Вопросы разработки двигателя с внешним подводом теплоты

Бондарчук В.У.

ГНУ "ИТМО" НАНБ, Минск, Беларусь

Внимание к разработке двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ)  вызвано несколькими причинами. Это и возможность использования широкого спектра топлив, выбрав наиболее дешевое и близко расположенное от потребителя. Особенности конструкции ДВПТ позволяют увеличить ресурс работы и получить высокие экологические характеристики. Но, не смотря на все плюсы ДВПТ пока существуют  в экспериментальных вариантах и не заняли достойного места среди энергетических систем.

Начиная с изобретения первого двигателя с внешним подводом теплоты Стирлингом, к созданию ДВПТ возвращались неоднократно. И каждый раз результаты не находили широкого внедрения. Очередной интерес к созданию ДВПТ вызван, как стремлением создать автономную энергосистему на местном и дешевом топливе, так и надеждой, что современные высокие технологии позволят сделать ДВПТ конкурентно способным. При этом приходится сталкиваться с решением широкого спектра задач по теплообмену и гидродинамики.

ДВПТ является динамическим тепловым преобразователем. В замкнутом внутреннем контуре изменяемого объема находится рабочее тело, над которым совершается тот или иной термодинамический цикл. Основной подвод теплоты к рабочему телу  происходит извне, в нагревателе; отвод теплоты - в холодильнике. Как правило, современные требования  к эффективности двигателя предполагают наличие регенерации (рекуперации) теплоты как во внутреннем, так и во внешнем контуре. Внешний контур представлен совокупностью систем подвода и отвода теплоты. Назначение ДВПТ - преобразование тепловой энергии различных источников среднего и высокого температурного потенциала (600...1500 К) в механическую энергию.

В докладе рассматриваются схемы организации рабочего цикла в ДВПТ, и обсуждается выбор конструкции. Приводятся данные расчета рабочих параметров отдельных узлов ДВПТ. Особое внимание уделено теплообменным системам. Рассматриваются режимы работы горячего теплообменника и рекуператора. Рассмотрены методы интенсификации теплообмена с учетом режима работы ДВПТ и особенностей конструкции. В докладе приводятся данные испытаний узлов ДВПТ.