Эксэрготрансформаторный универсальный двигатель.

Дальнейшие разработки эксэрготрансформаторных технологий позволяют создать тепловой двигатель, КПД термического цикла которого будет превосходить максимально возможные параметры горения топлива. В тепловом двигателе использован способ, минимизирующий затраты энергии на сжатие холодного воздуха.Способ работы эксэрготрансформаторного двигателя не нарушает закон сохранение энергии и второго закона термодинамики. Способ поддается теоретическому расчету общеизвестными методами термодинамики, поэтому никто не может назвать научно техническую причину, по которой он не может быть реализован.

1

Существующие способы преобразования тепловой энергии в , 19 , механическую работу открытые в веке достигли

, совершенства и дальнейшее усовершенствование их . становится экономически не оправдано Существующие

способы преобразования тепловой энергии в механическую, .работу естественным образом устарели и нуждаются в замене

Предлагаю проект универсального эксэрготрансформаторного , двигателя в специальном канале которого происходит

( ) преобразование в работу эксэргию сверхвысоких параметров . рабочего газа Выполнение этих условий возможно только при

– безударном способе сложения потоков газа.эксэрготрансформаторе

– Цель разработки создание принципиально нового 21 , универсального теплового двигателя века отличающегося

, от общеизвестных двигателей тем что в его термическом , , цикле взаимодействуют два рабочих тела а устройство

преобразующее кинетическую энергию в механическую ( ), . работу турбина вынесено за пределы цикла

: Универсальный двигатель состоит из двух ступеней , эксэрготрансформаторной камеры сгорания топлива

- являющейся его первой ступенью и вторая ступень это. эксэрготрансформатор

Во второй ступени высокотемпературный газ дорабатывается , до параметров соответствующих характеристикам

.применяемых турбинЭксэрготрансформаторная камера сгорания отличается от суперэжектора (эксэрготрансформатора) тем, что она дополнена запальным устройством, в котором сгорает часть топливо при недостатке кислорода. Образец эксэрготрансформатора изготовлен и испытан, поэтому дополнить его запальным устройством, технически не представляет сложности.В запальное устройство подается 1кг. топлива с теплотой сгорания Q.=42000КДж/кг. и 3кг. сжатого воздуха с параметрами: Т. = 717°К. и Р.=2,43МПа.С диффузора эксэрготрансформатора выходят продукты сгорания топлива массой 81кг. Параметры торможения: Р. = 1.43Мпа, Т.= 814°К. Работа А.= (814 -380.7) × 1.015×81 = 35624КДж.Затраты на работу компрессора: Ак. = (717 -288) ×1.015×3 =1306КДж.КПД термического цикла = (35624 – 1306) : 42000 = 0.817 ×100 = 81.7%.

2

Реактивный импульс тяги двигателя: Р. = W×m = 938 × 81 = 75967H./ на один кг топлива.

3

4

Расчет эксэрготрансформаторной камеры сгорания топлива.

Примем начальные условия. Расчет производится при стабилизации потоков газов и образовании «потенциальной ямы» с давлением Р. = 52828Па в входном патрубке. Теплота сгорания жидкого топлива 42000 КДж/кг. Для сгорания 1кг. топлива необходимо 14 кг. воздуха. При сгорании 1кг. воздуха в парах топлива выделяется 3000 КДж. тепла.Удельную теплоемкость для воздуха и продуктов сгорания примем постоянную: Ср. = 1,015КДж/кг. град.Камера сгорания имеет запальное устройство, в которое подается 1кг. топлива с наружной температурой 288.°К. и 3кг. воздуха с параметрами: давление Р. = 2.43МПа, температура Т. = 717°К. При сгорании 1кг. воздуха в парах топлива в запальном устройстве выделяется тепло: G. = 3000 ×3=9000 КДж: ∆Т = 8867Температура смеси в запальном устройстве: Т. = (288×1 +717×3 +8867)/4 = 2827°К.Максимальную температуру горения топлива примем: Т. = 2500°К. Оставшаяся часть энергии затрачивается на ионизацию молекул топлива. G. = (2827 – 2500) × 1,015 ×4 = 1287 КДж. Энергия ионизации топлива дополнительно обеспечивает устойчивость горение топлива при сверхзвуковом течении воздуха.Иллюстрация расчета происходящих процессов изменения состояния газа, показана в T-S диаграмме.Энергия паров топлива и продуктов его сгорания (рабочей газ) выполняет в эксэрготрансформаторной камере сгорания работу, по всасыванию и сжатию атмосферного воздуха.Работа адиабатного процесса 1-2: А. = (2500 – 1005) × 1,015= 1517КДж/кг. Создает в камере критическое разряжение процесс 2-3. Ар. = (1005 – 838) × 1,015 = 172,5КДж. Р. = 52828Па.Назовем это разряжение «потенциальной ямой». Работа всасывания процесс 4-5 одного килограмма воздуха.А. = Ср.×(Т4 – Т5) = 1,015×(288 – 240) = 48 × 1,015 = 48,7КДж/кг.Определим коэффициент всасывания: k. = (1005 – 838) : 48 = 3.5 1 кг. рабочего газа выполняет работу по всасыванию и сжатию 3.5кг. наружного воздуха. Масса всасываемого воздуха: Мв. = 4×3.5 =14кг. Полная масса газовоздушного потока: Мп. = 14 +4 = 18кг.Наружный воздух, реализуя разряжение «потенциальной ямы», со звуковой скоростью поступает в неё - процесс 4-5, где происходит его встреча с рабочим газом.

5

Теоретический расчет сложение потоков газа начнем с нахождения точки 7 на изобаре Р.=100000Па, где в процессе изменения состояния газов, сумма энтропии будет равно нулю. Параметры точки 7: Т.= 380,3°К. V.=1.103м3/кг.Процесс энергообмена состоит в следующем: Холодный воздух, реализуя разряжение «потенциальной ямы процесс 4– 5, входит в канал камеры сгорания с параметрами: Т. = 240°К. V. = 1.317 м³/кг. Рабочий газ, изотермически сжимаясь, отдает тепло холодному воздуху и выходит из потенциальной ямы. Холодный воздух, получив тепло сжатия, процесс 5-4 достигает температуры Т.=288°К. на изохоре V. = 1.317 м³/кг. Найдем на изохоре V. = 1.317 м³/кг. точку 6, в которой изменение энтропии так же будут равны нулю Т6. = 354.2Определим количество теплоты поглощенное изохорой в процессе 4-6: ∆Т. = (354.2 - 288) ×3.5 = 232Найдем точку 8 на изобаре Р.=100000Па, определяющую количество тепла переданного холодному воздуху: ∆Т. = 838-232 = 606 °К.Рабочий газ, процесс 8-8, изотермически сжимается до давления Р.= 512200Па.При изотермическом сжатии расходуется кинетическую энергию рабочего газа: А. = (606- 354) ×3,5×1,015 = 895КДж.∆Т. = 895 : 1.015 = 882Найдем точку 9 на адиабате 1-3:Т9. = 882 + 838 = 1720°К. Определим остатки кинетической энергии: ∆Т. = 2500 - 1720 = 780. Оставшаяся кинетическая энергия рабочего газа распределяется по общей массе взаимодействующего вещества. Процесс 8 – 10. ∆Т. = 780 : 4,5 = 173,3. Параметры точки 10. Т. = 606 + 173 = 779°К, Р. = 1235300Па.Произошло сложение двух потоков. Проверим энергетический баланс: Т. = (288 ×3.5 + 2500) : 4.5 = 779.55°К.Начинаем расчет процесса горения паров топлива в избытке кислорода.

6

Горение.

Найдем повышение температуры газа при сгорании оставшихся паров топлива: G. = 42000 – (9000 – 1287) = 34267КДж.Общая масса газа на 1кг. топлива: М = 18.Повышение температуры будет равно: ∆Т. = 34267: 18 :1.015 = 1876. Расчетные параметры движущего потока находятся в точке 8: Т. = 606°К. Р. = 512200Па, V. = 0.3431м3/кг.Параметры заканчивается горение топлива точка 11. Тv. = 606 +1876 = 2482°К, V. = 0.3431м³/кг, Р. = 2.1МПа. Примем, что процесс сверхзвукового горения топлива будет изохорный V. = Const. Продукты сгорания, пройдя канал камеры сгорания, поступает в специальное сверхзвуковое сопло, где скоростной напор суммируется с давлением в движущемся потоке. ∆Т = 779 – 606 = 173. Тп. = 2482 + 173 =2655°К. С диффузора эксэрготрансформатора выходят продукты сгорания топлива массой 18 кг. Параметры торможения: Р. = 2.66Мпа, Т.= 2655°К. Работа А.= (2655 -1040) × 1.015 = 1639КДж/кг. Параметры расширение продуктов сгорания, выходящих из камеры сгорания:Р. = 100000Па, Т. = 1040°К. V. = 3.02м³/кг. Затраты на работу компрессора: Ак. = (717 -288) × 1× 3 = 1287КДж.

7

8

Расчет второй ступени эксэрготрансформаторного универсального двигателя.

С первой ступени двигателя во вторую ступень поступают продукты сгорания топлива, массой 18 кг/сек. Температура торможения потока: Тт. = 2655°К. Параметры расширения потока: Т=1040°К, Р.=100000Па, V. = 3.2м³/кг. Иллюстрация расчета происходящих процессов изменения состояния газа, показаны в T-S диаграмме. Работа адиабатного процесса 1-2 создает в эксэрготрансформаторе критическое разряжение процесс 2-3, параметры которого: Р. = 52828Па. Т = 867°К. Рассчитаем коэффициент всасывания. Работа рабочего газа на создания «потенциальной ямы».Ар. = Ср.×(Т2- Т3) = 1.015×(1040 – 867) = 184 ×1.015 = 176 КДж. Работа всасывания процесс 4-5 одного килограмма воздуха.А = Ср×(Т4 – Т5) = 1.015×(288 – 240) = 48 ×1.015 = 48.7 КДж.Масса всасываемого воздуха на один кг. рабочего газа: k = Ар /Ав = 176 : 48.7 = 3.5Масса всего всасываемого атмосферного воздуха.Мв. = 18 ×3.5 = 63кг. Общая масса газа на один кг топлива, проходящая через двигатель.Моб. = 18 + 63 = 81кг.Наружный воздух, реализуя разряжение «потенциальной ямы»,со звуковой скоростью поступает в канал эксэрготрансформатора, где происходит его встреча с горячим рабочим газом. Процесс энергообмена состоит в следующем: Рабочий газ в процессе изотермического сжатия процесс 3 - 3, отдает тепло холодному воздуху и выходит из потенциальной ямы. Вариант 1. Холодный воздух, получив тепло в процессе 4-4, достигает изохоры V = 1,317м³/кг. Вариант 2. Воздух достигает точки 4 в изохорном процессе 5÷4. Потоки выравниваются за счет передачи тепловой энергии от рабочего газа к воздуху. Находим точку 7на изобаре Р.=100000Па, в которой изменение энтропии двух потоков будет равно нулю: Т. = 380.7°К. Далее найдем ту же точку 6 на изохоре V = 1,317м³/кг. Т6 = 354.7°К.Определим количество тепла, поглощенное в процессе 4÷6:Q = 354.7 – 288 = 66.7 ×3.5 = 233× 1,015 = 237КДж/кг.Найдем точку 8, которая определяет количество теплоты, переданное рабочим газом в изобарном процессе 3÷8: Т8. = 867 - 233 = 634°К.

9

Далее рабочий газ при движении в канале эксэрготрансформатора изотермически сжимается при торможении, передавая тепло сжатия холодному воздуху, процесс 8÷8. Поток холодного воздуха, поглощая тепло при V = Const, увеличивает давление. В потоке повышается давление рабочего газа и воздуха.При сжатии рабочего газа расходуется его кинетическая энергия. Определим работу, затраченную на сжатие газа: ∆Т. = (634 – 354.7) ×3.5 = 977. А = 977×1.015 = 992КДж/кг.Определим точку 9 на диаграмме показывающую энергию, затраченную на изотермическое сжатие рабочего газа:Т = 867 + 977 = 1844°К. Оставшаяся кинетическая энергия распределяется на полную массу газа.А = 2655 – 1844 = 811 × 1.015 = 823КДж/кг. Параметры в точке10:∆Т. = 811 : 4.5 = 180. Т = 634 + 180 = 814°К. Р. = 1.43МПа.Проверим баланс: Т9. = (288 × 3.5 + 2655) : 4.5 = 814°К.Баланс сошелся. Второй закон термодинамики соблюдается.∆S. = ln288/380.7 ×1015 ×3.5 + ln1040/380.7 × 1015 ×1 = 0.Определим теоретическую работу термического цикла: Ап. = (814 – 380.7) ×81×1.015 = 35624КДж.Затраченная работа на компрессор: Ак. = (717 – 288) ×3×1.015 =1306КДж.КПД термического цикла = (35624-1306) : 42000 = 0.817 = 81.7%.

Расчет произвел: Криловецкий Владимир Михайлович. kriloveckijj@rambler.ru

10