Условия работы регенератора в реальном двигателе существенно отличаются от тех предполагаемых условий, которые рассматрива­лись выше для идеального случая. Температура рабочего тела на входе в насадку не постоянна, а периодически изменяется, поскольку процессы сжатия и расширения не изотермические. Тем­пература на выходе из насадки регенератора также меняется и не только из-за ее периодического изменения на входе, но и из-за огра­ниченных значений коэффициента теплоотдачи и поверхности тепло­обмена насадки, приводящих к конечным скоростям теплоотдачи. Параметры потока рабочего тела на входе в насадку (или на выходе из нее) не постоянны, а непрерывно меняются: давление, плотность и скорость изменяются в широких пределах, а изменение темпера­туры происходит в более ограниченном диапазоне.

В качестве примера на рис. 7-1 показаны циклические измене­ния давления в полостях сжатия и расширения в криогенной газо­вой машине, работающей по циклу Стирлинга. Приведенные на гра­фиках кривые изменения давления получены с помощью индикатора Фарнборо. Для сравнения вместе с двумя указанными зависимо­стями, полученными для различных частот вращения, даны и теоре­тические кривые, рассчитанные по теории Шмидта.

Из рис. 7-1 видно, что амплитуды измеренного давления рабо­чего тела в полости расширения почти точно совпадают с амплиту­дами кривых, рассчитанных по теории Шмидта. Однако что ка­сается фаз, то совпадение с кривыми, рассчитанными по теории Шмидта, наблюдается лишь для полости сжатия. Кроме того, ин­тересно отметить, что при изменении частоты вращения от 800 до 1800 об/мин■принципиальный характер изменения амплитуд для полости сжатия и их сдвиг по фазе для полости расширения сохра­няются. Расхождение давлений на диаграммах для полостей сжатия и расширения происходит из-за гидравлического сопротивления по­току газа, имеющего место в конденсаторе, регенераторе и холо- 756

Дильнике. Можно показать, что гидравлические потери давления не являются пренебрежимо малыми и находятся в достаточно слож­ной зависимости от частоты вращения. Как было уже замечено, по­добное влияние оказывает и плотность рабочего тела (Уокер, 1963 г.).

Дальнейшие расчеты для этой машины проводили, исходя из предположений ее работы строго по циклу Шмидта. На рис. 7-2 приведены графики циклического изменения массового расхода ра­бочего тела, рассчитанные для двух различных средних давлений. Эти графики в некоторой степени трудны для понимания[11]. На каж­дом из них имеются по две кривые: одна показывает массовый рас­ход потока в полость и из полости расширения, другая — массовый расход потока в полость и из полости сжатия. Кривые, лежащие выше оси абсцисс, относятся к массам потока, поступающего в полость рас­ширения и выходящего из по­лости сжатия; кривые, лежа­щие ниже оси абсцисс, — к массам потока, выходящего из полости расширения и посту — • пающего в полость сжатия. Площадь перекрытия кривых характеризует период общего потока газа, проходящего через мертвый объем, вклю­чающий и регенератор. В криогенной газовой машине за направление «горячего по­тока» принимается направле­ние в полость расширения, а «холодного потока» — в по­лость сжатия.

Из рассмотрения зависимо­стей на рис. 7-2 можно сделать важный вывод: время прохождения общего потока газа через мерт­вый объем (который в основном — регенератор) составляет не более половины всего времени цикла. Рассмотрим более подробно рис. 7-2 (верхние части графиков); за период от Л до Б общий поток газа проходит через регенератор в направлении полости расширения; за период от В до С поток газа выходит из регенератора в двух на­правлениях — в полости расширения и сжатия; за период от С до D Общий поток газа проходит через регенератор в направлении по­
лости сжатия; за период от D до А поток направляется в регенератор из двух полостей — сжатия и расширения.

Дальнейшими расчетами можно графически показать траекто­рии отдельных частичек рабочего тела. Это сделано на рис. 7-3, где все объемы потока расположены в такой последовательности: самый верхний относится к изменению объема потока в полости расширения, а самый нижний — в полости сжатия. Крайние кри­вые характеризуют траектории частичек, примыкающих непосред­ственно к днищам поршня и вытеснителя. Показаны также цикли­ческие траектории некоторых других частичек рабочего тела, на­ходящихся в промежуточных сечениях. Заслуживает особого внима­ния поведение одной из частиц рабочего тела: эта частица никогда не покидает регенератор, а совершает лишь колебательные движе­ния внутри насадки в течение всего цикла, что говорит о том, что ни одна частица рабочего тела не проходит через регенератор. Этот экстраординарный вывод очень важен при рассмотрении класси­ческой теории регенератора применительно к машинам с циклом Стирлинга.

Из рассмотрения зависимостей на рис. 7-1—7-3 следует глав­ный вывод: рабочее тело в машинах Стирлинга имеет сложный вид движения.