Лекция по термодинамике №7 (1013852)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫВ этом разделе дается изложение теории основных циклов как двигателейвнутреннего сгорания, так и авиационных реактивных.При изучении теории термодинамических циклов следует усвоить, во-первых, самициклы и их вид в pυ- и Ts- диаграммах, четко представлять себе, какие процессыобразуют данный термодинамический цикл и в каких частях двигательной установки онисовершаются.

А во-вторых, надо понять, какие параметры цикла и как они влияют навеличину термодинамического КПД цикла и уметь объяснить сущность этого влияния.Все термодинамические циклы можно разделить на две основные группы:1. Циклы тепловых двигателей - прямые циклы.2. Циклы тепловых машин-орудий - обратные циклы.Первая группа прямых циклов в результате их совершения дает положительнуюрезультирующую работу, которая может быть использована каким-либо потребителем, идля своего осуществления требует затраты тепла.

Вторая группа обратных цикловтепловых машин-орудий требует для своего совершения затраты механической работы.Будемрассматриватьтермодинамическиециклы.идеальныеВэтихциклы,циклахт.е.обратимыевстречаютсятолькоравновесныеобратимыетермодинамические процессы подвода или отвода тепла. Никакие процессы сгорания,наполнения, выпуска газов и прочие в подобных термодинамических циклах нерассматриваются, т.к.

все это процессы реальных тепловых двигателей. Поэтому будемполагать, что все рассматриваемые циклы совершаются в идеальных тепловых машинах,в частности, прямые циклы в идеальных тепловых двигателях, в которых совершаютсяобратимые равновесные термодинамические процессы, следовательно, отсутствуютреальные потери на трение, теплопередачу и др.

В качестве рабочего тела здесьпринимают идеальный газ, процессы сжатия и расширения термодинамическогорабочего тела (ТРТ) в цикле происходят по адиабате. В данном разделе будемрассматривать лишь газовые циклы.1. Прямой газовый изохорный цикл неполного расширенияБудем полагать, что данный цикл совершается в тепловом двигателе скривошипно-шатунным механизмом, основным элементом которого является цилиндр споршнем.На рис. 6.1 представлена схема четырехтактного теплового двигателя с внешнимсмесеобразованием, работающего по изохорному циклу неполного расширения ииндикаторная диаграмма этого двигателя.При работе двигателя поршень I совершает возвратно-поступательное движение вцилиндре II, на головке которого установлены всасывающий III и выпускной IVклапаны.Процесс 1-а - процесс всасывания, поршень движется от верхней мерт-вой точки(ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ), при этом открывается всасывающий клапан и вцилиндр подается горючая смесь, состоящая из воздуха и топлива.

В качестве топлива втаком типе двигателя применяются бензин, спирты, светильный или генераторный газ идр. («легкое топливо»).Рис. 6.1Процесс а-с - процесс сжатия, поршень в этом процессе движется от НМТ до ВМТ,всасывающий клапан при этом закрывается, давление горючей смеси возрастает.Процесс c-z - процесс сгорания смеси, который, считается, происходит мгновенно,т.е. без изменения объема (поршень не успевает переместиться). В этом процессе теплоподводится к рабочему телу, давление и температура повышаются.Процесс z-b - процесс расширения продуктов сгорания, поршень при этомдвижется от ВМТ до НМТ, совершая работу расширения, давление и температурапродуктов сгорания в этом процессе уменьшаются.Процесс b-1 - процесс выталкивания продуктов сгорания из цилиндра вокружающую атмосферу, поршень при этом движется от НМТ до ВМТ, выпускнойклапан IV открывается, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра.Далее цикл повторяется - процесс 1-а - процесс всасывания горючей смеси и т.д.Из рассмотрения индикаторной диаграммы реального поршневого двигателявнутреннего сгорания с внешним смесеобразованием видно, что реальный цикл такогодвигателя является фактически незамкнутым, рабочее тело по окончании циклавыбрасывается в окружающую атмосферу.Термодинамический анализ такого реального цикла весьма затруднен, поэтому напрактике для анализа работы двигателя используют идеальные обратимые замкнутыетермодинамические циклы, рабочим телом в которых является идеальный газ, причембудем полагать, что подвод тепла к рабочему телу осуществляется от внешнихисточников тепла, а не за счет сгорания топлива.Идеальным циклом двигателя с внешним смесеобразованием является изохорныйцикл неполного расширения, который изображен на рис.

6.2 в координатах pυ и Ts.Рис. 6.2Итак, прямой газовый изохорный цикл неполного расширения - это равновесныйгазовый цикл, состоящий из двух изохорных и двух адиабатных процессов при условии,что источник тепла по изохоре подогрева не имеет теплового сообщения схолодильником по изохоре охлаждения.Данный цикл осуществляется следующим образом.

1 кг идеального газа спараметрами (pa, Ta, υa) сжимается по адиабате а-с, в результате чего давление итемпература газа увеличиваются. Далее в изохорном процессе c-z, к газу извне отисточника подводится некоторое количество тепла q1, при этом давление и температурагаза увеличиваются. Затем газ расширяется по адиабате z-b, давление и температура газав этом процессе уменьшаются.

И, наконец, в изохорном процессе b-а тепло q2 отводитсяв холодильник, давление и температура газа уменьшаются, рабочее тело возвращается вначальное состояние. В результате совокупности этих процессов совершается прямойзамкнутый цикл с положительной результирующей работой (l>0), которая в ρυ- и Tsкоординатах определяется площадью асzbа. Эта работа и передается потребителю.Итак, газовый изохорный цикл - это цикл, в котором процессы изменения объемовпротекают без теплообмена с внешней средой, т.е. адиабатно, а процессы теплообмена без изменения объема. Основными характеристиками цикла являются:1. Степень сжатияε=υa,υcгде υa - объем газа в начале процесса сжатия; υc - объем газа в конце процесса сжатия(объем камеры сжатия).2.

Степень повышения давления в процессе подвода теплаλ=pz,pcгде pz - давление газа в конце процесса подвода тепла; pc - давление газа в началепроцесса подвода тепла.Термический КПД циклаηt =ql q1 − q2==1− 2 .q1q1q1Тепло q1 в цикле подводится по изохоре, поэтому может быть определено поуравнениюq1=сυ(Тz-Тс).Тепло q2 в цикле отводится также по изохоре, поэтому может быть определено поуравнениюq2=сυ(Тb-Тa).Подставляя значения q1 и q2 в выражение термического КПД цикла, получаемηt =1 −cυ (Τ b − Τ a )cυ (Τ z − Τ c )⎛Τ⎞Ta ⎜⎜ b − 1⎟⎟⎝ Τa ⎠или ηt = 1 −.⎛Τz⎞Tc ⎜⎜ − 1⎟⎟⎝ Τc ⎠(А)Напишем соотношение параметров для адиабатных процессов z-b и а-с.Для адиабаты а-сΤ c ⎛υa ⎞=⎜ ⎟Τ a ⎜⎝ υ c ⎟⎠к −1= ε к −1 ;Τ c = Τ a ε к −1 .(6.1)Для адиабаты z-bΤ b ⎛ υz ⎞=⎜ ⎟Τ z ⎜⎝ υb ⎟⎠к −1⎛υ ⎞= ⎜⎜ c ⎟⎟⎝ υa ⎠к −1=1.(6.2)Τa1; ηt = 1 − к −1 ;Τcε(6.3)ε к −1Из уравнений (1) и (2) видно, чтоΤc Τ z== ε к −1 ;Τa ΤbтогдаΤb Τ z= .Τa ΤcСледовательно, из (А) получаемηt =1 −отсюдаηt ~ f (ε ).Чем больше степень сжатия, тем больше и степень полезного расширения, тембольше результирующая работа цикла и тем больше его термический КПД.

Кроме того,термический КПД такого цикла зависит от показателя адиабаты к. С возрастаниемзначения к КПД цикла увеличивается. Зависимость ηt = f1 (к ) объясняется влияниемизменения рода рабочего тела, его теплоемкости. Так, одноатомный газ (к=1,66) имеетминимальную теплоемкость и требует минимальной затраты тепла для заданногоповышения температуры в процессе c-z, что обеспечивает максимальный термическийКПД цикла.

На рис. 6.3 и 6.4 представлены зависимости ηt ~ f (ε ) при к=const и ηt ~ f1 (к )при ε =const.Рис. 6.3Рис. 6.46.2. Прямой газовый изобарный цикл неполного расширенияИзобарный цикл неполного расширения - это цикл, состоящий из изобарного, двухадиабатных и изохорного процессов при условии, что источник тепла по изобаре неимеет теплового сообщения с холодильником по изохоре. Этот цикл является идеальнойсхемой циклов компрессорных дизелей.По-прежнему будем считать, что данный цикл совершается в поршневом двигателес кривошипно-шатунным механизмом.На рис. 6.5 изображен идеальный газовый изобарный цикл неполного расширенияв координатах pυ и Тs. Данный цикл осуществляется следующим образом. 1 кгидеального газа с начальными параметрами (pa, Ta, υa) сжимается по адиабате а-с, врезультате чего давление и температура газа увеличивается.

Затем в изобарном процессеc-z к газу подводится некоторое количество тепла q1 от источника, температура и объемгаза при этом увеличиваются. Далее газ расширяется по адиабате z-b, давление итемпература газа в этом процессе уменьшаются, причем давление в конце процессарасширения больше, чем давление в начальной точке цикла рb>рa (цикл неполногорасширения).

И, наконец, в изохорном процессе b-a происходит отвод тепла q2 вхолодильник, давление и температура газа при этом уменьшаются, рабочее теловозвращается в начальное состояние. В результате совокупности этих процессов,совершается цикл с положительной результирующей работой (l>0), которая в pυ- и Tsкоординатах определяется площадью асzbа.Рис.

6.5Основные характеристики изобарного цикла1. Степень сжатияε=υa.υc2. Степень предварительного (изобарного) расширенияρ=υz Τ z= .υc Τ cТермический КПД циклаηt =ql q1 − q2== 1− 2 .q1q1q1Тепло q1, подводимое в цикле по изобаре, может быть определено по уравнениюq1=сp(Тz-Тс).Тепло q2, отводимое в цикле по изохоре, может быть определено по уравнениюq2=сυ(Тb-Тa).Подставляя значения q1 и q2 в выражение термического КПД цикла, получаемηt =1 −cυ (Τ b − Τ a )c p (Τ z − Τ c )⎞⎛ΤTa ⎜⎜ b − 1⎟⎟⎝ Τa ⎠или ηt = 1 −.⎞⎛ΤzкTc ⎜⎜ − 1⎟⎟⎝ Τc ⎠По соотношению параметров адиабатного процесса получим для адиабаты сжатияа-сΤ c ⎛υa ⎞=⎜ ⎟Τ a ⎜⎝ υ c ⎟⎠к −1= ε к −1 ,(6.4)для адиабаты расширения z-bк −1Τb ⎛υz ⎞=⎜ ⎟ .Τ z ⎜⎝ υ b ⎟⎠Тогда⎛υ ⎞Τ cΤ b= ε к −1 ⎜⎜ z ⎟⎟Τ aΤ z⎝ υb ⎠к −1⎛υ υ ⎞= ⎜⎜ a z ⎟⎟⎝ υc υb ⎠к −1илиΤb Τ z ⎛υz ⎞= ⎜ ⎟Τ a Τ c ⎜⎝ υ c ⎟⎠т.к.к −1= ρρ к −1 = ρ к ,(6.5)υΤ z υz= , а z = ρ , следовательно,υcΤ c υcρ к −1.ηt = 1 − к −1kε ( ρ − 1)(6.6)Термический КПД данного цикла является функцией степени сжатия ε и степенипредварительного расширения ρ, при увеличении ε и уменьшении ρ термический КПДвозрастает:⎛1⎞ηt ~ f ⎜⎜ ε , ⎟⎟ .⎝ ρ⎠Уменьшение термического КПД данного цикла с ростом ρ объясняется тем, что сростом ρ увеличение затраты подведенного теплана линии c-z (Δq΄) превышаетувеличение полезной результирующей работы (Δl).6.3.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций