку (или на выходе из нее) не постоянны, а непрерывно меняются: давление, плотность и скорость изменяются в широких пределах, а изменение темпера­туры происходит в более ограниченном диапазоне.

РЕАЛЬНЫЙ РЕГЕНЕРАТОР

Рис. 7-1. Циклическое изменение давления в криогенной машине, работа­ющей по циклу Стирлинга (по Уокеру, 1961); измеренные значения цикличе­ского изменения давления в полостях расширения и сжатия криогенной ма­шины при п~ 1800 об/мин (а) и п = 800 об/мин (б). Начало кривых соответ­ствует положению вытеснителя в верхней мертвой точке.

/ — изменение давления в цолости сжатия; 2 — изменение давления в полости расши­рения; 3 — теоретические кривые, рассчитанные по изотермической теории Шмидта.

В качестве примера на рис. 7-1 показаны циклические измене­ния давления в полостях сжатия и расширения в криогенной газо­вой машине, работающей по циклу Стирлинга. Приведенные на гра­фиках кривые изменения давления получены с помощью индикатора Фарнборо. Для сравнения вместе с двумя указанными зависимо­стями; полученными для различных частот вращения, даны и теоре­тические кривые, рассчитанные по теории Шмидта.

РЕАЛЬНЫЙ РЕГЕНЕРАТОР

Полость расширения

Поток иг мертвого объема

0 40 80 120 160 200п 240 280 320 360° Диаграмма потока для среднего давления 26 нгс/см2

РЕАЛЬНЫЙ РЕГЕНЕРАТОР

40 80 120 160 200 240 260 320 360° Угол поворота коленчатого вала Диаграмма потока для среднего давления 11 кгс/см2

Рис. 7-2. Массовые расходы в криогенной машине, работающей по циклу Стирлинга, для двух различных средних давлений в цикле —26 кгс/см3 и 11 кгс/см3. Из-за различных температур (70 К н 300 К) и вытесняемых сбгемов (114,8 и 188,6 см3) соответственно для полостей расширения и сжатия массовые расходы потоков различны.

Из рис. 7-1 видно, что амплитуды измеренного давления рабо­чего тела в полости расширения почти точно совпадают с амплиту­дами кривых, рассчитанных по теории Шмидта. Однако что. ка­сается фаз, то совпадение с кривыми, рассчитанными по теории Шмидта, наблюдается лишь для полости сжатия. Кроме того, ин­тересно отметить, что при изменении частоты вращения от 800 до 1800 об/мин-принципиальный характер изменения амплитуд для полости сжатия и их сдвиг по фазе для полости расширения сохра­няются. Расхождение давлений на диаграммах для полостей сжатия и расширения происходит из-за гидравлического сопротивления по­току газа, имеющего место в конденсаторе, регенераторе и холо - 756

Дильнике. Можно показать, что гидравлические потери давления не являются пренебрежимо малыми и находятся в достаточно слож­ной зависимости от частоты вращения. Как было уже замечено, по­добное влияние оказывает и плотность рабочего тела (Уокер, 1963 г.).

РЕАЛЬНЫЙ РЕГЕНЕРАТОР

Полость расширения

Конденсатор { Регенератор

Холодильник

Полость сжатия

О НО 80 120 160 200 240 280 320 3£0° Угол поборота коленчатого вала Начало кривых соответствует по­ложению вытеснителя в верхней мертвой точке

Рис. 7-3. Циклические траектории от­дельных частичек рабочего тела в цикле Стирлинга для криогенной машины, рассчитанные по изотермической теории Шмидта.

Дальнейшие расчеты для этой машины проводили, исходя из предположений ее работы строго по циклу Шмидта. На рис. 7-2 приведены графики циклического изменения массового расхода ра­бочего тела, рассчитанные для двух различных средних давлений. Эти графики в некоторой степени трудны для понимания[12]. На каж­дом из них имеются по две кривые: одна показывает массовый рас­ход потока в полость и из полости расширения, другая — массовый расход потока в полость и из полости сжатия. Кривые, лежащие выше оси абсцисс, относятся к массам потока, поступающего в полость рас­ширения и выходящего из по­лости сжатия; кривые, лежа­щие ниже оси абсцисс, — к массам потока, выходящего из полости расширения и посту­пающего в полость сжатия. Площадь перекрытия кривых характеризует период общего потока газа, проходящего через мертвый объем, вклю­чающий и регенератор. В криогенной газовой машине за направление «горячего по­тока» принимается направле­ние в полость расширения, а «холодного потока» — в. по­лость сжатия.

Из рассмотрения зависимо­стей на рис. 7-2 можно сделать важный вывод: время прохождения общего потока газа через мерт­вый объем (который в основном — регенератор) составляет не более половины всего времени цикла. Рассмотрим более подробно рис. 7-2 (верхние части графиков); за период от Л до Б общий поток газа проходит через регенератор в направлении полости расширения; за период от В до С поток газа выходит из регенератора в двух на­правлениях — в полости расширения и сжатия; за период от С до D Общий поток газа проходит через регенератор в направлении по­
лости сжатия; за период от D до А поток направляется в регенератор из двух полостей — сжатия и расширения.

Дальнейшими расчетами можно графически показать траекто­рии отдельных частичек рабочего тела. Это сделано на рис. 7-3, где все объемы потока расположены в такой последовательности: самый верхний относится к изменению объема потока в полости расширения, а самый нижний — в полости сжатия. Крайние кри­вые характеризуют траектории частичек, примыкающих непосред­ственно к днищам поршня и вытеснителя. Показаны также цикли­ческие траектории некоторых других частичек рабочего тела, на­ходящихся в промежуточных сечениях. Заслуживает особого внима­ния поведение одной из частиц рабочего тела: эта частица никогда не покидает регенератору а совершает лишь колебательные движе­ния внутри насадки в течение всего цикла, что говорит о том, что ни одна частица рабочего тела не проходит через регенератор. Этот экстраординарный вывод очень важен при рассмотрении класси­ческой теории регенератора применительно к машинам с циклом Стирлинга.

Из рассмотрения зависимостей на рис. 7-1—7-3 следует глав­ный вывод: рабочее тело в машинах Стирлинга имеет сложный вид движения.

Оригинал книги Машины, работающие по циклу Стерлинга в формате джвю можно скачать здесь

Машины, работающие по циклу Стерлинга

Среднее давление цикла

Среднее давление цикла определяется формулой 2я 2я Рср-— Г рй(ф—0) = — Г Р-акс(1-в) (4.12) FcP 2Я J Н V 2я J l+6cos(<D-0) V v / [10] [11] Подобное расположение …

НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Несколько советов, заслуживающих внимания, при конструи­ровании машин Стирлинга. Быть реалистами. Легко сделаться оптимистом и восторженно относиться к потенциальным возможностям машин Стирлинга. Не­обходимо признать, что двигатель фирмы «Филипс» — это резуль­тат …

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ИССЛЕДОВАНИЯМ В ОБЛАСТИ РЕГЕНЕРАТОРОВ И ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Из гл. 7 следует, что существующие методы проектирования регенеративных (и других) теплообменников неудовлетворительны. Исследования в этой области могут быть предприняты на инженер­ных факультетах университетов, но при этом должен быть достиг­нут …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua

За услуги или товары возможен прием платежей Онпай: Платежи ОнПай