蒸汽机原理图纸(蒸汽轮机循环的优势介绍)

首先,我们必须明确,压力势能或重力势能是流体以做功方式释放其内能(或㶲)的必要条件。

也就是说,如果流体没有了压力势能或重力势能就没有了做功能力,其内能或㶲再高(表象是温度再高)也无法作为动力介质使用。例如我们周围的空气,是一种过热的混合气体,其中含有大量的内能,可它的表压势能是零,所以就无法让其直接用于动力介质,无法让其参与做功。再如我们地球上的液态水,也是一种含有大量内能的液体,如果没有落差(重力势能)也不能用于动力介质,或者必须像水电站那样建立高水位、高落差的水坝才能用于水电站的动力介质,等等。

或者说,如果流体的压力势能或重力势能降低了,其做功的能力也就降低了。

然而,在蒸汽轮机的循环流程中,蒸汽轮机本身就是一个“小进→大出”的结构,如下图一所示:

喙轮循环相对于蒸汽轮机循环的优势介绍

图一:蒸汽轮机膨胀做功原理图

由上图一可知,蒸汽轮机的这种“小进→大出”做功原理,其结构造成了大量的压力势能的损失,使水蒸气的做功能力人为地大大降低了,所以,蒸汽轮机的热效率上不去,最高低于40%。

然而,蒸汽轮机的这种“小进→大出”的结构特点,又是因为涡轮机的致命理论缺陷和致命机械原理缺陷造成的。其中的致命理论缺陷就是涡轮叶片的受力状态不完全符合牛顿第三定律,始终存在垂直于涡轮旋转面的垂直分力或分力矩;其中的致命机械原理缺陷就是涡轮是一种非点对称结构。

蒸汽轮机的涡轮结构及其工作原理最怕的情况有如下三种:

施力者的流体处于大于30%以上的汽液混合体所造成的液体沿涡轮旋转面分布不均;

或者液体集于涡轮旋转面的下半部或底部;

以及流体液相中的气泡的高频次泯灭所造成的流体振动。等等。

所以蒸汽轮机中的蒸汽液化率不能大于蒸汽所能容纳的最大雾化液体量,约30%,不能有较大的珠状“液滴”存在,否则将造成涡轮强烈失稳或振动。

但是,在喙轮循环中就完全避免了“小进→大出”这种结构所造成压力势能损失,如下图二所示:

喙轮循环相对于蒸汽轮机循环的优势介绍

图二:喙轮发动机动能冲击做功原理图

由上图二可知,喙轮发动机中完全避免了“小进→大出”结构的做功原理,改进为超音速流体动能做功原理,其结构将压力势能最大程度地用于做功,而非膨胀;其中的进出口之间或级间的压差由蒸汽液化体积缩小或/和蒸汽降温体积缩小提供,使蒸气(包括水蒸气、有机质蒸汽和氮蒸汽)的做功能力大大提高,将蒸汽中的95%以上的潜热也释放出来参与做功,所以,蒸汽喙轮发动机的热效率极高,最高可达75%以上。

喙轮发动机的这种超音速动能做功的结构特点,完全得益于其力学理论和机械原理的正确性和合理性。其中的力学理论正确性就是喙轮的喙齿的受力状态完全符合牛顿第三定律,其作用力和反作用的各自的合力均与喙轮的旋转面在同一平面内或同一切线上;其中的机械原理的合理性就是喙轮是一种点对称结构,旋转稳定性极佳:

无论施力者的流体处于何种状态(气体或液体或汽液混合体等)喙轮都不会失稳、振动;

无论施力者的流体处在圆周切向的任何方位也不会使喙轮失稳、振动;

也无论环形加速器的加速喷口的数量多少亦不会使喙轮失稳、振动;

也无论流体液相中的气泡如何高频次泯灭所造成的流体振动亦不会使喙轮失稳、振动。等等。

所以,喙轮发动机的喙轮能够承受超音速流体的强大冲击力或冲击能量。蒸汽在强大的冲击力或冲击能量的强制作用下,无论是其显热还是其潜热都将被释放出来参与做功。

从总体上说,喙轮发动机的这种超音速动能做功的结构特点,就是使流体在喙轮发动机内部形成了龙卷风效果,使流体裹挟、冲击着喙轮,使其高速旋转,在此过程中将流体中的内能或者㶲最大程度的释放出来参与做功。

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