Термодинамика Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. (1013734), страница 50
Текст из файла (страница 50)
11.13, а и б. Как видно из этих диаграмм, идеализированный цикл Дизеля состоит из двух адиабат (адиабата сжатия а — с и адиабата расширения з — Ь), изобары с — г, по которой осуществляется подвод теплоты гт от горячего источника, и изохоры 6 — а, по которой осуществляется отвод теплоты д к холодному источнику (окружающей среде). Основными характеристиками данного цикла являются: ра Ф е = — — степень сжатия; ос рк ° р = — — степень предварительного расширения.
ос | Степень предварительного расширения — это отношение объемов в конце и начале подвода теплоты к рабочему телу при постоянном давлении. Т =О О 1 а) с) Рис. 11.13 325 Глава 11. Термодинамические циклы Термический КПД рассматриваемого изобарного цикла неполного расширения определится путем подстановки количеств теплот в формулу (11.6): Ч,=1-(( /7,. Теплота д„подводимая по изобаре с — г, определяется по уравнению (11.31) 9 =с(Т,— Т) а теплота д, отводимая по изохоре Ь вЂ” а, определяется по уравнению Чз сг(ть Т )' (11.32) Выразим температуры в основных точках цикла через начальную температуру Т,. Для адиабатного процесса сжатия а — с с учетом соотношения (3.49) будем иметь о а-а следовательно: т =Т.еа-1.
Для изобарного процесса с — г„учитывая (3,48), запишем (11.35) Т = Т реа а а (11.36) (11.37) или Т,= Т,( —,') (11.38) С учетом (11.36) и определения е, а также принимая во внимание„что о = и„выражение (11.38) перепишем в виде Т, = Т.р( — „) („— '~ = Т.р® . (11.39) Следовательно, Т, = Т,р, а с учетом (11.34): Для адиабатного процесса расширения г — Ь (11.33) (11.34) 11.5. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания Заменяя соотношение объемов через р по выражению (11.36), получаем у у ррл-т — у рл (11.40) Подставляя выражения (11.34), (11.36), (11.40) в формулы (11.31) и (11.32), получаем д, =с„У.зв-'(р-1), Де = с„У,(Р— 1).
Подставляя полученные выражения в формулу для термического КПД, имеем с,У,(р — 1) у тг т — 1 (11.43) или с учетом замены соотношений теплоемкостей гт )ае" '(р — 1) (11,44) Рис. 11.14 ламенение топлива и создать 327 Это соотношение показывает, что термический КПД цикла Дизеля тем выше, чем больше степень сжатия з (как и в цикле Отто) и чем меньше величина р. Зависимость т)т цикла Дизеля от е для различных значений р при й = 1,4 представлена на рис.
11.14. Из графика видно, что с уменьшением р термический КПД стремится к максимальному значению, а интенсивность роста термического КПД с возрастанием степени сжатия а постепенно уменьшается. При выборе верхнего предела степени сжатия е необходимо учитывать, что при увеличении е одновременно с возрастанием термического КПД возрастает масса, инерционность и габа- )г риты двигателя.
Нижний предел степени сжатия определяется темпе- и ратурой самовоспламенения. Величина е в двигателе с подводом теплоты при р = сопзФ выбирается таким образом, 10 11 12 13 14 15 16 17 чтобы обеспечить самовосп- Глава 11. Термодинамические цикпы температурные условия для оптимального протекания процесса сгорания. Влияние степени сжатия е на т4 цикла двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при р = сопзФ и дз = сопя( отображено на рис. 11.16. Из рисунка видно, что при равенстве площадей отведенной теплоты дз — = пл. 6145 термический КПД будет больше у цикла с большей степенью сжатия, так как площадь его полезной работы будет больше, чем у двигателя с меньшей степенью сжатия (пл.
1 784 > пл. 1234). Удельная работа цикла с подводом теплоты при р = сопв1 определяется по формуле в к, - д,к, - ° т. — (р - Н[~ - —— к',, ). (п.кк) Влияние количества подводимой теплоты на величину работы цикла показано на рис. 11.16. Из рисунка видно, что при е = сопзФ и при увеличении теплоты д1 увеличивается объем и,, т. е.
возрастает степень предварительного расширения р и увеличивается работа цикла. Но увеличение затрат на подвод теплоты к)~ превышает рост полезной работы („и КПД уменьшается. Сопоставим значения термических КПД циклов Отто и Дизеля, принимая в обоих циклах одинаковой (Ыеш) либо степень сжатия е, либо наивысшую температуру рабочего тела в цикле Т,. Разумеется, исходные параметры рабочего тела в начальнои точке цикла (ра> оа' Та) считаются одинаковыми для обоих циклов. О з Б а Рис.
11.16 Рис. 11.16 328 11.5. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания Если принять, что степень сжатия в обоих циклах одна и та же, то из (11.28) и (11.44) видно, что термический КПД цикла Отто выше термического КПД цикла Дизеля. Однако сравнение КПД атих циклов при условии одинаковых значений е вряд ли правомерно, так как преимуществом цикла Дизеля по сравнению с циклом Отто является, как отмечалось выше, именно возможность достижения более высоких степеней сжатия. Сравнение значений т), циклов Отто и Дизеля при одинаковой наивысшей температуре цикла Т, и различных степенях сжатия е показывает„что в этом случае термический КПД цикла Дизеля будет выше, чем термический КПД цикла Отто. В частности, это видно из Тз-диаграммы на рис.
11.17, а; погдзт Где~ скольку с > сг, т. е. Т( — ) > Т( — ~, то на Тз-диаграмме изохора идет более круто, чем изобара. При д = Ыеш (пл. 1аЬ2) количество подведенной теплоты в цикле асзЬ (с „= — пл, 1сз2) больше, чем количество подведенной теплоты в цикле ас'зЬ (о, — = пл. 1с'з2). Поэтому цикл асзЬ с подводом теплоты при р = сопз1 имеет более высокий термический КПД, чем цикл ас'зЬ с подводом теплоты при о = соней (т)г > т), ).
На рис. 11.17, б представлены оба цикла при одинаковых количествах подведенной теплоты о, (от„— = пл. ОБ68; а дт„=— — : пл. 0230) и при различных степенях сжатия е. Как видно, количество теплоты, отведенной в цикле 1 — 2 — 3 — 4 (пл. 0140), больше, чем количество теплоты, отведенной в цикле 1 — Б — 8 — 7 (пл. 0178).
Следовательно, цикл 1 — Б — 6 — 7 Т Т Т, О 1 О О о з б) а) Рис. 11.17 329 Глава 11. Термадииамичаскиа циклы с подводом теплоты при р = сопз1 имеет больший термический КПД(д, >ц,и). Основными недостатками двигателя Дизеля по сравнению с двигателем Отто являются: ° затраты работы на привод устройства насоса для распыления жидкого топлива, на работу которого расходуется 6 — 10% общей мощности двигателя; ° сложные устройства насоса и форсунок; ° относительная тихоходность, обусловленная медленным сгоранием топлива. 11.5.5. Цикл со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера).
Своего рода «гибридом» циклов Отто и Дизеля является цикл со смешанным подводом теплоты частично при и = сопз$, а частично при р = сопэ$. Этот цикл назван именем русского инженера Г. В. Тринклера, а иногда его называют также циклом Сабатэ. Двигатели, работающие по данному типу (рис. 11.18), могут иметь так называемую ферко веру 1, соединенную с рабочим цилиндром 2 узким каналом. На рис.
11.19 показан цикл такого двигателя в ри- и Тз-координатах. В рабочем цилиндре воздух адиабатно сжимается, как и в остальных поршневых двигателях, за счет инерции маховика, сидящего на валу двигателя, нагреваясь при этом до температуры, обеспечивающей воспламенение жидкого топлива, подаваемого в форкамеру (процесс а — с). Форма и расположение последней способствует наилучшему смешению топлива с воздухом, в результате чего происходит быстрое сгорание части топлива в небольшом объеме форкамеры (процесс с — у). Благодаря возрастанию давления в форкамере образовавшаяся в ней смесь несгоревшего топлива, воздуха и продуктов сгорания проталкивается в рабочий цилиндр, где происходит догорание оставшегося топлива, сопровождающееся переме- щением поршня слева направо 1 2 при приблизительно постоянном давлении (процесс у — 2).
По окончании сгорания топлива дальнейшее расширеРнс. 11.18 ние продуктов сгорания (ра- 330 11.а Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания Т а) б) Рис. 11.19 са ° е = — — степень сжатия; ос Ра Р, ° Х = — = — — степень повышения давления в процессе Рг Рг подвода теплоты; У, ° р=— У о = — — степень предварительного расширения. рс 331 бочий ход) происходит адиабатно (процесс з — Ь), после чего отработавшие газы удаляются из цилиндра (процесс Ь вЂ” а). Таким образом, в цикле со смешанным сгоранием подвод теплоты д, осуществляется по изохоре д1, а затем по изобаре д,„.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
