|
Автором статьи разработан стендовый вариант комбинированного струйного ГТД (совместно с «НПО Машиностроение», г. Реутов подготовлена конструкторская документация), который позволяет варьировать и оптимизировать основные параметры процесса последовательного присоединения, в т.ч. с учетом скорости набегающего потока.
Второй способ. Проведенные эксперименты [3] показали, что оптимальное значение Caj продуктов сгорания в процессе присоединения находится в диапазоне скоростей, которые можно получать при расширении сжатого рабочего тела, не используя для него дополнительный подогрев. Следовательно, продукты сгорания можно заменить сжатым воздухом, а камеру сгорания пневмоаккумулятором [5]. При истечении воздуха из пневмоаккумулятора давление перед критическим сечением сопла в течение цикла остаётся постоянным. Поэтому «хвостовая» часть газовой массы импульсов активной струи, снижающая эффективность процесса присоединения, отсутствует, что практически исключает смешение последовательно движущихся разделённых воздушных масс и, следовательно, потери на их трение. В результате коэффициент wtm становится больше 1. Так как Ctm равно Caj, то кинетическая энергия объединённой массы (2.1) будет больше кинетической энергии активной струи (2.2), т. е. Etm больше Eaj, и, соответственно, больше потенциальной энергии рабочего тела – сжатого воздуха, образующего активную струю Eace, не менее, чем в m раз. Величина m изменяется в зависимости от параметров процесса присоединения в диапазоне от 10 до 50 [3], поэтому Eace, составляет лишь 0.1 – 0.02 Etm. Причём для повышения давления воздуха в пневмоаккумуляторе перед его расширением в струйном устройстве можно использовать различные способы и источники энергии, а такой баланс энергии позволяет сжимать его в компрессоре за счёт мощности, полученной в результате процессов преобразований энергии атмосферы в предыдущих периодах.
Суммарные энергозатраты и потери в процессах преобразований
Eexp = Eace + Ece + Ete + Eoe (2.3)
где Ece – потери энергии при сжатии воздуха в компрессоре; Ete – потери энергии при преобразовании Etm в турбине; Eoe – прочие потери энергии.
Общий удельный вес технологических потерь (Ece + Ete + Eoe), не превышает 25% Etm, в том числе: Ece 20% Eace; Ete 15% Etm; Eoe 2% Eaj. (потери означают, что данный способ преобразования энергии не противоречит второму началу термодинамики) В основном величина потерь зависит от КПД турбины, а удельный вес потерь в компрессоре и прочих потерь при больших величинах m незначителен и составляет, соответственно, 1% и 0.1% от Etm, увеличиваясь с уменьшением m.
С учётом энергозатрат и потерь (2.3), энергия для использования потребителями
Eus = Etm – Eexp. (2.4)
Если принять Etm равной 100%, то, при m равном 20 и wtm равном 1, Eus = 100% – (5% + 1% + 15%+ 0.1%) = 78.9%, а Eexp равна 21.1% Etm. Если основные параметры процесса и/или их соотношения отклоняются от оптимальных величин, то значения m и wtm уменьшаются. Для компенсации технологических энергозатрат и потерь (2.3) в процессах преобразования, достаточно увеличить кинетическую энергию в результате процесса присоединения дополнительных масс на 44%, т.е. для самоподдержания этого процесса Etm должна быть больше Eaj лишь в 1.44 раза. Полученная сверх этого энергия может быть использована внешними потребителями. Например, при m равном 1 удельный вес технологических затрат и потерь, за исключением Ete, значительно увеличивается: Eace до 50%, Ece до 10%, Eoe до 1%, а Eus = 100% – (50% + 10% + 15% + 1%) = 24% Etm. Это значит, что даже при такой малой величине m, равной 1 (достижимой при не самых оптимальных параметрах этого процесса присоединения), невысоких КПД турбины (0.85) и компрессора (0.8), для сжатия рабочего тела можно использовать энергию, полученную в предыдущих циклах, оставляя потребителям 24% располагаемой Etm.
Результаты экспериментов также подтверждают возможность преобразований энергии атмосферы при сжатии рабочего тела за счёт мощности, полученной при её преобразовании в предыдущих периодах. Если экстраполировать увеличение кинетической энергии (в 2.4 раза), полученное экспериментально в процессе последовательного присоединения с активной струёй из продуктов сгорания [3], на аналогичный процесс с использованием сжатого воздуха для образования этой струи, то даже без учёта реального снижения потерь на смешение и трение объединяемых масс, повышающего эффективность этого процесса, Eus = 100% – (41.7%+8.3%+15%+ 0.8%) = 34.2% Etm.
|