Теоретический цикл криодвигателя с изотермическим расширением. Энергетический и эксергетический анализ, страница 5

,           (10)

значение которого для условий изотермического расширения приведено в табл. 3.

Из изложенного выше вытекает, что для криодвигателя, весь рабочий процесс которого осуществляется при Т<T_o.c., понятие термического КПД цикла теряет смысл, его определить невозможно. В криодвигателе качество рабочего цикла с точки зрения совершенства преобразования располагаемой энергии рабочего тела (эксергии его энтальпии) в полезную работу оценивается только эксергетическим КПД.

Важным экономическим показателем рассматриваемого теоретического цикла криодвигателя является расход азота на 1 кВт×ч полезной работы  (см. табл. 3).

Сопоставление показателей теоретических циклов криодвигателя и
бензинового двигателя

В табл. 1, 2 и 3 приведены многочисленные данные, которыми характеризуется теоретический цикл криодвигателя. Для сравнительной оценки показателей рассматриваемого термодинамического цикла, в табл. 3 помещены также результаты расчета цикла Отто – теоретического цикла бензинового (карбюраторного) двигателя. Принятые для цикла Отто степень сжатия e = 8 и степень повышения давления l=3,7 выбраны как среднестатистические для автомобильных карбюраторных двигателей по опытным данным  (Колчин А.И., 1980).

Следует обратить внимание, что энергетические показатели азотного – этого “холодного”, не потребляющего никакого топлива, двигателя, тем не менее сравнительно высоки (см. уровни l₀,  и ) и весьма высок качественный показатель цикла, характеризующий совершенство процесса трансформации в цикле располагаемой энергии рабочего тела (азота) в полезную работу – эксергетический КПД h_{ех k/д} @ 0,6. Названные показатели азотного цикла ниже, чем цикла Отто, но на фоне того, что криодвигатель имеет ни с чем не сравнимое преимущество – полную экологическую чистоту, с этим и некоторыми другими его недостатками, по-видимому, следует смириться.

Заключение

В статье изложены физические основы получения полезной работы за счет энергии сжиженного азота, полученного в результате обмена энергией сжиженного азота с окружающей средой.

Рассмотрены схема криодвигателя и его замкнутый теоретический цикл с изотермическим расширением. Дан энергетический и эксергетический анализ процессов цикла, расчитанного для конкретных условий: максимального давления цикла   p_max= 20 МПа и параметров окружающей среды р_о.с.=0,1 МПа, Т_о.с.=288 К. Показаны особенности взаимопревращений видов энергии в условиях температур рабочего тела Т< Т_о.с..

Установлено, что в цикле с изотермическим расширением эффективность превращения располагаемой эксергии энтальпии рабочего тела в полезную работу весьма высока – эксергетический КПД цикла h_{ех k/д} @0,6. Это лишь на 20% ниже эксергетического КПД самого совершенного цикла ДВС – цикла Отто, рассчитанного по среднестатистическим значениям степени сжатия      (e = 8) и степени повышения давления (l=3.7) автомобильных карбюраторных двигателей. Эксергетический КПД цикла криодвигателя растет с повышением Т_о.с. и p_max. Однако уровень p_max=20 МПа следует рассматривать, по-видимому, как предельно высокий с точки зрения технической приемлемости.

Литература

Бэр Г.Д. (1977). Техническая термодинамика. – Москва: Мир. – 518 с.

Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К. (1988). Эксергетический метод и его приложения. – Москва: Энергоатомиздат. – 288 с.

Алабовский А.Н., Недужий И.А. (1990). Техни-ческая термодинамика и теплопередача. – Киев: Выща школа. – 225 с.

Справочник по физико-техническим основам глубокого охлаждения (1963). / Под ред. Малкова М.П. – Москва: Госэнергоиздат. – 416 с.

Колчин А.И., Демидов В.П. (1980). Расчет автомобильных и тракторных двигателей. – Москва: Высшая школа. – 400 с.

Рецензент: В.Д.Сахаревич, профессор, д.т.н., ХГАЖДТ.

Введение. 1

Анализ  теоретического  цикла. 2

О термическом и эксергетическом КПД цикла. 7

Сопоставление показателей теоретических циклов криодвигателя и  бензинового двигателя. 7

Заключение. 8

Литература. 8