Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Термодинамические исследования циклов, как правило, сопровождаются графическим изображением их на ро- и Тз-диаграммах. $1!.1. ИДЕАЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЕИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В двигателях внутреннего сгорания могут быть использованы следуюшяе циклы: а) цикл со смешанным подводом теплоты как прн постоянном объеме, так и прн постоянном давлении; б) цикл с подводом теплоты ярн постоянном объеме (о=сопы); в) цикл с иодаодом теплоты при постоянном давлении (р=сопз(). Ва всех перечисленных циклах отвод теплоты в цикле производится прн постоянном объеме в силу того, что расширение газа происходит не полностьЮ н степень возможного расширения в двягателе определяется положением поры ня в нижней мертвой точке, 148 .а) р й/ 7 Рис.
11.4 подвода теплоты характерно для двигателей, работающих по смешанному циклу. При термодинамическом исследовании рассматривают цикл, состоящий из следующих процессов (рис. 11,4, а, б): и-с — адиабатное сжатие; с-а' — изохорный подвод теплоты; г'-г— нзобарный подвод теплоты; г-е — адиабатное расширение; е-а— нзохорный отвод теплоты. Цикл является как бы обобщающим для всех циклов поршневых ДВС. Цикл со смешанным подводом определяется заданием начального состояния в точке а и параметрами цикла: степенью сжатия а и=на/о„степенью изохорного повышения давления Х=р;/р„степенью предварительного (изобарНога) расширения р=о,/о, Параметры рабочего тела в узловых точках цикла, определяе"ые при рассмотрении отдельных процессов, находят по формулам, вывод которых дан в гл.
5: в точке с Рс у оа тв у т ь. р /г в. ра ос — — =зв г; Т =Таня ь1 Та ос Степень сжатия представляет собой отношение полного объемн цилиндра ° к объему камеры сгорания Уа. Рнзиость между полным объемом и объемом Квмеры сгорания дает твк называемый рабочий объем цилиндра Уь 149 Цикл со смешанным подводом теплоты (цикл тр и н кл е р а) осуществляется в бескомпрессорных дизелях, )) цилиндрах дизеля сжимается чистый воздух и происходит сановоспламенение топлива, распыление которого осуществляется неханическим путем с помощью насоса или насос-форсунки под давлением 100... 150 МПа. Топливо впрыскивается в камеру сгорания или специальные аредкамеры. Процесс сгорания идет вначале с повышением давления, а затем при постоянном давлении.
Осуществление такого в точке л' — =Л; р .=Р,Л=Р а"Л; Ра — — т„,=т,Л=Т -'Л; Та Ра в точке а Ра=ра: Ра=ра' В Т, ра, в точке е Термический кпд смешанного цикла г!асн 1 — 1 ° > чг д1 га+йа где г(а=да'+да", д!'= (и; — ис) =се(Т; — Тс); д1аеа (йа — 1а;) = =Ср(Т~ Та ) ! ((г= (Пе яа) =Се (Те Та). Подставляя значения соответствующих температур и полагая, что теплоемкости идеального газа величины постоянные, получим 1— (11.1) а ' [(Л вЂ” !) + аЛ(р — !)) Как видно из формулы (11.1), термический кпд цикла растет с увеличением е и А и уменьшается с увеличением р.
Степень изохорного повышения давления Л связана с величиной р. Чем больше Л, тем меньше р (при тех же значениях е и дг). Тогда с ростоМ Л термический кпд смешанного цикла увеличивается. Работа теоретического цикла определяется по формуле =(!аг)ь Отношение работы цикла к рабочему объему оа характеризует среднее давление цикла н 1 1а н н аа — рс ра (а — 1) Среднее давление смешанного цикла р„- " [(Л вЂ” 1)+йЛ(Р— 1)) [„„.
' (1[.й) (а — 1) (а — 1) 150 1(аиболее эффективным способом увеличения среднего давления никла является повышение начального давления — наддув двигателя. рассмотренный идеальный цикл лежит в основе работы всех современных дизелей. Цикл с подводом теплоты при постоянном о б ъ е м е (ц и к л О т т о) является частным случаем рассмотренного выше, когда степень нзобарного расширения р=1. а) Х) .
Р 7 рис. 1!.5 вПо этому циклу работают двигатели, в цилиндрах которых сжимается топливно-воздушная смесь до давления 1„0...1,5 МПа и поджигается в конце сжатия от электрической искры. Идеальный цикл Отто (рис. 11.5, а, б) состоит нз процессов адиабатного сжатия а-с, подвода к рабочему телу теплоты при п=сопз1 — с-г, адиабатного расширения г-е н отдачи рабочим телом теплоты при э=сола! — е-а. Параметры в узловых точках цикла определяются аналогично циклу со смешанным подводом теплоты.
Формулы для определения т!в и рц в этом цикле получаются из соответствующих формул для смешанного цикла при р=1: ! (11.3) р„- Р" (Л вЂ” 1) ч,. (11А) (а — !) (в — !) Из выражения (11.3) видно, что термический кпд цикла с подводом теплоты при п=сопз1 зависит от степени сжатия и показателя адиабаты й рабочего тела, совершающего цикл. Несмотря иа то что с увеличением степени сжатия растут термический кпд н полезная работа цикла при. больших степенях сжатия (з>10), в Результате значительного повышения температуры в конце процесса сжатия может наступить самовоспламенение смеси.
Еще бо"ев существенным является то обстоятельство, что с увеличением !5! степени сжатия, а следовательно, и с увеличением температуры в конце сжатия появляется детонация свежей рабочей смеси, кото. рая приводит к взрывному характеру сгорания. В результате де. тонации процесс сгорания нарушается, мощность двигателя падя. ет, расход топлива растет. По атой причине двигатели, работаю1цие по циклу о=сопя(, имеют вполне определенные предельные зна. чения степени сжатия (а=5,5...9,0). Явление детонации в значительной степени зависит от сорта применяемого топлива, от его антидетонационных качеств. Поэто. му сорт применяемого топлива определяет выбор предельного зна чения степени сжатия для двигателей легкого топлива.
а) б) Т Ряс. 11Д (11.5) рдае Ре= е 1)( 1 (Р 1)е)гр (11.5) Влияние е на т1ер такое же, как н в предыдущих циклах, т. е. с увеличением степени сжатия увеличивается и термический кпд цикла. При увеличении степени предварительного расширения ре 152 Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля) является также частным случаем обобщающего цикла при 1=1.
В двигателях дизеля раздельно сжимается воздух до давления 4,0 ... 5,0 МПа и смесь топлива с воздухом, сжатым во вспомогательном компрессоре. Подача топлива осуществляется так, чтобы давление в процессе сгорания оставалось постоянным. Идеальный цикл дизеля состоит из двух адиабат сжатия и расширения, изобары подвода теплоты и изохоры отвода теплоты (рис. 11,6, а, б). Термический кпд и среднее давление цикла из (11.1) и (11.2) при Х=1 равны: как видно из формулы (11.5), термический кпд цикла должен падать.
Прн постоянной степени сжатия увеличение р вызовет увеличение объема о„ который зависит от подводимого количества теплоты дь При увеличении д, увеличивается объем о„ а вместе с ним увеличивается и работа цикла. Таким образом, возрастание р приводит к увеличению работы и уменьшению термического кпд. Сопоставляя значения термических кпд циклов с подводом теп- лоты при о= — сопз1 и р=сопз1, видим, что они различаются множителем Отсюда следует, что при одинаковых степенях сжатия т1ы)т1!„. Термодинамическая эффективность каждого из рассмотренных циклов зависит от конкретных условий его осуществления. Целесообразнее сравнивать циклы при различных степенях сжатия (е), но при одинаковых максимальных давлениях и температурах я одинаковом отведенном количестве теплоты д,.
Рис. 11.8 Из Тз-диаграммы (рис. 11.7) следует, что наибольший термический кпд будет у цикла с подводом теплоты при р=сопз1: п,р) ~гиии)т1си', кпд смешанного цикла имеет промежуточное значение по сравнению с циклами с подводом теплоты при р=сопз1 и о= =сопз1. При оптимальных степенях сжатия (цикл Отто — е(10, цикл Дизеля и смешанный — е=16 и 22 соответственно) А,=З,2 ...4,2, )!си=1,6...2,0, р,~=1,3...1,7, тисм)тир)тиз Что видно из рис.
11.8. Поэтому все выпускаемые сейчас дизели Работают по смешанному циклу. 153 5 11.2. ЦИКЛ СТИРЛИНГА а) р ау Т Рис. 11.10 термическом процессе Т,=Т,=Т, при интенсивном отводе теплоты дз". В процессе с-а поршень-вытеснитель перемещает рабочее тело из холодной полости в горячую, так что о,=о, (изохорный процесс), а температура увеличивается от Т,=Тя до Т,=Т, при подводе теплоты д~'. В изотермическом процессе расширения Т,= =Т,=Т, к рабочему телу подводится теплота д~". Затем поршень вытеснитель, перемещаясь в обратном направлении, выталкивает рабочее тело из горячей полости в холодную и,=о,=сопз1 с от 164 Двигатель Стирлинга — газовый двигатель поршневого типа с внешним нод. нодон теплоты, которая получается в результате сгорания твердых, жидких газообразных топлив.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
