Машина прямого перетворення тепла в корисну роботу за особливим термодинамічним циклом з активним використанням кінетичної енергії робочого тіла

1 Машина для перетворення тепла в корисну роботу за термодинамічним циклом з активним використанням кінетичної енергії робочого тіла, яка має пристрій для стиснення робочого тіла дифузор, пристрій для розширення робочого тіла прискорювач і нагрівач - джерело тепла - двигун, яка відрізняється тим, що прискорювач виконаний у вигляді жолоба, відкритого в навколишнє середовище дифузором, а нагрівач - це повітря середовища в дифузорі, нагріте джерелом тепла зовнішнього згоряння 2 Машина за п 1, яка відрізняється тим, що прискорювач виконують з теплопровідного матеріалу, який обмивають холодоагентом або повітрям охолоджуваної камери Машина для перетворення тепла в корисну роботу за термодинамічним циклом з активним використанням кінетичної енергії робочого тіла призначається для використання на транспорті, в будівництві, промисловості та других галузях господарства (нижче - двигун) Аналогами заявляемого винаходу є теплові двигуни, описані в загальнодоступних джерелах інформації поршневі, турбінні, реактивні, та ІНШІ внутрішнього та зовнішнього згоряння Признаками аналогів відповідаючих признакам винаходу є наявність пристрою для стиснення та пристрою для розширення робочого тіла (далі по тексту "тіла"), нагрівача - джерела тепла та "тіла" - повітря, виконуючого в термодинамічному циклі корисну роботу з переміщення "поршня" за рахунок підводу зовнішнього тепла з термічним коефіцієнтом корисної дії (ККД) 111=0,28-0,42 переміщення двигуна (літака) виконується за рахунок реактивної сили (сили тяги) з ККД, який залежить від швидкості польоту Доцільне використання - у високих шарах атмосфери на великих швидкостях Причиною, яка не дозволяє досягнути необхідного технічного результату у прототипу, є необхідність витрати роботи розширення (близько третини) на "вимушений супутній попередній процес стиснення", неможливість, за наявних умов взаємодії, використовувати другий вид роботи розширення - кінетичну енергію "тіла" для виконання корисної роботи, необхідність використання високоякісних та висококалорійних видів палива, спалювання яких у високотемпературному режимі супроводжується виділенням отруйних речовин, забруднюючих навколишнє середовище (далі "середовище"), неможливість використання в середовищі проживання через велику (близько 650 км/год) стартову швидкість Прототипом заявляемого винаходу є прямоточний повітряний реактивний двигун із надзвуковою швидкістю польотів (НППРД) (Бондарюк М М , Ильяшенко С М "Прямоточные воздушнореактивные двигатели", "Оборонгиз", 1958г) Суттєвими признаками винаходу, ВІДПОВІДНИМИ суттєвим признакам прототипу, є наявність пристрою для стиснення "тіла" в надзвуковому режимі з підводом тепла тертя, а в дозвуковому - в дифузорі, пристрою для розширення "тіла" - прискорювача, нагрівача - джерела тепла та "тіла" - повітря, виконуючого в термодинамічному циклі роботу з прискорення "тіла", в якому кінетичну енергію "тіла" використовують як рушій, а корисна робота з вш В основу винаходу поставлено задачу прототип НППРД, шляхом зміни конструкції пристроїв, їх взаємного розташування та умови підводутепла по закону обернення дії, - пристрій для прискорення "тіла" - виконаний у вигляді жолоба, відкритого в навколишнє середовище дифузором, що визначає тангенціальне розташування дифузора відносно прискорювача, виготовленого з будь-якого матеріалу, витримуючого силове навантаження в температурному режимі від 130 до 400К, наприклад, сталь марки СТ-45СП (спокійної плавки) штамповкою, як один пристрій термоізольований СО 43474 від середовища , а нагрівач - повітря середовища в дифузорі нагріте джерелом тепла зовнішнього згоряння, наприклад, газовою форсункою, забезпечити підвищення термічного ККД до значення lit =0,7-0,8 за рахунок подвійної передачі тепла та заміни вимушеного супутного попереднього процесу стиснення із затратою механічної роботи на сприятливий супутний послідуючий процес стиснення, що поліпшує контакт "тіла" з середовищем з використанням кінетичної енергії тіла для роботи проти сили опору "середовища" - тиску "середовища", можливість використання в середовищі проживання незалежно від швидкості руху, зменшення тиску в прискорювачі та "середовищі", прискорення "тіла" під тиском "середовища", зменшення забруднення "середовища" отруйними речовинами відпрацьованих газів за рахунок повноти згоряння палива, можливість використання утильного тепла, виконання роботи з переміщення підтиском "середовища", яку використовують як силу тяги (піднімальну силу) на різних видах транспорту та другої роботи Машина за п 1 для роботи в якості теплового насоса, який відрізняється тим, що прискорювач виконують із теплопровідного матеріалу, який обтікають холодоагентом або повітрям охолоджуваної камери На фіг 1 зображений схематичний вигляд машини для перетворення тепла в корисну роботу за термодинамічним циклом з використанням кінетичної енергії робочого тіла (прямоточний повітряний двигун з активним "тілом" - ППДАТ) в трьох проекціях, фіг 2 - p.v-діаграма термодинамічного циклу машини для перетворення тепла в корисну роботу з активним використанням кінетичної енергії "тіла" - ППДАТ з усередненим циклом d та узагальненим циклом G2, фіг 3 - p.v-діаграма термодинамічного циклу машини для перетворення тепла в корисну роботу з активним використанням кінетичної енергії "тіла" - ППДАТ з усередненим циклом d та множиною циклів G2, фіг 4 - схема машини для перетворення тепла в корисну роботу за термодинамічним циклом з активним використанням кінетичної енергії "тіла" ППДАТ із визначенням розташування конструктивних елементів та перехідних точок циклу На фіг 1 показане креслення двигуна ППДАТ в трьох проекціях пристрій для розширення "тіла" -прискорювач 1, пристрій для стиснення "тіла" дифузор 2, джерело тепла - нагрівач Qi, 3 - повітря середовища в дифузорі, нагріте джерелом тепла зовнішнього згоряння, перехідні точки процесів циклу визначаються критичним перерізом в прискорювачі SKp(dw>0) 4 та критичним перерізом "тіла" в дифузорі ЕКр (dw1) за рахунок тангенціальної складової кінетичної енергії "тіла" Gi в процесі тертя в обмін на тепло нагрівача-середовища Qi а в дозвуковому (М0) 4 з параметрами в критичному перерізі Ркр и 53 кПа, wKp «310 м/с, Т к р » 255 К, а закінчується в точці 2 m з параметрами Ртщ » 1 0 5 кПа, m w m a x и 550-600 м/с, Ттщ « 13О К, що відповідає усередненому значенню параметрів в точці 2 у с Р2ус =15-20 кПа, w 2 y c = 450 - 500 м/с, Т 2ус » 160 К ПОСЛІДОВНІСТЬ процесів циклу d 1 -2уС - адіабатне розширення під тиском середовища з параметрами "середовища" в точці 1, наприклад, Ро= Рі = 98 кПа, w o = wi -» 0, То = Ті = 300 К 2ус-3ус - ізохорний супутній, сприяючий процес із підводом тепла Q2 від множини циклів G2 різної температури до "тіла" Gi змінної температури з надзвуковою швидкістю течи, виконанням роботи проти тиску середовища від Р2ус до Ркр (dw Ро, 2-3 - ізохорний процес із відводом тепла Q2 до "тіла" G-і, зниження тиску в прискорювачі та прискорення G2 за рахунок кінетичної енергії Gi, 3-4 - ізохорне стиснення в дифузорі сумісно з Gi та виконанням роботи проти тиску середовища за рахунок кінетичної енергії Gi + G2, 4-1 - ізохорний процес із підводом тепла Qi прискорення Gi та середовища-нагрівача за рахунок тепла Qi взаємодія 2 кг "тіла" з 2 кг нагрівача-середовища Множина циклів G2 фіг 3 являють собою турбулентний граничний прошарок - природний процес - з підводом тепла від нагрівача-середовища змінної температури Qi з температурою Ті = То + t, де t - 30-80°С до множини циклів різної температури на верхньому рівні тиску Р4 -> Ро та відводом на нижньому Ркр (dw Ро Перехідна точка 4 загальна для циклів d і C-z не має конкретного визначення параметрами, оскільки залежить від швидкості переміщення двигуна в "середовищі" Але для розрахунку сили тяги треба завжди брати Ро, оскільки Р4 може бути тільки менше Ро за рахунок прискорення нагрівача-середовища ДР = Ро - 0,2 Ро, АР = 98 кПа - 20 кПа = =78 кПа забезпечує піднімальну силу (силу тяги) на площі 0,1 м 2 (1000 см2) 7,8 кН (780 кг) Потужність "тіла" Ек = 100 кВт забезпечує роботу проти тиску середовища на цій площині Технічний результат, який характеризує зменшення забруднення навколишнього середовища отруйними речовинами, досягається за рахунок надлишку повітря при горінні палива Може працювати на утильному теплі Оскільки заявлюваний двигун класифікується як сопло теплове, робоче тангенціальне, розхідне, то рівняння першого закону термодинаміки має такий вигляд (tga-1 dw w J pc v де а - кут взаємодії в режимі (M>1)-45