6.2 Расчёт потерь в регенераторе

Основными потерями в регенераторе являются потери на недорекуперацию, гидравлические сопротивления, теплопритоки по насадке и корпусу.

Произведём уточнённый расчёт теплового потока регенератора по формуле:

Вследствие конечной поверхности и теплоёмкости насадки регенератора среднеинтегральная температура газа в период холодного дутья оказывается ниже, чем его температура в период теплого (прямого) дутья. Поэтому потери, вызванные этим обстоятельством (потери на недорекуперацию), можно определить как

Потери на гидравлическое сопротивление рассчитаем по формуле

,

где - средняя за цикл плотность гелия; а потери давления

, где

- коэффициент сопротивления.

Потери Q_Н2 вызваны осевыми тепловыми потоками по насадке и стенки регенератора. Насадки регенератора ДВПТ и ГХМ обладают высоким гидравлическим сопротивлением; следствием этого являются малая высота аппарата в осевом направлении. И хотя тепловой поток по насадке и стенкам составляет доли процента тепловой нагрузки регенератора, он уменьшает мощность двигателя на 15-20%. Эффективный коэффициент теплопроводности насадки определяют так же, как проводимость повторяющейся элементарной ячейки:

,

где теплопроводность через паровые каналы;

- теплопроводность через твердые частицы скелета насадки и контактные площади между ними.

Значение величины .

Тепловые потери вследствие теплопроводности насадки регенератора

где F_P , l_P - площадь сечения и длина регенератора,

А_Н =1,3 - коэффициент, учитывающий неравномерность тепловой нагрузки регенератора по длине, равен 1,3-1,4 . Данное выражение можно использовать для оценки тепловых потерь по корпусу регенератора, подставив вместо , F_P ,  стенки и F стенки.

Приближенно для тонкостенных регенераторов величину этих потерь найдем по формуле

где _СТ=310-4м – толщина стенки корпуса регенератора принимается от 0,1-1,5 мм , а теплопроводность стенки регенератора.

Находятся суммарные потери

Полученные данные теплового расчета регенератора удовлетворяют всем условиям, которые были поставлены в расчете как контрольные. Однако это не оптимальное значение соотношения , которое позволит определить те конструктивные параметры регенератора, при которых суммарные тепловые потери будут минимальны. Для определения минимальных суммарных тепловых потерь зададимся рядом значений . Эти значения выберем в диапазоне, например, от =0,1 до =10, что позволит иметь данные по тепловым потерям для двигателей с совершенно различными геометрическими параметрами регенератора. Это будет полезно при компоновке двигателя. Расчёт проводим по выше изложенному алгоритму, интересующие нас данные сводим в Таблицу 1. Для анализа из расчета выделим данные по потерям на недорекуперацию , потерям на гидравлическое сопротивление , тепловым потерям вследствие теплопроводности насадки регенератора , тепловым потерям вследствие теплопроводности корпуса регенератора и суммарные потери . Далее по данным таблицы 2 строятся графики рисунки 11-15.

Таблица 2 – Составляющие потерь тепловой мощности в регенераторе

	,Вт	,Вт	,Вт	,Вт	,Вт
0,1	21,50929	0,0000043904	4,763996	13,88508	40,15837
0,2	14,86786	0,0000124755	1,890593	6,94254	23,70101
0,3	11,97869	0,0000229810	1,101057	4,62836	17,70813
0,4	10,28054	0,0000354495	0,750282	3,47127	14,50213
0,5	9,134832	0,0000496160	0,5572	2,777016	12,4691
0,6	8,297183	0,0000653012	0,436955	2,31418	11,04838
0,7	7,651533	0,0000823735	0,355774	1,983583	9,990972
0,8	7,13487	0,0001007308	0,29775	1,735635	9,168355
0,9	6,709688	0,0001202907	0,254477	1,542787	8,507072
1	6,35211	0,0001409851	0,221125	1,388508	7,961884
1,1	6,046124	0,0001627564	0,194737	1,26228	7,503304
1,2	5,780549	0,0001855551	0,173406	1,15709	7,11123
1,3	5,54731	0,0002093379	0,155852	1,068083	6,771455
1,4	5,340415	0,0002340666	0,141189	0,991791	6,473629
1,5	5,155312	0,0002597072	0,12878	0,925672	6,210024
1,6	4,988473	0,0002862292	0,118162	0,867818	5,974739
1,7	4,837118	0,0003136050	0,108987	0,816769	5,763187
1,8	4,699021	0,0003418092	0,100989	0,771393	5,571746
1,9	4,57238	0,0003708190	0,093965	0,730794	5,39751
2	4,455714	0,0004006130	0,087754	0,694254	5,238122
3	3,642186	0,0007379652	0,051107	0,462836	4,156866
4	3,167209	0,0011383529	0,034825	0,347127	3,550299
5	2,848072	0,0015932650	0,025863	0,277702	3,15323
6	2,615416	0,0020969485	0,020282	0,231418	2,869212
7	2,436472	0,0026451741	0,016514	0,198358	2,653989
8	2,293517	0,0032346611	0,01382	0,173564	2,484136
9	2,176035	0,0038627677	0,011812	0,154279	2,345988
10	2,077344	0,0045273063	0,010264	0,138851	2,230986

Рисунок 11 – Зависимость потерь на недорекуперацию от соотношения l/d

Рисунок 12 – Зависимость потерь на гидравлическое сопротивление от соотношения l/d

Р исунок 13– Зависимость потерь вследствие теплопроводности насадки от соотношения l/d

Рисунок 14 – Зависимость потерь для тонкостенных регенераторов от соотношения l/d

Рисунок 15 – Зависимость суммарных потерь от соотношения l/d

Такой характер зависимости потерь от недорекуперации объясняется увеличением скорости движения теплоносителя. Это в свою очередь приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи и росту _Р- коэффициенту полезного действия регенератора. Прекращение роста _Р и падение потерь на недорекуперацию можно объяснить достижением параметров регенератора близкого к идеальному регенератору.

Потери на теплопритоки по корпусу и насадке регенератора также достигают своего минимума вследствие значительного влияния внутреннего термического сопротивления теплопроводности стенки ст/ст и н/н с увеличением .

Подобным же образом происходит изменение тепловых потерь в следствие теплопроводности насадки и теплопритоков по корпусу регенератора . Основное влияние оказывают гидравлические потери, график которых ведет себя прямо противоположно рассмотренным выше тепловым потерям.