Регенеративный цикл

Выше было показано, что в заданном интервале температур от Т₁ до Т₂ термический к.п.д. любого обратимого цикла меньше, чем у цикла Карно. Вместе с тем можно получить столь же высокий термический к. п. д., если осуществить регенерацию тепла, сущность которой состоит в следующем.

Представим себе цикл 1-2-3-4-1 (рис. 5-15), состоящий из двух изотерм 1-2 и 3-4 и двух эквидистантных в горизонтальном направлении кривых 2-3 и 4-1. В таком цикле тепло подводится к рабочему телу на участках 4-1 и 1-2, а отводится на участках 2-3 и 3-4.

Вследствие эквидистантности кривых 2-3 и 4-1 площади 2-6-7-3-2 и 1-8-9-4-1 при наложении совпадают, следовательно, тепло, отдаваемое рабочим телом на участке 2-3, в точности равно теплу, получаемому им на участке 4-1. Следовательно, если тепло процесса 2-3 аккумулировать в устройстве, называемом регенератором, а затем передавать обратимым путем рабочему телу в процессе 4-1, то все тепло цикла, получаемое рабочим телом извне (т. е. тепло процесса 1-2),будет равно теплу q₁, получаемому им в цикле Карно 1-2-5-10-1, осуществляемом .в том же интервале температур. Точно так же все тепло цикла, отдаваемое рабочим телом во вне (т. е. тепло процесса 3-4), будет равно теплу q₂ , отдаваемому им .в том же цикле Карно (т. е. теплу процесса 5-10),, что вытекает из равенства отрезков 3-4 и 5-10.

Отсюда следует, что термический к. п. д. рассматриваемого регенеративного цикла составит

, (5.24)

т. е. будет равен термическому к. п. д. цикла Карно.

Регенератор в простейшем виде можно представать себе в виде трубы со стенками большой, теплоемкости, горячий конец которой имеет температуру Т₁, а холодный – температуру Т₂.Вдоль трубы температура стенок уменьшается от Т₁ до Т₂, оставаясь в каждом сечении неизменной. В процессе 2-8 рабочее тело проходит от горячего конца к холодному и отдаваемое им тепло аккумулируется стенками. В процессе же 4-1 оно проходит через трубу в обратном направлении и воспринимает тепло, аккумулированное стенками. В каждом из промежуточных сечений температуры рабочего тела и стенок трубы бесконечно близки, поэтому оба процесса являются обратимыми.

Регенерация тепла находит широкое практическое применение, особенно в паросиловых установках при подогреве питательной воды, в газотурбинных установках при подогреве сжатого воздуха, а также в сталеплавильных мартеновских печах при подогреве воздуха, подаваемого для сжигания топлива.