Лепёшкин Гидравлика (1003560), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Так, В изолированных системах реальные термодинамические процессы асс«да напра»»лены иа установление равновесия, и если в системе существует Разность давлений или температур, то процесс будет направлен на устранение этой разности. Такой процесс всегда я»ияется необратимым, тйк как протекает до Выравнивания параметров, Вызвав»лнх сГО К)х»мс ТОГО, г»срсллчй энсрГИИ й 1»сальном процсссе ВссГлй СО- провожлйстся ес чйсти1«ИОЙ потерей. Например, при совсрпгспни механической работы часть се неизбежно г»реврап»йстся В теплоту. Дейстй»«тельно„нсвозмОжио создать мапжну, В КОТОРОЙ Отсуи:тает тр ние.тр н .
ВП Ру Я .В «я лота рассеивается в окружйюцгсй среде. 1О5 В изолированноЙ сисгсмс, состоякчсй из двух тел и посрслника, такжс нсизбсжны потери Энергии. Например, дйжс й цикле Карно, которыЙ ййлястся райнойсснмм процсссом«имсст мссто мсхйннчсскйя работа«й присутстйис рйботы й рсйдьноьт устройсттс нсизбсжно ймзойст трснис и потсри знсргин.
Таким образом«ля~бой рсалыпяй процссс Яйхлстси нсрйвновсснмм и В той или НИОЙ стспснн сопройождастся потсрями зисргии. Как было показано в полрйзд. 8А, псрйый закон тсрмодтитамики устйнайхнваст связь мсжзу различными формами знсргии и изучаст их Взаимныс прсвраатсния. Но он нс рассматривает условия, при которых возможны такис Щжвраитсиия. Напримср«псрвый закон тсрмОлинамики лопускйст Возможность псрсхсзй$ заплоты от тела с более высокой тсмпсрягурой к телу с болсс низкОЙ и наоборот. реальный процесс можст протскять только В первом направхснии.
Второй закон тсрмодииамики ~тпорос начало) рассматрийаст возможность осутпсстй«зсния различных тсрмОдииамичсских процсссой, т,с. В отличис От псрйого закона, которий харйктсризуст количсстйснно тсрмодннамичсскис процсссм, Второй закон харак„„„,„„„„„, „„, о„„„„„,„„„„'„„„„„, „.,„„ ВОЗМОЖНМ ИЛИ НСВОЗМОХОТМ. Второй закон тсрмодинамики имсст нссколькО формулировок« коптрмс вмрйжлот одну и ту жс сушность неравновесных (рсальных) процсссоа, Различие форму«яиройок закзктчастся в том, по они подчсркиватот райнис сюроны сущности Этих процсссой. Наиболсс Важными из них являкпся слсду"«Оптис фОрмулнройки: тсплОтй нс мОжст самопроизвольно псрсходить от мснсс натрстого тсла к болсс нагрстому; нсйозможсн процесс, результатом которого являстся полное прсобразоаанис тсплотм й работу. ННОГЛВ лля уточнсния сузпности Второю закОНВ тс1змОдинами" ки Вводят поиятис йсчнОГО лвиГатсля второго рода, пол кОторым пониматот маптнну, сойсршающухт работу с одним посюянньтм источником знсргии, Тогда ОсиОВИОЙ смысл второю закОНВ тсрмо" динамики выражается й нсвозможности сувтсствойания всчнопз ЛВНГйтсля йторОГО рода.
Второй закон позволяет рассматривать Всс вопросы, связанныс с поиятисм энтрОпии, позтОму сто НИОГла назмйактт законом Об энтропии. В соотйстсптии с (3.3) измснснис Энтропии системы Л.з прн тредачс тпглотм ь Я (к систсмс или от нсс1 при тсьгпературс Топредслястся по формуле йссГлй СОЩхтвожлакттсл частичным псрсхолом этОЙ работы а тсп- лоту (напримср, за смет трения), т.с.
Пояйчястся дополнитсльная тсплога а Я„. Тогда Это соотиоцжнис прслстййллст собоЙ матсматичсскос ймражснис яюрого зйконй тсрмодинамики. Оно показмййст, что измснсиис Энтропии систсмы й рса и ном тсрмодинймичсском процсссс нс можст быль мсньес того измснсния, которое сушсспхмало бы 01зи рййновссном процсссс. Но з Га зависимость спрайсллийа только лля райновссных процсссой. Нсрввнойсснмс процсссы«й которых присучствуст работа, 166 ТЕ МОДИНАМИЧЕСКИЕ ЦИКПЫ МАШИН (ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА) ВА. Особенности енег(изе термодинамическнх цикгнзи машин Мстолы тсрмодинамикн позволяют оцснивать совсршснство рсальньгх мап(ин и устгюйств с позиции зффсктивности нспользОВания знсрГНН.
ПРН анализа знс(истичсской зффсктивности любой Реальной машины, напримср двнгатсйй Вн«трсннсго сто(хтния, всс потсрн условно раздсляют на трн вида (три группы). Каждая нз этих групп оцсгпптастся своим КПД. К псрвой группс относят потсрн знсргин, вызванныс нссовсршснспюм тсорстнчсского цикла, который пж(ожсн а основу работы данной машины.
Зтн потери оцсниваются тсрмичсскнм КПД и, (см. подразд. 8,6). КО Впзрой ~руйпс слсд«ст Отнсстн потсри„вызванныс Разтичиями тсорстичсското цикла и дсйствнтсльного, по которому расютаст мап1ина. Этн потсри учнтьаакпся индикаторным КПД ч, машины. К трстьсй группе относят мсханичсскнс потсрн, Вызванныс трением в различных умах машнны„которыс оцсннвакпся механичсским КПД ч„. Полныб КПД машины, напримср двнгатсля внут(юннсго сгор ння„н г ФФ в КПД.ОНР н ПРО дсниютр Отмсчснных вьплс часгных КПД: Ч Пльчи. В дан~ом раздслс буду~ рассматриваться тол~к~ ВОП(Х«СЫ, СВЯ- занныс с тсрмичсским КПД, т.с. с проблсмамн тсорстичсских тсрмодннамичсскнх циклон, Поэтому прн нсслсдовании циклов (ж- алЬНЫХ Мшпин сдсласм РЯЛ до(гУшсннй и упроп(сНИЙ.
В«дсм счи" тать„что В рассматривасмых п(юцсссах рабочим толом являстся идсвльный Газ с постоянноЙ тсплосмкостью; тсрмодннамичсскис процсссы~ щзоисходяшнс В Рассматриввсмых ьташинах, замкнуты т.с. являются циклами; процссс сгорания — зто процесс подвода тсплоты; процссс уноса тсплоты с продукгами сгорания — это процссс ОтвОЛВ тсплОты. Анализ зффсктивностн тсрмолинвмичсскнх циклов провсдсм лля наиболсс рвспространснных тспловых и~вин: порцгнсвых, Газотурбинных и рсактивных лвиГатслсй„паросиловых и холодильных «становок, )бб Поршнсвыс ДВНГатслн внутрсннсГО сгорания являкпсв самыми Расщюстранснными твидовыми шщитслями.
Наибольцкс примснснис получил чстырсхтактный двигатсль, конструктивная схсма которого прсдставлсна на рис. 9, (, в. Принцип сго работы цслссообразно рассмотрсть с одноврсмснным постросннсм диаграммы в координатах давлсния р и Объсма И*, ПОршснь Здвигатсля совсршаст Возвратно-поступатсльйОс движсннс в цнлнндрс от верхней мсртвой точки ВМТ (на рис. 9,(, ив слова) до нихгнсй мсрпюй точки НМТ (на рис, 9. (, в — справа), Его лвижсннс чсрсз шатун 4 и кривошип 5 (илн элемент колснчатого Вала) псрсдастся нв вал 6 лвигатсля.
Слова От поршня располагастся камера сгорания (или рабочая камсра), Двигатель такжс имсст два (принуднтсльтю «тгравлясмых) клапана 1 и 2. При движснии поршня Вправо от ВМТ к НМТ впускной клапан т открыт, давлснис в рабочсй камсрс равно атмосфсрному ( 1ьномс«с),асс б Вгр ",Э от бр линия ЮА на рис.
9. (, а. В точкс А кяапан ) закрывастся и рабочая камсра изолирустся От окружаюгпсй срсды. Далее, при двнжснии поршня влсво от НМТ к ВМТ, происходит алиабатнчсскос схсгтис горючсй Газовой смсси (линия АС на ) и'-и 1 "гиа. 9.(. Диаграммы ри (а) и УЖ (о) и коиструхтияизи схсия (а) игчяяисиого двигателя: яятсииов яхаихи; 2 — яиятсяиой ияяиич 3 — Г~ вяиим 4-- икчги; 5-- хтяяяяиио," 6 — вя т рис. 9.1, и), В точке С смесь воспламеняется и горит с увеличением дшиеиия Р в рабочей камере, ио без изменешщ ее объема В'. Этот изохорический ттРОцесс с ПОЛЯОлом заплоты Оа( 0'птб(хтжзется линией СУ' на рис. 9.1, а. Затем поршень начинает движение вправо от Вй(Т, а горение ПРОДОЛжйстела НО Ужс ПРИ т«ОСТОЯННОК! ДаВЛЕНИИ Р И УВЕЛИЧИВЗ- ющемся объеме Й» т.е. имеет место изобарический процесс с подводом теплоты (".«аа' (линия У'7 на Рис.
9. 1, а). Таким образом, общая теплота, полведентшя к рабочему телу: яа = Й+('уа1. В точке У процткс сгорания топливной смеси заканчивается и завертлзется подвод тегпоты, а поршень протюнжзет движение вправо. Пртт этом объем Рабочей каме!Ял продолжает увеличтшаться, а давление падает, т.е происходит адиабатическое расширеиие пзрячего газа. Когда поршень достигает НМТ, этот процесс заканчивается, Открывается выпускной клапан 2, и через него газовая смесь продуктов сгорания начинает вытесняться из рабочей камеры. Этот ПРОЦЕСС УСЛОВНО СЧПтаКП ИЗОХОРИЧЕСКИМ ОПЮДОМ ТЕПЛОТЫ (»ат (ЛИ- иия ЕА на рис. 9. 1, а). В дальнейшем поршень 3 движется влево к ВМТ н продолжает вытесшггь газовую смесь.
Давление при этом в рабочей камере равно атмосферному (или несколько больше», а объем й»уменьшается (линия АВ иа рис. 9.1, а). Термодинамическим циклом поршневого двигателя считают замкиугый контур АСУ'УЕА, В связи с тем, что в пределах этого цикла камера сгораттия уело~но изолттротлвта, масса рзбоатего тела (газа) остается постояниой. ТоПи абсолкгпгый объем й» пропорционалеи удельному объему тл, пггэтоМУ можно сЧИтвгь, пО осЬ В' совпадает с Осью лк Т~~~~ образом, на Рис. 9.1, л построетта рлад $рз агтортцн д т ЛЯ.нари.9А.6 О . Натюд рвмма для этого же цикла, причем характерные точки на пей со- ответствуктт одноименным точкам на г ри диаграмме. УЖ-дттаграктма позволяет Оценить зффектиниость Рабттгы длил' «Г гателя, так как ее площади определя~т ла ют разные виды зттергтти (см.
Подрав С 6 3.6). Например, площадь ОСУ'УЕИ пропорционштьна теплоте, ткаученной отсжигвния топлива Оаа. Плошадь 6АЕгт' пропорциональна отведенной теплоте («,т, т.е. Тсг1лоте, потерянной с выхлоп!ты ми газами. Площадь замкРис. 9.2. ТЮ-лиагрзкамн лля нугой кривой АС7'ЛЕА пропорциоРазхттчиых швсаов поршиевмх наатыш таил~те, потраче«тной лля со- двигателей ве!«шения РабОпй в цикле. !10 Рассмотре«птый цикл носит название сктетнанного цикла или цикла Тринклера и является обцшм лля всех циклов поршневых двигателей. Смешанный цикл позволяет получить два частных случая.
Так, если на дв диаграмме участок УУ' (см. Рис. 9. 1, и) сделать нулевой величиной„то получим цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто). Если на Рва-диаграмме «ачасток СУ' еде~от~ н«левой величиной, то получим цикл с полвцдокт теплоты при постоянном давлении (тшкл Дизеля), С помощью ТЮ-лиат)хтмм проведем сравнительный анализ эффекпшностн райли портш!евых двигателей с разными циклами.
При этом у пем„что Результаты а!лииза могут зависеть Ог условий сравнения. Например, сравним циклы Опо и Дизеля при условии равенства температур в конце хода сжатия (общая точка С на рис 9.2). Тегпота, потраченная иа полезную работу в цикле Отто, опрсдел т «иощд АСутЕ,а О аЯ авц ' ел АСУ~Е. Так как первая площадь больше, го при таких условиях срввнеттия цикл Огго является более эффективным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
