Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Также следует учесть и то обстоятельство, чго площадь под линией всасывания Ь-а представляет собой работу всасывания Е„, а площадь под линией а-Ь вЂ” работу выталкивания 153 Е,ы,. Так как процессы всасывания и выталкивания направлены в разные стороны, та Обратимый термодинамический цикл на 1 кг рабочего тела, изображенный на р — о-диаграмме (рис. 12,3), состоит из аднабатного сжатия, подвода к газу теплоты при о = сопз1, адиабатного расширения и отдачи газом теплоты при о = сопз1. По этому циклу, предложенному Отто, работают двигатели с искровым зажиганием.
Цикл с подводом теплоты при о = сопз1 определяется заданием начального состояния в точке а и параметров цикла: Рис 12.3 Рпс. 12.2 степени сжатия' е = о,/о„ степени повышения давления Х= р,/р,, Параметры рабочего тела в узловых точках цикла, определяемые при рассмотрении отдельных процессов, находятся по формулам, вывод которых дан в главе ч': точка с рс у еа — =~ — ) =ез; р=р е"'1 — — = е" ' Т = Т, е"-", т а пс " Степень сжатия представляет собой отпошеппе полного объема др Р, объему камеры сгорания У,. Разность между полным объемом емз пни объемом камеры сгорания дает тзк называемый рабочий объем пялнпдрз 1Гь.
154 точка г Рс Ра р =р Х=р с~); Рс тс Рс Т,=Т,) =Т,ес-')4 точка е 0,5 44 а2 2 5 ~ 2 5 4 5 а г а 5 0 Рис, !2.4 Рас. 12.5 4(4 = с„г(Т+ рг(о. Для процессов, происходящих при о=сопз1(4Ь=О) 4 =с„(Т,— Тг), следовательно, для цикла, идущего с подводом теплоты, при о = сопз1 4, = г,(Т,— Т,) =с, Т а~ '():,— 1) (12.1) д,=с,(Т,— Т,)=с, Т,(Х вЂ” 1).
(12. 2) Подводимая теплота д, на Т вЂ” а-диаграмме (рис. 12.4) представляет собой пл. сг21, а отводимая теплота д — пл. аа21. Термический к. п. д. этого цикла может быть определен с помощью уравнения (6.1) Ч,=1 — — = чя гч % А Количество подводимой и отводимой теплоты на 1 кг рабочего тела, участвующего в цикле, можно определить, используя первый закон термодинамики (4.16), Термический к. п. д. цикла равен е„Т„(Х вЂ” !) !)! =1— е~ Т ее '(А — 1) (12.3) или Работа цикла определяется количеством подводнмой теплоты и значением термического к.
п, д. 1„=д!т)!„=с,т,ее-!() — 1)(1 — —,, ~. 1 (12.4) 40 2а !5 156 Из выражения (12.3) вид- 45 но, что термический к. п. д. цикла с подводом теплоты при о =сопэ1 зависит от сте- Ю пени сжатия и показателя адиабаты А рабочего тела, совершающего цикл. Уравне- 25 ние (! 2.3) показывает, что с увеличением степени сжатия термический к. п. д. растет. Зависимость т),„=1(е) для различных я представлена на рис. 12.3. Из этой зависимости видно, что с увеличением степени сжатия выше 0 значений 1О '-12 темп возрастания т),, уменьшается. Отсюда следует, что степень сжатия больше чем 10 —: 12 применять нецелесообразно, так как значительно возрасРес.
12.б тает максимальное давление в цикле. Одновременно с увеличением термического к. п. д. растет и работа цикла. На рис. 12.6 представлены два цикла с одинаковым начальным давлением р = 1 бар и одинаковым количеством подводимой теплоты д!. Циклы имеют различную степень сжатия, причем, как видно из сравнения площадей, определяющих работу цикла, цикл, имеющий ббльшую степень сжатия, имеет и ббльшую полезную работу. В двигателях, работающих по циклу и = сапа(, в цилиндр двигателя поступает свежая рабочая смесь, т.
е. смесь воздуха с топливом. Топливо-воздушная смесь в двигателях, работающих по циклу о сопэ1, подвергается сжатию и около ВМТ зажигается электрической свечой. При больших степенях сжатия в резуль- тате значительного повышения температуры в конце процесса сжатия может наступить самовоспламенение смеси. Еще более существенным является то обстоятельство, что с увеличением степени сжатия, а следовательно, и с увеличением температуры в конце сжатия появляется детонация свежей рабочей смеси, которая приводит к взрывному характеру сгорания. В результате детонации процесс сгорания нарушается, мощность двигателя падает, расход топлива растет.
Появление детонации является причиной того, что практически в двигателях, работающих по циклу и = сопэ1, степени сжатия имеют вполне определенные предельные значения. Явление детонации в значительной степени зависит от сорта применяемого топлива, от его антидетонационных качеств. Поэтому сорт применяемого топлива определяет выбор предельного значения степени сжатия. $2. Цикл с подводом теплоты при р = сопэ1 Двигатели, работающие по циклу о = сопз1, практически работают при малых значениях а, а следовательно, имеют невысокие Пг Увеличения термического к.
п. д. в двигателях можно достичь, если создать такой рабочий процесс, при котором бы производилось раздельное сжатие воздуха и топлива. Это позволило бы двигателю работать с высокими степенями сжатия е = 14 —:18. При этих степенях сжатия воздух, поступивший внутрь цилиндра, в конце сжатия имеет давление 30 — 40 бар и температуру, равную 500 — 800' С, которая обеспечивает надежное самовоспламенение и сгорание топлива. Топливо подается в камеру сгорания через форсункн в конце процесса сжатия. Ввод топлива осуществляется сжатым воздухом, подаваемым от компрессора под давлением 50— 60 бар. Теоретическая индикаторная диаграмма такого двигателя представлена на рис. 12.7. На диаграмме; Ь-а — процесс всасывания воздуха в цилиндр; а-с — адиабатное сжатие воздуха; с-г — процесс горения топлива; г-е — процесс расширения продуктов сгорания; е-а-Ь вЂ” процесс выхлопа продуктов сгорания в атмосферу.
Двигатели с высокой степенью сжатия и самовоспламенением топлива в основе имеют идеальный цикл с подводом теплоты прн р = сопэ1. Двигатели, которые работают по такому циклу, предложенному Дизелем, называются диэеляии. Этот цикл состоит из двух адиабат сжатия и расширения, изобары подвода теплоты и изохоры отвода теплоты (рис. 12.8). При заданном начальном состоянии (точка а) цикл однозначно определяется двумя параметрами". степенью сжатия э = Оа7ое и степенью предварительного расширения р о,lэ,, 1зт Параметры рабочего тела в узловых точках цикла, определяемые при рассмотрении отдельных процессов, находятся из обших термодинамнческнх соотношений: точка с Т,=Т, ее-', Р,=Р,е е точка г р,=р,=р,е', Т,= Тае'-'гк точка е ре- Р.", + = ( — ")" ' = ( — '~' '- ( и, в, Хе-' р'" = 1' — — *) =:, Т,-т.р.
1 о и ) ве-' а е Рис. 12.3 Рис. 12.7 Теплота д„подведенная к газу в процессее-г, н теплота ое, отведенная от газа в процессе е-а, соответственно равны: е),=е,(Т,— 7;)=срТ е"-'(р — 1), де=с,(Т,— Т,)=с, Т„р' '. Нв е, та Ияе — 11 та =1 — — 1— 'Э ар та е" 1 (р — 1) или р' — 1 та еве - ' 1р — 1) (12.б) Работа цикла равна 1 =Н,П =,Т„"- (р — 1)П вЂ” — — 1 (12'б) — — — .е«- 1р 1) Исключая из рассмотрения влияние показателя аднабаты )е, зависящего от рода применяюшегося в цикле рабочего тела„видим, что на термический к. и. д.
(формула (12.5)) влияют две величины е и р. Подставляя значения д, и дв в формулу термического к. п. д. цик- ла, получаем Влияние е на Ч, такое же, как и в цикле с подводом теплоты 1р при о = сопз1, т. е. с увеличением степени сжатия увеличивается и термический к. п. д.
цикла. При увеличении степени предварительного расширения, как видно из формулы (12.5), термлческий к. п. д. цикла должен падать. При постоянной степени сжатия увеличение р вызовет увеличение о„который зависит от количества подводимой теплоты. При увеличении д, увеличивается объем о„ а вместе с ним увеличивается и работа цикла (рнс. 12.9). Таким образом, возрастание р приводит к увеличению работы и уменьшеншо термического к. п. д. Сопоставляя значения терни- Рпс. !2.9 Рпс. !2 Ю ческих к. п. д. циклов с подводом теплоты при о = сопз1 и р = сопз1, видим, что они различаются множителем Рл а (р-1) Отсюда следует, что при одинаковых степенях сжатия Ч,, ~ Ч, .
н ~р Сравнивая циклы с подводом теплоты при р = сопл( и о = сопз1 при одинаковых максимальных давлениях и температурах и различных е (рис. 12.10), видим, что при неизменном количестве отводимой теплоты пл. А пл, В+пл. С Ч~ 1 р пл, А+пл. В+пл. С пл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
