Струйные энергетические технологии

Таким образом, в отличие от процесса параллельного присоединения, в котором уменьшается кинетическая энергия эжектирующего потока за счёт перераспределения его первоначальной энергии на большую массу газа, периодическое нарушение равновесного состояния атмосферы в эжекторном насадке воздействием пульсирующей активной струи создаёт в нём с заданной частотой разность потенциалов давлений, обеспечивающую при восстановлении равновесного состояния ускорение присоединяемых воздушных масс, а также увеличение кинетической энергии активной струи. В результате этого дискретного процесса объединённая масса с возросшей кинетической энергией, воздействуя на лопатки турбины, увеличивает момент на её валу без дополнительных затрат топлива. При этом для получения одинаковой мощности топлива затрачивается меньше (пропорционально коэффициенту m, скорректированному на величину коэффициента wtm), чем в газотурбинных двигателях (ГТД) традиционных схем.

После начала истечения продуктов сгорания уменьшается их давление в камере, а также перед критическим сечением сопла и, соответственно, степень расширения «хвостовой» части газовой массы импульса в первом цикле и её скорость. Как следствие, происходит снижение степени разрежения в насадке, уменьшение присоединяемой во втором цикле газовой массы и её скорости. При этом «головная» часть импульса продуктов сгорания следующего периода выталкивает из насадка «хвостовую» часть присоединяемой воздушной массы предыдущего периода, имеющую меньшую скорость. Это приводит к частичному смешению разделённых газовых масс, снижающему скорость объединённой реактивной массы.

Однако эксперименты [3] показали, что даже при наличии этих потерь кинетическая энергия объединённой реактивной массы

Etm= 0.5 (1 + m) C2tm (2.1)

Значительно больше, чем кинетическая энергия активной струи

Eaj = 0.5 C2aj (2.2)

При эжектировании атмосферного воздуха пульсирующей струёй продуктов сгорания экспериментально получен прирост реактивной силы до 140% к исходной тяге [2,3]. Его величина зависит от параметров эжекторного устройства, изменения реактивной массы и скорости её истечения. Если коэффициент wtm (1.2) больше 1, то прирост кинетической энергии в результате процесса присоединения больше прироста тяги. Чтобы получить такой же прирост тяги (в 2.4 раза) при wtm меньше 1, присоединяемая воздушная масса должна быть равна 2.4 m n, где n – коэффициент, на который уменьшается Caj и Ctm. А для получения прироста кинетической энергии, равного приросту тяги, в процессе с wtm меньше 1, необходим коэффициент m, увеличенный в n2 раз. Например, для получения прироста кинетической энергии в 2.4 раза, при условии, что Ctm будет меньшее по сравнению с Cpj в 2 раза (что маловероятно в этом процессе), m должен быть 2.4×22, т.е. равен 9.6. А коэффициент m, полученный экспериментально [3], больше 10, поэтому прирост кинетической энергии и при таком гипотетическом предположении больше прироста тяги.

Таким образом, при максимально возможном уменьшении wtm, экспериментально полученное значение кинетической энергии равное Etm = 0.5 (1 + 2.4mn2) (Ctm /n)2 больше, чем в 2.4 раза кинетической энергии активной струи (2.2). Причём она не рассеивается в атмосфере, как при создании реактивной тяги движителя, а используется для выполнения механической работы. Следовательно, большая часть мощности данным способом получается за счёт преобразования потенциальной энергии и низкопотенциальной теплоты сжатых под действием гравитации газов в кинетическую энергию воздушной массы, воздействующей на лопатки турбины. Поэтому эффективность комбинированных струйных ГТД оценивается суммарным КПД, который равен КПД теплового двигателя, увеличенному на произведение коэффициентов m и wtm.

Сегодня возможности повышения эффективности ГТД с циклом при P=const. практически исчерпаны, а значения коэффициента m, полученные экспериментально, в зависимости от параметров процесса присоединения изменяются от 10 до 50, т. е. эффективность комбинированных двигателей может быть более чем на порядок выше эффективности современных ГТД (с соответствующим уменьшением выброса в атмосферу продуктов сгорания).

Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8


Другое по экологии

Биогеоценоз дубравы
Биогеоценоз – это комплексы взаимосвязанных видов (популяций разных видов) , обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существованиями. Это определение понадобится для пользования в дальнейшем. Дубрава – это совершенная и устойчивая ...