Обобщенный цикл тепловых двигателей с газообразным рабочим телом.

• процессы в идеальных термодинамических циклах протекают во всех своих стадиях с постоянным количеством рабочего тела;
  
• сгорание топлива не происходит, в связи с чем химический состав рабочего тела принимается постоянным на всех стадиях термодинамического цикла;
  
• процесс сгорания при этом заменяется подводом теплоты к рабочему телу от некоторого фиктивного горячего источника теплоты;
• процессы сжатия и расширения рабочего тела принимаются адиабатными;
  
• удаление отработавшего рабочего тела не учитывается и заменяется отводом теплоты от рабочего тела к так называемому холодному источнику теплоты (холодильнику);
  
• теплоемкости рабочих тел не зависят от температуры;
  
• рабочим телом является идеальный газ.
  

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания.

__

          В нижней мертвои точке (НМТ ) впускной клапан 2 закрывается и поршень 5, псремещаясь вверх, совершает такт II называемый тактом сжатия. Вблизи ВМТ топливо воспламеняется и давление вследствие выделяющейся теплоты резко поднимается. После завершения сгорания совершается такт III, называемый рабочим тактом (или тактом расширения). Вблизи НМТ открывается выпускной клапан, давление падает и при движении поршня от НМТ к ВМТ (такт IV) отработавшие газы выталкиваются из цилиндра (такт выхлопа).
         Эти четыре такта и составляют действительный цикл ДВС. Записывается этот цикл экспериментальным путем с помощью прибора, называемого индикатором, и называется и индикаторной диаграммой (рис. 23.3). В термодинамических циклах ДВС такты впуска и выпуска (I и IV на рис. 23.3) не рассматриваются, Сжатие газа 1-2 (рис. 23.4, а) принимается адиабатным, а процесс подвода теплоты  в смешанном цикле происходит вначале по изохоре 2-3, а затем по изобаре,3-4. Расширение 4-5, как и сжатие, принимается адиабатным. Отвод теплоты q2 к холодному источнику теплоты происходит по изохоре 5-1.
         Сравнение обобщенного цикла (см. рис. 23.1) с рассматриваемым (рис. 23.4) показывает, что в смешанном термодинамическом цикле εν=1. В этом случае параметр  может быть преобразован. 
----

Действительно,

Так, как

В связи с этим термический КПД 

а работа цикла lц  определяется формулой

в которой ηt подсчитывается по формуле

       (23.14)

Одним из важнейших показателей ДВС является среднее цикловое давление ρt определяемое в виде отношения работы цикла lц   к удельному объёму цилиндра двигателя (рис. 23.4 а)

   (23.15)

Подставив lц   из формулы (23.13) в выражение (23.15) и проведя преобразования имеем:

где

       В ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси (около ВМТ) от электрической искры время сгорания очень мало, в связи с чем допустимо принять, что весь процесс сгорания (т. е. процесс подвода теплоты) осуществляется при постоянном объеме. Такой цикл, называемый циклом с подводом теплоты при постоянном объеме, показан на рис. 23.5, а, б.

Сравнение циклов, изображенных на рис. 23.4 и 23.5,свидетельствует о том, что в рассматриваемом цикле  ρv=1   Поэтому формула (23.14) получает вид

     (23.17)

Термический КПД цикла с подводом теплоты при постоянном объёме зависит от свойств рабочего тела (k) и конструкции двигателя (ε).
         Это иллюстрируется графиком (рис. 23.6), который показывает, что термический кпд двигателя увеличивастси по мере увеличении степени сжатия и показателя адиабаты.

     Этим объясняется тот факт, что по мере совершенствования таких двигагелей их степень сжатия постепенно возрастала.
     КПД цикла можно также подсчитать с помощью s-Т-диаграммы в виде отношения площади 12351к площади под процессом 2-3 (см рис 23.5, б). Нагрузка на двигатель в термодинамическом цикле характеризуется количеством теплоты, подводимым к рабочему телу от горячего источника. Для цикла с подводом теплоты при постоянном объеме .

     Следовательно, нагрузка при заданных значениях Cυ и Т2 пропорциональна степени повышении давления λ и не зависит от степени сжатия. Это свидетельствует о том, что термический кпд рассматриваемого цикла при изменении нагрузки не меняется.
     На рис 23.5 пунктирными кривыми показаны процессы расширения рабочего тела при снижении нагрузки.

В соответствии с формулой (23.16) среднее давление цикла при ρυ=1

где ηt    определяется формулой (23.17)

С увеличением подводимого количества теплоты (увеличивается λ) среднее давление цикла также увеличивается.

В цилиндрах ДВС с воспламенением от сжатия при такте сжатия сжимается чистый воздух. Вблизи от верхней мёртвой точки (ВМТ) в цилиндр двигателя через форсунку 3 (рис. 23.2) впрыскивается распылённое топливо, которое в среде горячего воздуха самовоспламеняется и сгорает. Процесс подвода теплоты к рабочему телу принимается в этом случае изобарным. Такой цикл, называемый никлом с подводом  теплоты при постоннном дивлении, показан  на  υ  ρ- и s-T-диаграммах (рис. 23 7. а, б)

Сравнение циклов, показанных на рис 23.4 и 23.7 свидетельствует и том, что в цикле с подводом теплоты при постоянном  давлении λ=1 поэтому  выражение (23.14) получает вид

    (23.18)

     Термический КПД рассматриваемого цикла увеличивается при возрастании степени сжатия ε и уменьшается при возрастании степени предварительного расширения ρυ  (рис. 23.8)

Далее: Цикл двигателя Стирлинга
В начало страницы

www.raaar.ru © 2014
При копировании материалов ссылка на этот ресурс обязательна.