Термодинамика Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. (1013734), страница 48
Текст из файла (страница 48)
В результате затраты работы на осуществление обратного цикла от холодного источника можно ото- Рис. 11.5 брать и передать горячему источнику количества теплоты дг (в холодильных установках) или к цт (в тепловых насосах). Вместе с ним горячему источнику петк редается теплота, эквивалентная работе цикла 1„. Таким образом, суммарное количество теплоты, получаемое горячим источником, составит т е "к Т вЂ” Т 1 2 (11.13) (11.14) т, Х от Т Т г Таким образом, холодильный коэффициент е, и отопительный коэффициент Х„обратных циклов Карно зависят и только от абсолютных температур Т, и Тг источников теплоты и не зависят от свойств рабочего тела. Как для прямого цикла Карно, так и для обратного цикла Карно наибольшие значения КПД определяются формулами (11. 13) и (11.14), в отличие от соответствующих коэффициентов (11.6) и (11.7) других циклов, протекающих в одинаковом интервале температур.
313 1гк ~гк Обратный цикл Карно является идеальным циклом холодильных установок или тепловых насосов. Эффективность таких установок определяется холодильньпи коэффициентом ек (11, 7) или отопительным коэффициентом Х„(11 н8). Для обратного цикла Карно имеем: Глава 11. Термодинамические циклы 1 1 .5. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания 11.5.1, Краткие исторические сведения. На возможность создания двигателей внутреннего сгорания первым указал Сади Карно, Идеи, высказанные им в работе «Размышление о движущей силе огня...
», в дальнейшем были полностью реализованы. В 1860 г. французский изобретатель Ленуар построил двигатель внутреннего сгорания, работавший на светильном газе. Однако он не получил широкого распространения ввиду того, что имел низкий КПД. В 1862 г. французский инженер Боде-Роше предложил двигатель, принципы создания которого совпали с идеями Карно и были осуществлены немецким инженером Отто в созданном им в 1877 г. бензиновом двигателе.
В 1897 г. немецким инженером Дизелем был разработан двигатель высокого сжатия, который работал на керосине. Распыление керосина осуществлялось воздухом высокого давления, получаемым от компрессора. В 1904 г. русский инженер Тринклер построил бескомпрессорный двигатель со смешанным сгоранием топлива — сначала при постоянном объеме, а затем при постоянном давлении. Именно такие двигатели получили в настоящее время самое широкое распространение, поскольку и «дизели», и бензиновые двигатели, имеющие большие обороты (быстроходные двигатели), работают исключительно по смешанному циклу.
11.5.2. Принцип действия и классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания. Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) представляют собой тепловые машины, в которых подвод теплоты к рабочему телу осуществляется за счет сжигания топлива внутри самого двигателя. Рабочим телом в таких двигателях сначала является воздух или смесь воздуха с легковоспламеняющимся топливом, а затем — продукты сгорания. В зтих типах двигателей давление рабочего тела не слишком велико, что позволяет с хорошим приближением рассматривать рабочее тело как идеальный газ, что существенно упрощает термодинамический анализ цикла. Основной частью поршневого двигателя внутреннего сгорания является один или несколько цилиндров. Внутри цилиндра движется поршень.
На крышке цилиндра устанавливаются 314 11лп Циклы лоршнееыхдеигетелей енугреннего сгорания Ьц Рц = юлии иии (11.15) где Лц — работа цикла; 1',„, Р",и„— максимальный и минимальный объемы двигателя, соответствующие нижней и верхней мертвым точкам. Поскольку разница этих объемов равна объему цилиндра двигателя ыаи илы цил' то выражение (11.15) можно переписать в виде Л„Е„ Ъ' о цил цил (11.16) Данная характеристика вводится для описания технико-экономических показателей работы двигателя, поскольку в значительной мере габариты и масса двигателя играют важнейшую роль.
Очевидно, что чем больше работа цикла и чем меньше объем газа в конце процесса расширения, тем меньше габаритные размеры двигателя и, следовательно, его масса. У двигателей минимального веса при постоянной мощности, снимаемой с одного литра рабочего объема цилиндра (литровой мощности), диаметр цилиндра равен ходу поршня. Представим выражение (11.16) в другом виде, подставляя 1„из формулы (11.6); тогда 1) ггг1 (11.17) где дд — удельная подводимая теплота определяется теплотой сгорания и химическим составом топлива, способом смесеоб- разования и степенью совершенства процесса сгорания.
3! 5 два клапана. Через один клапан происходит всасывание рабочего тела (воздуха или горючей смеси), а через другой — выброс рабочего тела по завершении цикла. В таком двигателе горючая смесь сгорает в цилиндре с повышением температуры и давления. Продукты сгорания, воздействуя на поршень, перемещают его из одного крайнего положения в другое. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение вала с помощью кривошипно-шатунного механизма. Одним из основных показателей работы поршневых двигателей внутреннего сгорания является среднее индикаторное давление цикла, определяемое как Глава 11.
Термодинамические циклы Все современные двигатели внутреннего сгорания подразделяются на три основные группы с использованием: ° цикла с подводом теплоты, при постоянном объеме и = = сопз$ (цикл Отто); ° цикла с подводом теплоты, при постоянном давлении р = = сопзС (цикл Дизеля); ° смешанного цикла с непрерывным подводом теплоты вна- чале при о = сопзФ, а затем при р = сопят, (цикл Тринклера). Во всех случаях отвод теплоты производится при постоянном объеме. При исследовании термодинамических циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания к числу определяемых величин относятся количество подведенной и отведенной теплоты, основные параметры состояния в характерных точках цикла, термический КПД цикла.
11.5.3. Цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто). В качестве топлива в таких двигателях применяется легкое и газообразное топливо (бензин, керосин, генераторный или светильный газ, пропан, бутан и т. д.). Рабочим телом в подобных двигателях является смесь воздуха и паров жидкого илн газообразного топлива (до начала сгорания) и газообразные продукты сгорания на остальных участках цикла.
р Исследование работы реального поршневого двигателя проводят по так называемой индикаторной дис аграмме (снятой с помощью спеЬ циального прибора — индикато- к1 ра), представленной на рис. 11.6. О При работе двигателя поршень 2 О совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 1 от точа ки О, получившей название верхней 3 ВМТ НМт мертвой точки (ВМТ), до нижней 2 1 мертвой точки (НМТ).
В процессе Π— а поршень движется слева на- Рис. 11.6 316 11.5. Циклы поршневыкдвигателей внутреннего сгорания право и через всасывающий клапан б в цилиндр 1 поступает горючая смесь. В правом крайнем положении (НМТ) процесс заполнения цилиндра горючей смесью прекращается. Процесс Π— а является условным термодинамическим процессом, поскольку основные параметры при всасывании не изменяются, а изменяется только масса и объем смеси в цилиндре. В дальнейшем всасывающий клапан б закрывается и поршень начинает двигаться справа налево. В процессе а — с горючая смесь в цилиндре сжимается и давление возрастает от р„до р,. В левом крайнем положении (ВМТ) горючая смесь воспламеняется от электрической свечи 4. Горючая смесь сгорает практически мгновенно, и поршень перемещается вправо незначительно, поэтому считается, что весь процесс сгорания (подвода теплоты на участке с — з) происходит при постоянном объеме.
В процессе с — з изменяются не только давление и температура, но и химический состав рабочего тела. Давление в цилиндре вследствие выделяющейся теплоты резко поднимается от рв до р,. Поршень вновь перемещается вправо, совершая при этом полезную работу, причем давление падает от р, до рв. Процесс з — Ь получил название расширения. В крайнем правом положении (НМТ) с помощью специального устройства открывается выпускной клапан 3 и давление в цилиндре снижается до давления ры несколько превышающего атмосферное (процесс Ь вЂ” тт), при этом ббльшая часть продуктов сгорания выходит из цилиндра. Поршень вновь движется влево, выталкивая из цилиндра через открытый выпускной клапан 3 оставшиеся продукты сгорания (процесс г1 — О).
В крайнем левом положении поршня выпускной клапан 3 закрывается и открывается всасывающий клапан Б„дающий доступ в цилиндр новой порции горючей смеси. В дальнейшем все процессы повторяются, осуществляя непрерывную циклическую работу двигателя, Нетрудно видеть, что поршень в цилиндре такого двигателя в течение одного цикла совершает четыре хода (таггта): всасывание горючей смеси (впуск), ее сжатие, расширение продуктов сгорания (рибочий ход), эьапалкивание продуктов сгорания в атмосферу (выпуск). На индикаторной диаграмме видно, что давление в цилиндре в процессе всасывания (процесс Π— а) несколько ниже, а в процессе выталкивания (процесс с( — О) не- 317 Глава 11, Термодинамические циклы сколько выше атмосферного.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
