что такое степень регенерации

ГТУ с регенерацией

2. 1.1. Степень регенерации

Рис. 2.1. Схема ГТУ с регенерацией; 1 – регенератор.

Одним из способов повышения к. п. д. ГТУ является при­менение регенеративного подогрева воздуха перед его поступ­лением в камеру сгорания. Повышение температуры воздуха осуществляется в специальном теплообменнике — регенера­торе (рис. 2.1) за счет теплоты газов, покидающих ГТУ. Ко­личество теплоты, передаваемой воздуху в регенераторе, ха­рактеризуется степенью (коэффициентом) регенерации r, ко­торая определяется как отношение действительной величины повышения энтальпии воздуха в регенераторе к максимальной величине, при которой температура воздуха за регенератором становится равной температуре газа турбиной T₄, т. е.

где энтальпия воздуха i_4в определяется по температуре T₄. Если пренебречь изменением теплоемкости с_рт, то

(2.1)

При T₆ = Т₂ степень регенерации r= 0, что соответствует ГТУ простой тепловой схемы. В предельном случае T₅ = при r = 1, что может иметь место в идеальном регенераторе с бесконечной поверхностью нагрева. Таким образом, в ГТУ может применяться регенеративный подогрев воздуха, ха­рактеризуемый степенью регенерации в диапазоне от 0 до 1 (0

К. п. д, идеальной ГТУ с регенерацией — отношение полез­ной работы к подведенной в камере сгорания теплоте. Если полезная работа Н = — Н_К определяется по формуле (1.3), справедливой для идеальной ГТУ простой тепловой схемы, то подведенная теплота q= с_р(Т₃ — Т₅) зависит от степени регенерации. В соответствии с выражением (2.1)

Тогда к. п. д. идеальной ГТУ с регенерацией

(2.2)

,где коэффициен. Из этого выражения следует что чем выше r, тем меньше коэффициент и тем больше к. п. д. ГТУ. Интерес иредставляют предельные слу­чаи:

Рис. 2.2. Характеристики идеального цикла ГТУ с регенерацией

2.1.3. Анализ показателей реальной ГТУ

Для упрощения анализа будем полагать, что. Такие допущения внесут некоторую погрешность результаты расчета, однако не повлияют на каче­ственную сторону анализа.

В реальной ГТУ температура воздуха за компрессором

равна температуре газа за турбиной при условии

(2.5)

Сравнивая и из формул (1.17) и (2.5), при сделанных допущениях получаем зависимость

Из которой видно, что в реальной ГТУ , так как сомножитель при в формуле (2.6) всегда меньше единицы.

К.п.д. ГТУ с регенерацией определяется по формуле

Или, при использовании политропических к.п.д. турбомашин,

Приравняв к нулю производную , найдем , при которой к.п.д. ГТУ достигает максимальной величины:

Полученный результат качественно совпадает с результатом анализа идеальной ГТУ. Применение регенерации значительно понижает оптимальную по кпд степень повышения давления, а при r=0,5 величина .

Степень регенерации оказывает большое влияние на размеры теплопередающей поверхности регенератора Действительно, количество теплоты , подводимое к воздуху в регенераторе, с одной стороны, определяется по уравнению теплопередачи , а с другой – по уравнению теплового баланса где – коэффициент теплопередачи от газа к воздуху; – температурный напор в регенераторе.

Приравняв правые части этих уравнений, определим относительную поверхность регенератора

То приведенная поверхность регенератора равна:

По мере роста r относительная поверхность регенератора увеличивается, стремясь к бесконечности при r, стремящемся к единице.

Включение регенератора в схему ГТУ вызывает дополнительные потери давления, которые изменяются пропорционально величине теплопередающей поверхности. Относительные потери давления со стороны нагреваемого воздуха , а со стороны горячего газа где,– коэффициенты пропорциональности [10].

Общий коэффициент потерь давления в регенераторе можно найти как отношение степени понижения давления газа в ГТУ с регенератором к степени понижения давления газа в ГТУ безе регенератора, т.е.

Или, отбрасывая члены второго порядка малости,

Где – обобщенный коэффициент пропорциональности.

Рис. 2.3 Характеристики ГТУ с регенерацией.

При расчете схемы ГТУ, когда действительные потери давления в регенераторе еще неизвестны, можно принимать . С учетом выражения (2.7) коэффициент , характеризующий общие потери давления в ГТУ с регенерацией, определяется по формуле

Где общий коэффициент потерь давления в ГТУ без регенерации.

Потери давления в регенераторе вызывают снижение полезной работы ГТУ, особенно сильное при больших значениях r. Целесообразная величина степени регенерации зависит от и , и при составляет 0,8-0,85, а при – 0,85-0,9.

Зависимость ГТУ с регенерацией от r и приведена на рис.2.3, из которого видно, что при правильном выборе параметров применение регенерации может существенно повысить к.п.д. установки. Однако в каждом конкретном случае вопрос о применении регенерации должен решаться с учетом результатов технико-экономического анализа.

2.2. Промежуточное охлаждение воздуха и дополнительный подвод теплоты к газу.

Мощность ГТУ определяется как разность больших мощностей турбины и компрессора. Поэтому снижение мощности компрессора вызовет более значительное относительное повышение мощности ГТУ. Работа, затрачиваемая на сжатие воздуха, будет минимальной при изотермическом процессе. Для того чтобы осуществить такой процесс, требуется непрерывный отвод теплоты в количестве, равном затрачиваемой на сжатие работе. При этом температура воздуха в процессе сжатия остается постоянной (изотерма 1-2 на рис. 2.4,а).

Рис. 2.4. Идеальный цикл ГТУ: a – с изотермическим сжатием; б – с изотермическим расширением.

Если сравнить процесс в Ts-диаграмме при изотермическом сжатии 1-2-3-4 с циклом идеальной ГТУ 1-2t-3-4, то при изотермическом сжатии полезная работа будет больше на величину

, где — работа сжатия при s=const; – работа сжатия при T=const.

Выигрыш в полезной работе при изотермическом сжатии сопровождается увеличением затрат теплоты в камере сгорания. Дополнительная теплота может быть выражена как

При оптимальном значении , значительно большем по величине, чем в ГТУ простой тепловой схемы, применение изотермического сжатия теоретически позволяет получить увеличение не только полезной работы ГТУ, но и ее к.п.д.

Полезная мощность ГТУ может быть повышена как за счет снижения мощности компрессора, так и за счет увеличения мощности турбины. Максимальная мощность турбины будет при изотермическом процессе расширения газа. Для того чтобы осуществить такой процесс, требуется непрерывный подвод теплоты при расширении газа в количестве, равном величине отводимой работы. При этом температура газа в процессе расширения остается постоянной (изотерма 3-4 на рис. 2.4,б).

При изотермическом расширении газа полезная работа возрастет на величину

Что равно площади 3-4-4t-3 на рис. 2.4. В выражении (2.8) введены обозначения: — работа расширения газа при T=const, — работа расширения газа при s=const.

Для осуществления изотермического расширения потребует дополнительный подвод теплоты

При оптимальном значении применение изотермического расширения газа теоретически позволяет получить увеличение как полезной работы ГТУ, так и ее к.п.д. Однако изотермические процессы сжатия и расширения практически не могут быть реализованы.

Известным приближением к таким процессам является введение промежуточного охлаждения воздуха при его сжатии и дополнительного подвода теплоты к газу в процессе его расширения. Осуществление таких процессов достигается разделением компрессора и турбины на отдельные отсеки (корпуса) и включением между отсеками компрессоров воздухоохладителей, а между отсеками турбин дополнительных камер сгорания.

В качестве примера на рис. 2.5, а изображена схема ГТУ с двумя ступенями сжатия, осуществляемыми в компрессорах высокого (КВД) и низкого (КНД) давления, и одной ступенью охлаждения, расположенной между этими компрессорами. В ГТУ также применены две ступени расширения в турбинах высокого (ТВД) и низкого (ТНД) давления и дополнительная камера сгорания, расположенная между этими турбинами.

Рис. 2.5. ГТУ с промежуточным охлаждением и подогревом рабочего тела:

а — схема; б — циклTs-диаграмме

К.п.д. дополнительного цикла 1’ — 2 — 2″ — 2′ — 1′, определяемый как отношение ∆H/∆q, будет

(2.9)

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Сколько срастается перелом: этапы и сроки заживления костей

Сколько срастается перелом, зависит от степени тяжести полученной травмы, возраста пациента и соблюдения всех врачебных предписаний во время восстановительного периода.

У людей пожилого возраста срок срастания костной ткани значительно больше по причине недостаточного количества кальция в организме и возрастных изменений, которые затягивают процесс восстановления всего организма.

Стадии регенерации костей

В медицинской практике были выделены следующие регенерационные стадии:

Катаболизм структур ткани и клеточной инфильтрации. Ткань после повреждения отмирает, происходит распад клеток на элементы, появляются гематомы.

Стадия дифференцировки клеток. Для этого этапа характерно первичное срастание костей. При хорошем кровоснабжении сращение проходит по типу первичного остеогенеза. Длительность процесса занимает 10-15 суток.

Стадия образования первичного остеона. Костная мозоль начинает формироваться на поврежденной области. Осуществляется первичное срастание. Пробивается ткань капиллярами, белковая ее основа затвердевает. Хаотичная сеть трабекул кости прорастает, а они, соединяясь, формирую остеон первичный.

Стадия спонгиозации мозоли. Для этого этапа характерно появление пластичного костного покрова, появляется корковое вещество, восстанавливается поврежденная структура. В зависимости от тяжести повреждения эта стадия может длиться как несколько месяцев, так и до 3 лет.

Обязательное условие для нормально срастающегося перелома является протекание стадий восстановления без нарушений и осложнений.

Скорость заживления переломов у взрослых

Процесс срастания костей сложен и занимает продолжительное время. При закрытом переломе в одном месте конечности скорость заживления высока и составляет от 9 до 14 дней. Множественное повреждение заживает в среднем около 1 месяца. Самым опасным и долгим для восстановления считается открытый перелом, период заживления в таких случаях превышает 2 месяца. При смещении костей относительно друг друга еще больше увеличивается длительность процесса регенерации.

Заживление переломов верхних конечностей происходит медленно, но они представляют меньшую опасность для человека, чем повреждения нижних конечностей. Заживают они в следующие сроки:

фаланги пальцев — 22 дня;

кости запястья — 29 дней;

лучевая кость — 29-36 дней;

локтевая кость — 61-76 дней;

кости предплечья — 70-85 дней;

плечевая кость — 42-59 дней.

Сроки заживления переломов нижних конечностей:

пяточная кость — 35-42 дня;

плюсневая кость — 21-42 дня;

лодыжка — 45-60 дней;

надколенник — 30 дней;

бедренная кость — 60-120 дней;

кости таза — 30 дней.

Причинами низкой скорости заживления могут стать неправильное лечение, избыточная нагрузка на сломанную конечность или недостаточный уровень кальция в организме.

Скорость заживления детских переломов

У ребенка лечение перелома происходит быстрее на 30%, по сравнению со взрослыми людьми. Это обусловлено высоким содержанием оссеина и белка в детском скелете. Надкостница при этом толще, у нее отличное кровоснабжение. Скелет детей постоянно увеличивается, и присутствие зон роста ускоряет еще больше костное срастание. У детей с шестилетнего до двенадцатилетнего возраста при поврежденной ткани кости наблюдается коррекция отломков без оперативного вмешательства, в связи с чем в большинстве ситуаций специалисты обходятся только наложением гипса.

Самые частые переломы у детей:

Полные. Кость в таких случаях разъединяется на несколько частей.

Компрессионные переломы происходят по причине сильного сдавливания вдоль оси трубчатой кости. Заживление происходит за 15-25 дней.

Перелом по типу «зеленой ветви». Происходит изгиб конечности, при этом образуются трещины и отломки. Возникает при чрезмерном давлении с силой, недостаточной для полного разрушения.

Пластический изгиб. Появляется в коленных и локтевых суставах. Наблюдается частичное разрушение костной ткани без рубцов и трещин.

Первая помощь при переломе

Большую роль на скорость сращивания сломанных костей влияет оказание первой помощи при переломах. Если это открытый перелом, очень важно чтобы в рану не попала инфекция, чтобы избежать воспаления и нагноений на этом участке. Поэтому поврежденный участок нужно обеззаразить, для этого окружности ранения стоит обработать антисептиком, и накрыть стерильной салфеткой до приезда команды медиков.

Чтобы транспортировать в медицинское заведение пострадавшего, необходимо организовать иммобилизацию конечности. Используют для выполнения задачи подручные средства – фанеру, плоские доски, ветви деревьев, которые тканью либо бинтом закрепляют к поврежденной конечности. Если у человека наблюдается травма позвоночника, то для транспортировки используются твердые носилки, либо подручные средства, например плоские доски, на которые нужно аккуратно уложить больного.

Сроки консолидации переломов напрямую зависят от оказания первой помощи и скорой транспортировке потерпевшего в больницу.

Механизм заживления

Сращивание переломов начинается сразу после получения травмы. Срастание может быть двух видов:

Механизм сращивания переломов очень сложный, поэтому делится на определенные стадии:

По окончании всех стадий, сросшаяся кость снова обретает свою прочность, и способна выдерживать разные нагрузки.

Факторы, влияющие на скорость сращения костей

Заживление сломанной кости зависит от ряда факторов, которые либо ускоряют его, либо препятствуют ему. Сам процесс регенерации индивидуален для каждого пациента.

Оказание первой помощи имеет решающее значение для скорости заживления. При открытом переломе важно не допустить попадания в рану инфекции, т.к. воспаление и нагноение замедлят процесс регенерации.

Заживление происходит быстрее при переломе мелких костей.

При открытых переломах костная мозоль образуется гораздо дольше, если развивается раневая инфекция, которая сопровождается костной секвестрацией и остеомиелитом посттравматическим. Именно поэтому при неправильной терапии перелома формирование костной мозоли замедляется или вообще не наступает. В таких ситуациях появляются долго не срастающиеся переломы, отличающиеся медленной консолидацией, а также ложные суставы:

Если пациенты страдают гиповитаминозом и авитаминозом (остеомаляция у беременных, рахит, цинга).

Если есть нарушения деятельности паращитовидных желез (уменьшение концентрации кальция в крови) и надпочечниковые гиперфункции.

Наличие сопутствующих заболеваний, протекающих в хронической стадии, а также воспалительных процессов. Любые патологические процессы в организме значительно затягивают срок восстановления после перелома.

Наличие избыточной массы тела негативно влияет на процесс заживления костной ткани.

Несоблюдение сроков ношения гипсовой повязки. Многие случаи слишком долгого срастания костной ткани связаны с тем, что человек не хочет долго ходить в гипсе, снимает его раньше срока, установленного врачом. Срастающийся участок кости находится под давлением, происходит смещение.

Как быстро срастаются кости, зависит и от такого фактора, как необходимость установки импланта. Встречается это в тех случаях, когда осколков кости слишком много, они очень мелкие, и собрать их заново не представляется возможным.

Как ускорить срастание костей?

Чтобы процесс восстановления кости происходил быстрее, следует получить адекватное лечение, обеспечить пациенту правильное питание, прием витаминных комплексов, обогащенных кальцием, витамином D. Источником последнего компонента являются куриный желток и солнечные лучи.

Процесс срастания костей после перелома, не в последнюю очередь зависит от количества кальция в организме («строительного» минерального элемента для костной ткани). Для повышения концентрации данного элемента в организме пациенту назначаются специальные медицинские препараты. В обязательном порядке корректируется питание, основу рациона должны составлять молочные продукты.

Пациентам с повреждением костей рекомендована физическая активность уже через несколько суток после травмы. Физические упражнения можно разделить на занятия в период иммобилизации и активность в период постиммобилизации.

В то время, когда наложен гипс, нагрузка дается для профилактики застойных процессов. Выполняются следующие упражнения:

идеомоторные упражнения – мысленное сохранение двигательной активности в поврежденной зоне;

упражнения для свободных мышц для сохранения активности и профилактики мышечной атрофии;

статические упражнения для поддержания тонуса;

упражнения для противоположной конечности.

Тщательное выполнение всех этих пунктов обязательно ускорит процесс восстановления, а кость срастется быстро и правильно.

Источник