回热器循环熵增的概念及其优化
第21卷第2期 哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报 Vol.21,№.2回热器循环熵增的概念及其优化
顾根香1,王芝秋1,金东寒2,黄霞平2
(1.哈尔滨工程大学动力工程系,黑龙江哈尔滨150001;2.上海船用柴油机研究所,上海200011)
摘 要:应用热力学第二定律分析了回热器的工作特性,提出了回热器循环熵增的概念,并以此为目标对回热器进行了优化,实现了提高斯特林发动机性能的目的.①关 键 词:斯特林发动机;回热器;循环熵增
中图分类号:TK5 文献标识码:A 文章编号:1006-7043(2000)02-0037-03
ConceptofCycleEntropyIncreaseforaRanditsPerformanceGUGen-xiang1,WANGZhi-qiu1,2,GXia-ping2
(1.Dept.ofPowerEng.,HarbinEngineering;2.ShanghaiMarineDieselEngineResearchIn2stitution,Shanghai200011,China)
Abstract:TheofaregeneratorwasanalyzedbyusingtheSecondLawofThermody2namics,andaentropyincreaseforaregeneratorwasadvanced.WiththeaimofimprovingtheStirlingEngineperformance,optimizationofaregeneratorwascarriedoutbaseonthecycleentropyin2crease.
Keywords:stirlingengine;regenerator;cycleentropyincrease
回热循环是提高热效率的一种行之有效的方法,在极限情况下,回热循环可实现概括性卡诺循环,其热效率等于卡诺效率.根据概括性卡诺循环的定义,热力循环中的放热过程和吸热过程是在工质和与其等温的回热器之间进行的,这在实际热力装置中是难以实现的.因为这样的热力可逆循环要求热动力装置具有温度从热源温度到冷源温度连续变化的无数多个回热器.利用回热的典型热动力装置之一的斯特林发动机一般采用一个回热器,它担负着利用工质排出的一部分热量来加热工质的重任,是影响斯特林发动机热效率的关键元件.本文从能量“量”与“质”的双重属性出
发,提出了回热器循环熵增的概念,并以此为优化目标对回热器进行了优化计算.
1 回热器效率的定义
回热器传统的设计方法是建立在热力学第一
定律基础上能量的“量值”分析法.通过能量“量值”的分析,可揭示能量在回热器内部传递的情况,从而确定回热器的能量传递效率.
根据UrieliI.的定义[1],回热器效率定义为
εr=
EEi
式中:Ea为吸热过程回热器实际传给工质的能
①收稿日期:1999-02-03;修订日期:1999-12-06 基金项目:国家自然科学基金资助项目(59776002) 作者简介:
顾根香(1969-),男,江苏吴县人,哈尔滨工程大学动力工程系博士后,主要研究方向:特种发动机.
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量;Ei为最大理论传递能量.
在一个斯特林循环内,回热器发生的熵变化
ΔSr=
dS
∮
CV
2 回热器设计的评判指标
作为回热器设计的评判指标,必须考虑发生在回热器内部的各种热力损失,也就是说不仅要考虑能量在传递过程中“量值”的损失,而且也要考虑能量在传递过程中“品质”的下降.本节从分析以回热器为控制体的热力学第二定律出发,提出回热器设计的科学评判指标———回热器循环熵增.
为了分析回热器内部能量的传递情况,我们来考虑图1.该图表示在时间间隔dt内工质和回热器单元dx的能量交换过程1→2.由于工质和回热器发生了热交换,工质的熵发生了变化dS.如果该热交换过程为可逆过程,则dS=dSf,即过程1→2熵变量等于该过程中的熵流dSf.熵流dSf=
+
m