16.3.1. Цикл гту с подводом теплоты при и регенерацией теплоты

Принципиальная схема ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении и цикл с регенерацией в - и - диаграммах приведен на рис. 65 и 66.

Рассмотрим процессы цикла: адиабатное сжатие воздуха в компрессоре (1 – 2); после чего поступает в теплообменник, где подогревается уходящими газами при постоянном давлении (2–8).

Подогретый воздух подается в камеру сгорания; подогрев рабочего тела продолжается при постоянном давлении за счет теплоты , поступившей от горячего источника теплоты, т.е. за счет теплоты, выделившейся при сгорании топлива (8–4). Затем газ расширяется адиабатно в газовой турбине (4–5). Попадает в теплообменник и отдает теплоту воздуху при постоянном давлении (5–7). Дальнейшее изобарное охлаждение 7–1 происходит вне установки за счет передачи теплоты окружающей среде.

Рисунок 65 – Схема ГТУ с регенерацией и подводом теплоты при постоянном давлении: 1 – камера сгорания; 2 – сопловый клапан; 3 – газовая турбина; 4 – компрессор; 5 – топливный насос; 6 – теплообменник.

υ

Рисунок 66 – Термодинамический цикл ГТУ с регенерацией и с изобарным подводом теплоты.

При полной регенерации теплоты и (пунктирными линиями на рис. 66 показаны изотермы), поэтому . Удельная теплота, подведенная при наличии регенерации к рабочему телу в камере сгорания

Количество отводимой теплоты:

Подставляя эти выражения в формулу для термического КПД, получим:

Выразим температуры в основных точках цикла через температуру .

Подставив найденные значения температур в формулу для термического КПД:

Следовательно, чем выше и чем ниже , тем выше термический КПД цикла.

Однако действительные теплообменники имеют конечные размеры. Поэтому теплообмен с полной регенерацией теплоты осуществляться не может: воздух в теплообменнике нагревается лишь до температуры , а газ в том же теплообменнике охлаждается до температуры . Это свидетельствует о том, что в действительности регенерация не может быть полной. Ее степень приближения к полной регенерации оценивается степенью регенерации, т.е. отношением фактически регенерированной теплоты к предельно возможной (полной)

При полной регенерации .

Степень регенерации увеличивается с увеличением поверхности нагрева теплообменника. Однако это приводит к увеличению габаритов, веса и стоимости установки. Оптимальная величина определяется технико-экономическими расчетами.

Таким образом, при полной регенерации теплота с участка 5–7 обратимым путем передается на участке 8–2. В результате теплота от внешнего теплоисточника подводится к рабочему телу при более высокой средней температуре подвода теплоты, а теплота отводится к внешнему теплообменнику при более низкой средней температуре отвода теплоты.

Следовательно, всякое повышение средней температуры подвода теплоты и всякое понижение температуры отвода теплоты приводит в повышению термического КПД.

Определим термический КПД цикла с подводом теплоты при и неполной регенерацией теплоты

Подставляя (17) в (20) и учитывая, что , найдем

При , данная формула приводится к виду

т.е. приходим к формуле для цикла ГТУ с изобарным подводом теплоты при отсутствии регенерации.