Расчет параметров цикла Стирлинга

 

В реальном цикле только часть теплоты процесса е-а передается к рабочему телу в процессе c-z. Обозначим параметры рабочего тела на выходе из генератора a и z (рис. 4). Очевидно, что

 

qea = qcz.

 

Рис. 7.4. Цикл Стирлинга

 

Степенью генерации hрег называют отношение восстановленного тепла к количеству восстановленного тепла в идеализированном процессе.

 

Если рабочее тело – идеальный газ с постоянной теплоемкостью, то

 

 

 

 

Для реализации идеального цикла Стирлинга с полной регенерацией необходим теплообменник – регенератор бесконечной площади. Поэтому в существующих двигателях Стирлинга степень регенерации не превышает 0,7…0,75. Удельное количество подведенной теплоты в цикле

 

 

Удельное количество отведенной теплоты в цикле

 

 

Термический КПД цикла

 

 

В идеальном цикле Стирлинга

 

Так как удельная работа цикла растет с увеличением степени нагрева газа в цикле и степени повышения давления газа при сжатии, то целесообразно принимать максимальную температуру и давление цикла предельно возможными при принятых конструкционных материалах. В начале XXI века допускалось Tz = 1000…1200^oK.

 

Массовый расход рабочего тела G, определяющий размеры двигателя, определяют из уравнения баланса мощности.

 

где А = 1,1…1,3– коэффициент, учитывающий затраты электроэнергии на собственные нужды электростанции;

N_эл – электрическая мощность энергоустановки;

η_Г– КПД электрогенератора;

η_пр– КПД преобразователя электрического тока;

 

ηМ – механический КПД двигателя.

 

В табл. 1 приведены параметры энергоустановки солнечной электростанции

космического	аппарата	на	базе двигателя	Стирлинга, спроектированной		фирмой
«Аллисон»	(США)	в	90-е	годы	XX	века. КПД установки достаточно
большой, удельный вес энергоустановки чрезмерно	велик – 64 кг/кВт,	что выше
аналогичного параметра энергоустановок на базе солнечных батарей.
	Таблица 1.	Параметры энергоустановки космического аппарата на базе двигателя
	Стирлинга
	Параметр							Значение
	Электрическая мощность					4 кВт
	Рабочее тело						гелий
	Частота вращения ротора					3000 об/мин
	Максимальная температура цикла				675 оС
	Минимальная температура цикла				66 оС
	Максимальное давление цикла				100 бар
	КПД цикла							0,375
	КПД генератора						0,8
	КПД расширения и сжатия					~0,6
	Площадь поверхности радиаторов				15 м2

 

 

 

Масса концентратора	80 кг
Масса преобразователя	80 кг
Масса энергоустановки	258 кг

 

Контрольные вопросы

 

1. В чем состоит различие идеального цикла двигателя Стирлинга от цикла ДВС?

2. В чем состоит различие идеального и реального циклов двигателя Стирлинга?

 

3. В чем состоит конструктивное различие между a;b;g- типами двигателей Стирлинга?

4. Какие газы можно использовать в качестве рабочего тела в двигателях Стирлинга?

 

5. Из чего складывается удельная работа цикла в двигателях Стирлинга?

 

6. Как определить удельное количество подведенной и отведенной теплоты в цикле двигателя Стирлинга?

 

 

Библиографический список

 

1.. Основы современной энергетики: учебник для вузов: в 2 т. / под общей редакциейЕ.В. Аметистова. - 5-е изд., стер. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. Том 1. Современная теплоэнергетика / А.Д. Трухний и др. Том 2. Современная электроэнергетика / под ред. профессоров А.П. Бурмана и В.А. Строева.

 

2. Быстрицкий Г.Ф. Общая энергетика: учебное пособие. — Москва: КноРус, 2010. (Библ. ВлГУ)

 

3. Атомные электростанции: учебное пособие / Зорин В.М.- М.: Изд. дом МЭИ, 2012.

 

4. Промышленные теплоэнергетические установки и системы: учеб. пособие для вузов / Б.В. Сазанов, В.И. Ситас. - М.: Изд. дом МЭИ, 2014.

 

5. Атомная энергетика XXI века: учебное пособие / Смирнов Ю.Б., Габараев Б.А., Черепнин Ю.С. М.: Изд. дом МЭИ, 2013.

 

Интернет-ресурсы

 

1. http://stroy-technics.ru/article/termodinamicheskie-tsikly-dvigatelei-vnutrennego-sgoraniya

 

2. http://autohis.ru/stirling.php

3. http://stringer46.narod.ru/SteamPower.htm

 

 

	Оглавление	стр.
1.	Введение.
2.	Основные определения термодинамики.
3.	Термодинамические процессы.
4.	Тепловые электрические станции
5.	Атомные электрические станции
6.	Анализ паросилового цикла Ренкина

7. Термодинамические процессы в двигателях внутреннего

сгорания
8.	Поршневые газовые машины. Двигатель Стирлинга
9.	Библиографический список
Оглавление