Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Ч!1, 4 6), найдем для случая адиабатного расширения 1 кг газа (рис. 11.9, б) и 1 = — ~ Ыр=1,— (,=ар(Т,— Т,). и (11.23) В то же время полагая, что в адиабатном процессе ри" = р,и'„и счи- тая, что в детандере йр с, О, найдем и* Р: Р Рг — Рг 1- 11г 1-1М = — ~ Ыр= — р иг) — = — ри и — г 1 = г 1 !/и (й — 1)Рг Рв О, (1 1.24) Работа детандера при изотермическом процессе расширения рав- на Р г ( = — ') идр= — КТ!з — =юг!п —. и йр рд П и рг и (11.25) Реализовать изотермический процесс расширения в детандере трудно, но можно приблизиться к нему, если в процессе многоступен- 150 Термодинамические основы всех детандеров одни и те же, и цель расчета определить работу, которая может быть получена от некоторого количества газа при заданных начальных и конечных параметрах рабочего тела.
Работа детандера зависит, как видно из рис. 11.9, от процесса расширения газа. На рис. 11.9, а: а-! — процесс наполнения; 1-2— процесс расширения газа, 2-6 — процесс выталкивания. Совокупность рабочих процессов в детандере, как и в компрессоре, не представляет собой замкнутый термодинамический процесс-цикл. Наиболее выгодным, с точки зрения получения работы, будет изотермический процесс 1-2'. Однако изотермический процесс расширения трудно осуществить, и процессы в детандерах близки к адиабатным. чатого расширения от р, до рз подавать теплоту между ступенями (перегрев пара в пароперегревателе, промежуточная камера сгорания между ступенями газовой турбины).
Мощность детандера (в ко), т. е. количество работы, снимаемой с вала детандера в единицу времени, равна А(,= —, Ш„ !ооо ' (11. 26) ме и = — ' П кг (11 о7) где А!, — действительная мошность, снимаемая с вала детандера. Для современных детандеров (турбин) и = 0,82 —; 0,85.
И компрессоры, и детандеры являются основными агрегатами современных газовых теплосиловых установок. ГЛАВА Х!! ЦИКЛЫ ПОРШНЕВЫХ ЛВИГАТГЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Назначение всякого теплового двигателя состоит в пресбразовании теплоты в работу. Необходимая для перевода в работу теплота получается при сгорании жидких, твердых или газообразных топлив.
Топливо может сжигаться вне тепловой машины (паровые машины и турбины) — это так называемые двигатели внешнего сгорания. Двигатели, в которых процесс сгорания осуществляется в рабочем пространстве машины, называют двигателями внутреннего сгорания. Рабочий процесс поршневого двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем (рис. 12.1). Горючая смесь (смесь топлива с воздухом) сгорает в цилиндре двигателя ! с повышением температуры и давления. Продукты сгорания, воздействуя на поршень 2, перемещают его из.крайнего верхнего положения (верхняя мертвая точка — ВМТ) в крайнее нижнее (ннжняя мертвая точка — НМТ) (рис. 12.1, а). Процессы сгорания и расширения дают в совокупности рабочий ход (такт) поршня. Чтобы можно было повторить эти основные процессы в двигателе, отработавшие продукты сгорания нужно удалить из цилиндра и наполнить его свежей порцией горючей смеси.
Зто производится за два (такта) хода поршня: выталкивания продуктов сгорания (рис. 12,1, б) и обратного хода для всасывания воздуха или горючей смеси (рис. 12,1, в). Процессы выталкивания и всасывания осуществляются при соответствуюшем открытии выхлопного 3 и всасывающего 5 клапанов, помещенных в головке цилиндра 4. !з! где 6 — расход газа через детандер, кг/век. Мощность детандера зависитот конструктивных особенностей детандера, выбора рабочего тела, расхода через него. Наибольшие расходы допускают турбины; они способны развивать большие мошности при малых размерах. Совершенство работы детандера может быть оценено значением относительного к. п.
д. Во время четвертого хода поршня производится сжатие воздуха или горючей смеси (рис. 12.1, г), и затем все процессы повторяются. Таким образом, рабочий процесс периодичен и каждый период складывается из четырех ходов поршня, производимых за два полных оборота коленчатого вала двигателя.
Двигатели, работающие таким образом, называют четырехтактными. Двигатели, у которых процесс совершается за два хода поршня (один оборот коленчатого вала), называются двухтактными. У них ход выталкивания и всасывания заменяется продувкой цилиндра, при которой производится удаление продуктов сгорания и заполнение цилиндра воздухом или горючей смесью. НМТ Рис. !2.! Исследование рабочего процесса в двигателях производится с помощью особых приборов — и н д и к а т о р о в. Они позволяют получить и иди к атор н ые диагр амм ы, отображающие изменение давления в рабочих процессах, происходящих в цилиндре двигателя. На индикаторных диаграммах по оси ординат откладываются абсолютные давления внутри цилиндра, а по оси абсцисс — соответствующие этому давлению изменения объема или перемещение поршня.
Индикаторная диаграмма дает возможность исследовать совершенство рабочих процессов в двигателе и определить таи называемые индикаторные параметры двигателя: работу, к. п. д., мощность, удельный расход топлива. Однако индикаторная диаграмма не является круговым обратимым термодинамическим процессом — циклом и не дает возможности сравнительно просто определить изменениесостояния рабочеготела в отдельных термодинамических процессах, из которых состоит цикл. В основе работы двигателей внутреннего сгорания лежат идеальные ируговые процессы преобразования теплоты в механическую работу, т.
е. идеальные циклы. Изучение их необходимо для оценки совершенства действительных тепловых процессов, происходящих в двигателях, а также факторов, влияющих на экономичность двигателя и величину развиваемой им работы. При термодинамическом исследовании циклов полагают: 1) циклы замкнуты. В действительности же продукты с: орания удаляются в атмосферу, а на их место поступает новое рабочее тело; 2) рабочее тело в цикле рассматривается как идеальный газ с постоянной теплоемкостью; 3) процесс сгорания, связанный с химическими изменениями состава газа, заменяется обратимым процессом подвода теплоты извне д,; 4) процесс унося теплоты, содержащейся в продуктах сгорания, заменяется теплотой д„которая отводится от рабочего тела обратимым путем; 5) механические потери, т.
е. потери на трение и потери теплоты в окружающую среду (передача теплоты от стенок и унос теплоты ох. лаждающей водой), отсутствуют. При таких предпосылках можно считать, что двигатели внутреннего сгорания работают по обратимым термодинамическим циклам Термодинамическое исследование дает возможность определи"ь принципы работы двигателей, параметры газа в характерных точа ах цикла, термический к. п. д.
и работу цикла. Термодинамически. иссле дования циклов, как правило, сопровождаются графическим изобра жением их на р — о и Т вЂ” а-диаграммах. В двигателях внутреннего сгорания могут быть использованы еле дующие циклы: а) цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (о = сопз)) б) цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (р = = сопз1); в) цикл со смешанным подводом теплоты как при постоянном объ еме, так и при постоянном давлении. Во всех перечисленных циклах отвод теплоты в цикле произво дится при постоянном обьеме в силу того, что расширенле газа происходит не полностью, и степень возможного расширения в дви гателе определяется положением поршня в нижней мертвой точке.
й 1. Цикл с подводом теплоты при о сопз( Исследование этого цикла поршневого двигателя начнем с рас смотрения теоретической индикаторной диаграммы, в которой про. цесс сгорания осуществляется при постоянном объеме. На р — У-диаграмме (рис. 12.2): Ь-а — процесс всасывания в цилиндр горючей смеси; а-с — сжатие смеси; с-г — процесс горения смеси, воспламенение которой осуществляется от специального запальника — свечи; г-е — процесс расширения продуктов сгорания; е-а-Ь вЂ” процесс выхлопа продуктов сгорания в атмосферу. Всасывание Ь-а и выталкивание а-Ь не являются термодинамическими процессами, так как параметры рабочего тела при этом не меняются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
