Перейти к публикации

Изменение режима раздела "Поиск исполнителя" - клик

Рекомендованные сообщения

В книге Двигатели Стирлинга, Ридер, Хупер описаны отрицательные факторы уменьшающие КПД двигателя Стирлинга(стр 240-250). Один из лучших образцов STM – солнечный , косая шайба. Рассмотрим на его примере.

Схема распределения энергии для STM

post-136427-065999700_1467646852_thumb.jpg

 

http://www.mapcruzin...ports/usjvp.pdf

 

КПД- 42% Температура WorkingGasTemperature 720¡C (1325¡F) Жаль не указана температура охлаждения, примем 40 С При таких Температурах, 993К и 313К , термический КПД ( то что нас привлекает в стирлинге) будет- (993-313)/993=68% То есть 32% обязательно мы должны отвести через холодильник.. Соответственно площадь описываемая диаграммой идеального цикла соотносится к площади фигуры под диаграммой как 68/32.

Термический КПД можно повысить либо повышая температуру нагревателя либо понижая температуру холодильника . Второе ограничивает окружающая среда, первое термическая стойкость материалов.

Рассмотрим второй фактор – непрерывное движение поршней рис 2.16

post-136427-040774600_1467646941_thumb.jpg

 

Нам его подают вот так, я считаю это не совсем корректно. Объясню. Ниже график перемещения и объемов в полости сжатия и расширения для реализации идеального цикла Стирлинга ( Уокер ). Обратим внимание, что максимальный объем , занимаемый газом, равен объему одного цилиндра процесс 4-1. А для реализации изотермического сжатия и расширения (1-2 и 3-4) в смежном цилиндре поршень замирает в ВМТ – то есть дискретное движение поршней.

post-136427-053607200_1467646996_thumb.jpg

 

Если при тех же условиях в этой машине подсоединить поршни к реальному приводу, то график движения поршней будет выглядеть так. Видно, что объем занимаемый рабочим телом колеблется в более широких значениях.

post-136427-003412300_1467647038_thumb.jpg

 

Ниже скрин с программой специально написанной для сравнительного расчета диаграмм. Расчет проводится для одинаковых значений. Температуры заданы как указано выше 993К и 313К. Ожидаемый КПД 68%.

post-136427-006569100_1467647098_thumb.jpg

 

Зеленым две изотермы , красным диаграмма с непрерывным движением поршней по синусоиде. Обратим внимание на вертикальные линии Vminи «объем одного цилиндра». Фигура, образованная ими и двумя изотермами, это идеальный цикл для заданных объемов цилиндров при заданных температурах. Для этих объемов при непрерывном движении поршней имеем диаграмму (красным). Левая колонка отображает эту диаграмму, а значения Q2/Q– это отношение площади описанной диаграммой к площади под диаграммой , то есть КПД цикла с учетом непрерывного движения поршней. Для красной диаграммы КПД= 0,568 а расчетный термический КПД=0,68. Отсюда имеем множитель 0,835 .Другими словами непрерывное движение поршней приводит к увеличению обязательной отводимой через холодильник энергии с 32% до 43,2%. Разница 11,2%. Особо бросается в глаза «хвост» справа от линии «объем одного цилиндра». Визуально видно что потери особенно велики именно там. Физический смысл передачи дополнительной энергии – это перетекание в непрерывно образовывающийся дополнительный объем в смежном цилиндре. То есть , при рабочем ходе (изотермическом расширении) часть энергии совершает работу сжимая газ, который перетекает полость сжатия и отдавая энергию сжимается освобождая место новой порции.

Синяя -это диаграмма построенная для моего решения с изохорным процессом. Правый столбик – значения для синей диаграммы Q2/Q=0.647 ( отношение площади диаграммы к площади под диаграммой). При этом множитель равен 0,95 а увеличение энергии с расчетных 32% до 35,3% то есть всего 3,3%. Разница 11.2% - 3,3%=7,9% .

Для двигателя взятого за пример ,при равных условиях КПД составлял бы 42+7.9=49,9% . Причем по диаграммам видно, что среднее давление в цикле выше, ориентировочно в 2 раза. То есть удельная мощность выше на такую же величину.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Термический КПД можно повысить либо повышая температуру нагревателя либо понижая температуру холодильника

Его можно повысить применив более совершенный РЕГЕНЕРАТОР. Александр,тема конечно интересная, многие тут больше практики чем теоретики. Меня наверное многие поддержат,давайте как то своими словами и попроще.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Уважаемый Феликс.

STM показал(а) один из наивысших КПД , как вы думаете на каком уровне выполнен их регенератор? Я думаю их регенератор , на данном уровне техники, один из лучших , его работа сидит в заявленных 42% КПД. Вы предлагаете "можно повысить применив более совершенный РЕГЕНЕРАТОР" попробуйте.

Причем потери, связанные с несовершенством цикла (непрерывным движением поршней) не могут быть регенерированы, так как перенос энергии происходит механически через упругую среду газа в соеденительном канале , а регенератог поглащает тепловую . Это физический смысл который я хотел показать выше.

Так что если регенератор и можно улучшить , то он поборется за те 5% ( смотри схему) потому ,что мех и тепловые потери в 10% никто не отменял.

Я показал схему потоков энергии и акцентировал внимание на первые два фактора, которые закладываются при проектировании.

1 Согласны ли вы с 32% неопходимых для работы двигателя? (для данных температур)

2 Я дал оценку ( для данного частного случая) потерь из за непрерывного движения поршней в 11%. Пожалуста зделай те оценку вы и сравним.

3 Я показал цикл который не только повышает КПД на 7,9%, но и удельную мощность.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Alexandr.T,

схема кинематики привода ?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Готовится заявка на патент. С цифрами согласны или сомнения есть?

По поводу изготовление рабочей модели все в силе. Условия обговариваются . Договор о неразглашении обязателен.

Дня 3-4 возможно буду без интернета.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Alexandr.T, вы преувеличиваете значимость механизма привода, который вы придумали. Синтезировать механизм с любой траекторией - дело техники и их уже насинтезировали миллион. Почитайте, например, какие делали приводы для клапанов паровых машин, ТЭ под ред Мартенса, или в любой книжке XX века из библиотечки на соседнем форуме.

 

Ваши расчёты неверны, потому что процессы в цилиндре - не изотермические. Даже в теплообменнике они не изотермические, а в цилиндре они вообще ближе к адиабате. От этого потери. Эти потери велики. Замена изотермы на адиабату снижает КПД типичного высокотемпературного стирлинга в полтора раза. Есть очень простой способ их сократить, им пользуются все профессиональные фирмы. Сократить отношение давлений! Это неочевидно, нужна достаточно точная математическая модель, какая есть в программе Уриели, в SNAPе или в моей программе. Но именно из-за этого абсолютное давление в профессиональных стирлингах обычно очень велико, а вот отношение максимального давления к минимальному на практике не слишком большое. Если его увеличить, то увеличиваются и адиабатные потери.

 

Когда многие наши любители пытаются снизить вредное пространство, они тем самым уменьшают и КПД двигателя. Причём никакой, даже 100% эффективный регенератор этому уже не поможет.

Существует оптимум вредного пространства для Стирлинга и он не равен нулю. В профессиональных стирлингах это пространство находится, в основном, в регенераторе (почитайте параметры больших стирлингов в книжках - регенератор там имеет объём порядка объёма рабочего цилиндра).

 

Да, от механизма привода размер адиабатных потерь тоже зависит. Но если вы не учитываете адиабатность процессов в рабочих цилиндрах, вы действуете абсолютно вслепую и можете придти к качественно неверным выводам. И цифры ваши, конечно, сильно неправильные. Вы только морочите голову себе и окружающим. Я это уже довольно резко сейчас пишу, потому что раньше я это писал в более мягкой форме. Но вы не сделали никаких выводов.

 

Адиабатные потери - это болезнь не только стирлингов, но и компрессоров, которые в технике сегодня гораздо важнее. И на неё тоже есть разные приёмы, самые интересные из них можно найти в патентах, как по компрессорам, так и по стирлингам.

 

Также я вам советую расслабиться и подарить ваше изобретение миру. Я уже немало идей, направленных на повышение КПД стирлинга, озвучил совершенно даром, но они и даром никому не нужны. В том числе, я озвучил два способа борьбы с адиабатными потерями и один вариант несинусоидального привода. Зарегистрируйтесь в HAES и вы увидите их на картинках.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Основные потери - от конечного мертвого размера всех деталей и неидеальности самого процесса при ненулевой скорости.

 

То есть если скорость стремится к нулю, размеры теплообменников будут идти к нулю, тогда и все паразитные процессы уменьшаться.

 

Яркий пример-график кпд/обороты/тип газа.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Alexandr.T, Я уже писал,я сугубо практик. Мне цифры эти,как бы сказать,ни о чем.Там в теории много чего пишут. Многие забывают о том что стирлинг патентовал не тупо тепловую машину,коих к тому времени было множество, он патентовал регенератор. Вот от регенератора и нужно плясать. Грубо говоря мне глубоко фиолетово каких размеров будет двигатель,мне важно чтоб он максимально эффективно использовал топливо. Хотите уменьшить массо габариты и увеличить мощность. Надувайте,используйте модифицированное рабочее тело и т.д. На практике конечный результат и цифирки очень разнятся,мягко говоря.

"можно повысить применив более совершенный РЕГЕНЕРАТОР" попробуйте.

Тая и пробую. Простой пример. На пракитке у меня вышло что регенератор с изменяемым обьемом дал мощность на валу выше.Или в теории идеальный вытеснитель должен быть не теплопроводным,а вот фиг там на практике выходит. Кинематику разную делал. Когда батя жив был делали с электро магнитным управлением циклами, для экспериментов. Ну нет там таких уж ощутимых приростов кепеде,а гемора дай бог.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Staska, вы не правы. Вредное пространство само по себе не вредно. Если бы мы могли сделать процессы в нём изотермическими, оно влияло бы только на мощность, но не на КПД. Насчёт скорости: если скорость стремится к нулю, то мощность потерь теплопроводностью вдоль стенки вытеснителя и его целиндра остаётся прежней. Поэтому при стремлении скорости к нулю КПД любого настоящего стирлинга тоже стремится к нулю.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

denis2, Не буду в ответ грубить. Как говорил мой преподаватель в институте - " Ну начитаный, вижу, формулы пишешь, закон на изусть рассказываешь. - А ты мне физический смысл раскажи"

Так вот АДИАБАТНЫЙ процесс подразумевает отсутствия теплообмена , теплообмен конечно же есть , иначе зачем огород городить.

Кстати ИЗОТЕРМА, как и АДИАБАТА ( изохора изобара ) являются частными случаями политропного процесса.

Процесс ПОЛИТРОПНЫЙ никто не спорит?

post-136427-081774800_1468136183_thumb.jpg

Наклон политропы формируется из многих негативных факторов. Оцените вклад непрерывного движения поршней. Я его оценил.

Влияние неидеального теплообмена по Ридеру ниже. Обратите внимание к Адиабате не наклоняет а проводит по более низкой изотерме.

post-136427-058116100_1468136792_thumb.jpg

Вы правы уменьшение степени сжатия уменьшает влияние непрерывного движения на КПД, но забыли сказать , что удельная мощность уменьшается , то есть его вес растет.

Продолжение будет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Хотите уменьшить массо габариты и увеличить мощность. Надувайте,используйте модифицированное рабочее тело и т.д.

Внимательно читайте - ПРИ РАВНЫХ УСЛОВИЯХ ( равные объемы цилиндров , количество рабочего тела в них, равные температуры), то есть если надуть , либо использовать ГМО тело, соотношение останется прежним.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

> Так вот АДИАБАТНЫЙ процесс подразумевает отсутствия теплообмена , теплообмен конечно же есть , иначе зачем огород городить.

Никак нет. В цилиндре теплообменом обычно пренебрегают, потому что он очень мал. Для теплообмена предназначены другие части двигателя, а цилиндр/поршень всего лишь меняет объём газа.

 

> но забыли сказать , что удельная мощность уменьшается , то есть его вес растет

Не забыл сказать. Мы пока что обсуждаем КПД цикла, поэтому и не сказал.

 

> Наклон политропы формируется из многих негативных факторов.

В инженерных расчётах иногда так мыслят (например, см. старые расчёты паровых машин), но коэфты, учитывающие несовершенства, берут из эксперимента, а вы пытаетесь сделать теоретический расчёт без эксперимента. Я не вижу оснований, почему вы можете прийти к правильному результату таким путём.

 

> Оцените вклад непрерывного движения поршней. Я его оценил. Влияние неидеального теплообмена по Ридеру ниже

Насколько ниже? При каких условиях? Соблюдаются ли эти условия в вашем примере? Где вы это учли в своём расчёте? Пока на эти вопросы нет ответов, ваша цифра КПД не обоснована.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Процесс ПОЛИТРОПНЫЙ никто не спорит?

Все спорят. Стирлинг при расчёте разбивают на несколько объемов: горячий и холодный цилиндр, теплообменники, регенератор. В каждом из них свой процесс плюс происходит постоянный обмен веществом между полостями. Ни в сумме, ни по отдельности процесс в каждой ячейке не является политропным хотя бы из-за наличия массообмена. А если вы считаете, что в каждый момент все частицы газа находятся при одной и той же температуре, то ваш расчёт страшно далёк от реального стирлинга.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Да, и в обычном стирлинге газ за цикл не доходит от горячего цилиндра до холодного (большой объём регенератора). Если отдельно нарисовать цикл, который проходит частица газа, живущая в более горячей части и живущая в более холодной, то эти два цикла не совпадут. Поэтому нельзя вообще говорить о том, что в стирлинге есть какой-то цикл, по которому работает газ в целом.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

denis2.Проектирование подразумевает поэтапное принятие решений.

Ваша начитанность бесспорна, но именно она мешает в "ну понеслась" продвинутся.

В любом случае двигаемся поэтапно. Для любой пары температур (нагревателя и холодильника) мы получаем термический КПД.

1.Согласны ли вы с цифрами (для температур 933К и 313К) КПД=68% а 32% обязаны сбросить через холодильник?

2. Выбор привода. При выборе КШМ получаем синусоидальную зависимость, которая вносит свои ограничения. Для угла опережения 90град имеем КПД= 56,8%. Можете посчитать по клеточкам, можете решить в общем виде. Это ограничение которое накладывает именно выбор привода. Согласны или нет?

3.Речь шла о снижении КПД , считаете снижение на 11,2% несущественным?

4.Все факторы снижающие КПД , описанные вами существуют и значимы, но они уже будут снижать КПД от планки в 56,8% а насколько- это уже будет зависеть от ваших решений.

5. Простая математика 56,8-42=14,8% - остальные потери.

В Стирлинге, как и в других двигателях, важны три основных параметра – КПД, моторесурс, и удельная мощность( стоимость). Первые два конкурентноспособны, а последний- увы. И многие попытки улучшить КПД ведут к ухудшению удельной мощности.

И еще, непрерывное движение (синусоидальный график) вносит неопределенность – то есть улучшая один параметр мы неизбежно ухудшаем другой. Если увеличить степень сжатия в идеальном цикле, то при том же КПД получим увеличение среднего давления и соответственно удельной мощности. При синусоидальном графике наоборот небольшое уменьшение.

По поводу моей диаграммы, Я и не прошу поверить мне на слово, но если докажу ее состоятельность и преимущество готовы съесть свою шляпу?

Изменено пользователем Alexandr.T

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

denis2 Опиши пожалуйста свое видение последовательности негативных факторов и их вклада в потери.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

> Ваша начитанность бесспорна, но именно она мешает в "ну понеслась" продвинутся.

Не-а, не она.

 

> Согласны ли вы с цифрами (для температур 933К и 313К) КПД=68%

Что такой КПД цикла Карно - соглашусь (почти) потому что у меня получилось 66,45% И он же в цикле Шмидта. Но цикл Шмидта никакому реальному двигателю не соответствует.

 

> Для угла опережения 90град имеем КПД= 56,8%.

Нет. Если вы считаете "Шмидта", но с другим законом движения поршней, то у вас всегда должен получиться КПД цикла Карно.

 

> Я и не прошу поверить мне на слово, но если докажу ее состоятельность и преимущество готовы съесть свою шляпу?

Нет. Я просто говорю - ваша схема неверна совсем. Готов буду съесть шашлычок, которым вы меня угостите в благодарность, когда сами осознаете, что ошибаетесь ;)

 

Моё видение простое: нужно использовать правильные математические модели. Модель "второго порядка" не совсем правильная, но всё же она правильнее, чем ваш график. Эта модель реализована как минимум в трёх программах, которые я уже называл. И другие программы для этого тоже есть (ещё как минимум одна). Воспользуйтесь любой из них, посчитайте - тогда и будет предмет для разговора. Выделять потери - это не всегда благодарное занятие.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опечатка, должно быть как в первом посте 993К и 313К.

>> Для угла опережения 90град имеем КПД= 56,8%.

>Нет. Если вы считаете "Шмидта", но с другим законом движения поршней, то у вас всегда должен получиться КПД цикла Карно.

По вашему получается непрерывное движение поршней не снижает КПД? БРЕД

>нужно использовать правильные математические модели.

Модели пишут люди поэтапно учитывая каждый фактор, в том числе одним из первых учитывая закон изменения в полостях.

Изменено пользователем Alexandr.T

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

> Модели пишут люди поэтапно учитывая каждый фактор, в том числе одним из первых учитывая закон изменения в полостях.

Да, и за время, которое прошло с XIX века, в этом направлении уже кое-что сделано. А вы застряли в XIX веке. Ну, судя по тому, что вы уже начали оперировать такими аргументами, как "бред" капслоком, ваши уши плотно закрыты и мне не докричаться до вас. Делайте что хотите.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Не юлите .

Вопрос простой. И требует четкого ответа.

Снижает ли непрерывное движение поршней КПД или нет?

Насчет "кое что зделано" вы правы - но все это надстройка, которая стоит на фундаменте все тойже примитивной диаграммы

Изменено пользователем Alexandr.T

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Да, можете мне вслед кинуть ещё сколько-нибудь хлёстких слов, чтобы вышло, что я плохой и поле боя осталось за вами. Или пытаться меня развести на "за базар ответишь" и тем самым оставить меня в этой теме, чтобы она не была монологом. Знаете, мне всё равно, что вы обо мне подумаете :) До свидания.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Снижает ли непрерывное движение поршней КПД или нет?

Для того чтобы понимать что снижает,не нужно академиеф заканчивать. Так же нужно понимать чтобы получить сколь нибудь стоящий прирост,система нужна адаптивная. Хотелось бы узнать,мы услышим что то конкретное и простое для понимания?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

felik Привлекательность Стирлинга в простоте, адаптивность - дополнительные приблуды. Посмотрите на современные ДВС

В литературе четко описано негативное влияние непреривного движения поршней. Но количественная оценка не преведена. Исходя из того ,что площадь описая диаграммой это полезная работа, площадь под диаграммой это затраченая , а их сумма это подведенная энергия то есть 100%, я посчитал отрицательный вклад, оценил его в 11%. Но кроме "расслабся" и "ты не прав потому что не прав" ничего не услышал. Хотя просил оценить вклад этого фактора.

Так вот в рассмотренном 1 посте из схемы видим 100%-32%-42%=26% -это все потери.

Какая часть потерь от непрерывного движения никто аргументировано не написал. Хотя rv3dmg следит за темой и имеет свое мнение но молчит ( осторожный )

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Считаю,что тема интересная и достойна дальнейшего развития.В качестве Up!

При этом множитель равен 0,95 а увеличение энергии с расчетных 32% до 35,3% то есть всего 3,3%. Разница 11.2% - 3,3%=7,9% .

Выигрыш от несинусоидального движения кажется невеликим,всего лишь 7.9%(проверить не берусь) и кроме того,скорее всего будет съеден усложнением механизма.Много времени посвятили этим процентам и почему то оставили без внимания вот эту фразу.

Для двигателя взятого за пример ,при равных условиях КПД составлял бы 42+7.9=49,9% . Причем по диаграммам видно, что среднее давление в цикле выше, ориентировочно в 2 раза. То есть удельная мощность выше на такую же величину.

Так понимаю,основная идея лежит не просто в том,что бы приблизить движения поршней к идеалу,а повысить среднее давление.Вообще,это происходит само собой,если поршни начинают двигаться...более правильно.К примеру вот так!https://youtu.be/LQQlwMqbBvw Двигатель мог бы работать по Стирлингу,но мне кажется что Эриксон предпочтительнее.Можно не городить охлаждение. Изменено пользователем Riba1

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Так понимаю,основная идея лежит не просто в том,что бы приблизить движения поршней к идеалу,а повысить среднее давление.Вообще,это происходит само собой,если поршни начинают двигаться...более правильно.К примеру вот так!

 

Цель - не просто создать приводной механизм управляющий поршнем ближе к идеальному Стирлингу.

 

Надо четко понимать, что у механизма есть эффективность преобразования силы давления газа в крутящий момент.

Эффективность КШМ оценивают около 60-70%.

post-136427-041600100_1526363570_thumb.jpg

Значит может быть и выше.

 

Ваш механизм, спрятаный за надкусанным квадратиком, тоже можно разложить на векторные силы и сравнить с КШМ.

Считать давление в цилиндре - обратно пропорционально занимаемому объему.

Если эффективность выше поздравляю, если ниже то увы.

Изменено пользователем Alexandr.T

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.


×