Hamfrijev ciklus

Termodinamički ciklusi

Članak pripada oblasti «Termodinamika».
Atkinsonov ciklus
Brajtonov ciklus
Girnaov ciklus
Dizelov ciklus
Kalinov ciklus
Karnoov ciklus
Lenuarov ciklus
Millerov ciklus
Otto ciklus
Rankinov ciklus
Stirlingenov ciklus
Trinklerenov ciklus
Hamfrijev ciklus
Eriksonov ciklus
Sadržaj termodinamike
Zakoni termodinamike
Jednačina stanja
Termodinamičke veličine
Termodinamički potencijali
Termodinamički ciklusi
Fazne promene
uredi

Hamfrijev ciklus pripada porodici termodinamičkih ciklusa. On opisuje radni proces Pulsirajućeg mlaznog motora, koji predstavlja kontinualni niz pojedinačnih procesa eksplozije. Eksplozija je ciklus, koji ima daleko veću toplotnu efikasnost od dugotrajnog sagorevanja. Pošto je pri eksploziji veća toplotna efikasnost, pa je veća i radna, u odnosu na klasično sagorevanje gasa. Idealni, Hamfrijev ciklus je karakterističan po tome, što je u njemu dovođenje toplote bez izmene zapremine gasa, sa naglim skokom pritiska. To je karakteristika eksplozije. Za razliku od ovoga, kod idealnog Brajtonovog ciklusa toplota se dovodi pri konstantnom pritisku, sa skokom zapremine gasa. Međusobni poredak i odnos ova dva ciklusa, uvek je isti, kao kod njihovog idealizovanog slučaja.^[1]^[2]^[3]

Efikasnost

Idealan Hamfrijev ciklus, sastoji se iz procesa:

1—2 adiabata (izontropska promena) kompresija radnoga fluida (porast pritiska u toku vazduha);
2—3 izohora (pri konstantnoj zapremini), dovođenje toplote (sagorevanje);
3—4 adiabatsko širenje;
4—1 izobara (pri konstantnom pritisku), odvođenje toplote.

Termički koэficient efikasnosti ciklusa, može biti izražen sa jednačinom:
$\eta =1-{\frac {k}{\pi ^{\frac {k-1}{k}}}}{\frac {\lambda ^{1/k}-1}{\lambda -1}}$ ,
gde je $\,k$ — eksponent adijabate, $\,\pi =p_{2}/p_{1}$ — stepen sabijanja u adijabatskom procesu 1—2, $\,\lambda =p_{3}/p_{2}$ — stepen sabijanja u izohoriskom procesu 2—3.
KPD ciklus takođe može biti izrađen sa odgovarajućom jednačinom:
$\eta =1-{\frac {k}{\pi ^{\frac {k-1}{k}}}}{\frac {(\lambda _{o}/\pi )^{1/k}-1}{\lambda _{o}/\pi -1}}$ , gde je $\,\lambda _{o}=p_{3}/p_{1}$ — opšti stepen sabijanja u ciklusu.
Pri $\,\pi =1$ Hamfrijev ciklus se degeneriše u Lenuarov ciklus, po kome nepovratni ventili Pulsirajućeg mlaznog motora miruju (nema razlike pritiska, ispred i iza njih).^[1]^[2]

Poređenje Brajtonovog i Hamfrijevog ciklusa

Toplotna efikasnost, data je na dijagramima dole, za dva uslova. Uslovi su po osnovu stanja pritiska pri sagorevanju u primenjenoj praksi, što odgovara pogonskom sistemu sa konstantnim napajanjem i za uslove sagorevanja gasa pod velikim pritiskom, što odgovara pogonskim sistemima koji rade na ekstremnim nivoima opterećenja materijala.

Efikasnost ciklusa, prikazana je na slici u funkciji stepena kompresije (sabijanja): $\,\lambda _{c}=p_{2}/p_{1}$ i za uslove sagorevanja sabijenog gasa sa velikim stepenom $\,{\lambda _{c}}'=p_{3}/p_{1}$
Očigledno je, za uslove realnih nivoe stepeni kompresije, da jednoj njenoj vrednosti, odgovara najveća toplotna efikasnost pri eksploziji, pa sledi Hamfrijev ciklus i na kraju Brajtonov. Ovo je ujedno i obrazloženje za uporno dalje istraživanje i razvoj, u cilju prevazilaženja negativnih osobina pulsirajućih motora. Logičan je međusobni odnos ova tri termodinamička procesa. Hamfrijev ciklus ima određene sličnosti i sa jednim i sa drugim. Ima karakteristike eksplozije, ali se one permanentno ponavljaju, u kontinuitetu, što ga čini sličnim i sa Brajtonovim. Zato je njegova toplotna efikasnost veća nego kod Brajtonovog. Saglasno sa tim i pulsirajući motori imaju veću efikasnost od turbomlaznih.^[1]^[2]^[3]

Termalna efikasnost, prikazana u funkciji stepena kompresije (levo) i kada je sagorevanje gasa (mešavine propan-vazduh) (desno), za eksploziju, Hamfrijev i Brajtonov ciklus.

Reference

^ ^a ^b ^v „Fickett-Jacobs cycle” (PDF). Pristupljeno 22. 1. 2011. ^{[mrtva veza]}
^ ^a ^b ^v „Pulsirajući i eksplozivni motor”. Arhivirano iz originala 09. 12. 2010. g. Pristupljeno 22. 1. 2011.
^ ^a ^b „Energy and Exergy Analyses of the Pulse Detonation Engine”. Pristupljeno 22. 1. 2011. ^{[mrtva veza]}

Vidi još

[-{Fickett-Jacobs_cycle}--1] v „Fickett-Jacobs cycle” (PDF). Pristupljeno 22. 1. 2011. ^{[mrtva veza]}

[Пулсирајући_и_експлозивни_мотор-2] v „Pulsirajući i eksplozivni motor”. Arhivirano iz originala 09. 12. 2010. g. Pristupljeno 22. 1. 2011.

[Energy_and_Exergy_Analyses_of_the_Pulse_Detonation_Engine-3] „Energy and Exergy Analyses of the Pulse Detonation Engine”. Pristupljeno 22. 1. 2011. ^{[mrtva veza]}

[1]

[2]

[3]