Крутов В.И. - Техническая термодинамика (1062533), страница 59
Текст из файла (страница 59)
ваемому холодному источнику теплоты (холодильнику); теплоемкости рабочих тел принимаются не зависящими от темпера-' туры; рабочим телом является идеальный газ. Анализ термодинамических циклов различных тепловых двигателе-. лей показывает, что все они могут рассматриваться как частные случаи некоторого условного цикла, показанного ка вр- н на зТ-диаграммах, (рис. 94, а, б). Далее этот цикл называется обобщенным. Сжатие 1-2 (рис. 94, а) рабочего тела принимается адиабатным.
Подвод теплоты в количестве д( происходит вначале при изохорном процессе 2-З, а затем в количестве 91 при изобарнам процессе. Затем Х 42 рг 0'~ Р5ФИУ гг2 = сг' (Тн — Тн); 'г2 с (Т5 Тг) 1)) Т )5 = с, (Тн — Т)+ ср (Тд — Тн) (673) и Ч2 ср (75 75) + ср (гТн 75). (674) Количества подведенной и от-, веденной теплоты в цикле могут быть подсчитаны через параметры цикла. Для этого температуры 15НС. 94. ОВООВ5ЕННЫй тЕРНОДННаМННВ- всех точек цикла следует выраз ' сннй цннд тннднннеРгнтнннсннх юг« ить шнн: ЧЕРЕЗ тЕМПЕратуру ОднОЙ ИЗ тоЧЕК д — нд др-днагранне. б — «а гг-диаграмме цикла (например, Т5) и соответствующие параметры цикла. Так, процесс 7-2 является адиабатным, поэтому Т21Т5 = (о,7О2)»-' = ед — ', откуда = Т, В5-1.
(676) Процесс 2-3 изохорный, в связи с чем Тд(Т2 = р27рд=Л, откуда Тн = Т, Л, или с учетом формулы (67 ' Т, = Т, ед-'Л. (676) ри изобарном процессе 3-4 Т4(Т2 = О5(од = р„поэтому Т4 — — Тнр„ ли с учетом формулы (17 ') Т, = Т,Лрннд-'. (677) 281 происходит адиабатное расширение4-5, после чего теплота отдается холодному источнику вначале при изохорном процессе 5.5 (д2), а затем при изобарном процессе (д2). Параметрами, характеризующими обобщенный цикл, являются: а отгон — степень сжатия; Л = рн(рд — степень повышения давления; р, = Одйн — степень предварительного расширения; Лр —— (1) '~ = р,урн — степень падения давле- .
р У Р а, иия; е, = он/О, — степень предва- 1 рнтельного сжатия. г Количество удельной теплоты 45, подведенной в обобщенном цик. .ле отгорячего источника теплоты, определяется суммой 51,= гг( + д1 и дн, отдаваемой в цикле холоднаму источнику теплоты, также определяется суммой д, = д2' + д",. 1 Так как д~ — — ср (҄— Т,); гг( = Ч'2' г— 1 -.,(Т, — Т,); Т,)Т, = Процесс отвода теплоты 5-6 — изохорный, поэтому р,/р, = Лр, откуда Процесс отвода теплоты 6-7 изоба ный, поэтому Т,/Тт Р откуда (678) =* о~о, = Т, = Т, е„.
(679) С учетом выражения (679) формула (678) получает вид Т, = Т,е,Лр. (680) Соотношения (675), (677), (679) и (680) дают возможноать ваписать выражения (673) н (674) в следующем виде: дт = суТр'-' 1(Л вЂ” 1) + йЛ (р, — 1)) (681) и) с, = сг Т,(е,(Лр — 1)+ й(е,— 1) ' (682) Значение количеств теплоты, подведенной и отведенной от рабочего тела в цикле, позволяет определить термичеекий КП(1 цикла тн и работу цикла 1„. Термический КПД т)г цикла определяетея по формуле (58), которая в учетом выражений (681) и (682) приводится к виду ! ) ар (хр — ))+ь (ар — )) (683) Л вЂ” 1+ьХ(р, 1) ' Удельная работа цикла !ц определяетая разностьюг (а = чт Чт.
Подставив д, из (681) и дт нз (682), получим 1„= срТ,зР-' 1(Л вЂ” 1) + йЛ (р, — !) — (з,lет ') (Лр — 1)— — (Й/а"-') (з, — 1), или после некоторых преобразований )„= сгТ, з'-' (Л вЂ” 1 + й Л (р, — 1)! н, = с, т),.' (685) Здесь т), определяется выражением (683). Формулы (683) и (685) позволяют определять ( и пн для каждого конкретного цикла. (684) $114.
Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания Йвигатели внутреннего сгорания подразделяют на двигатели, работающие по смешанному циклу, двигатели е подводом теплоты при постоянном объеме и двигатели е подводом теплоты при постоянном давлении. При движении поршня 6.(риа. 95) от ВМТ вниз при открытом впусскном клапане 2 совершается такт всасывания ! (рис. 96). В НМТ впускной клапан 2 закрывается и поршень 6, перемещаясь вверх, со-, всршает такт 11, называемый тактом сжатия. Вблизи ВМТ топливо воспламеняется и давление вследствие выделяющейся теплоты резко поднимается. После завершения сгорания совершается такт 111, называемый р а б о ч и и т а к т о и (или тактом расширения).
Вблизи НМТ открывается выпускной клапан, давление падает и при движзиии поршня от НМТ к ВМТ (такт 1)1) отраг 2 3 ботавшие газы выталкиваютвн из цилиндра (такт выхлопа). Зги -четыре такта н заставляют д е й с т в и т е л ь н ы й цикл двигателей внутреннею сгорания. Записывается этот цикл экспериментальным путем с помощью прибора, называемого индикатором, и называетвн индикатора ной диаграммой (рис. 9б). Рис. 95. Схема иоршиевого двигателя внутреннего сгорания: à — впускное коллактор: у нруокноа кларан; 3 — форсунка; а — инлннлр: а — нормана Рис. 96, Иниикаторнвя диаграмма двн.
гателя внутреннего сгорания В термодинамических циклах двигателей внутреннего сгорания такты впуска и выпуска (1 и Пl на рис. 9б) не рассматриваются. Сжатие газа 1-2 (рис. 97, а) принимается адиабатным, а процесс подвода теплоты д, = д; + д," происходит вначале по изохоре 2-8, а затем по изобаре 5-4. Расширение 4-5, как и сжатие, принимается адиабатным. Отвод теплоты да к холодному источнику теплоты происходит по изо.хоре 5-1. Такой цикл называется с м е ш а н и ы м. зТ-диаграмма со смешанным циклом показана на рис. 97, б. Сравнение обобщенного цикла (рис. 94) с рассма гриваемым (рис, 97) .показывает, что в смешанном цикле в = (. В этом случае параметр )ср = рв1р, может быть преобразован.
Действительно, Так как и,/п, = р„; п,/оа п,/па = з; р,/р, = (п,/па)" = а"; ра//та = Х, то )с = Хрр В связи с этим термический КПД (686) Х вЂ” 1+И (р — ц а работа цикла 1 определяется формулой (685), в которой та должен подсчитываться по формуле (686). Одним из важнейших показателей работы двигателей внутреннего сгорания является среднее цикловое давление рь определяемое в виде отношения работы цикла 1„ к 'пР удельному рабочему объему цилиндра двигателя (рис. 97, а): р = (и/на ™ 1и/(и, — па). (687) Подставив 1„из формулы (685) в выражение (687) и проведя преобразования, имеем Ра (х — ~ + ах (Рр — !~Я (/г — ц (а — ц (688) где тп определяется формулой (686).
4 В двигателях внутреннего т -/' сгорания с воспламенением рабочей смеси (около ВМТ) от: ~Х электрической искры время сгорания очень мало, в связи с чем г допустима принять, что весь ' процесс сгорания (т. е. процесс //и Р подвода теплоты) осуществляется при постоянном объеме. Такой цикл, называемый циклом с подводом теплоты: прн постоянном объ-' Рне. 97.
Смешанный тевмодииамический м е 98 яннл двигателей внутреннего сгораниш и иа рр — диаграмме; б — иа аг-диаграмме равнение циклов, из женных на рис. 9 и , свидетельствует о том, что в рассматриваемом цикле р„ = 1. Поэтому форм ла 686 пол чает вид ( ) Чг = 1 — 1/3 (689) Таким образом, термический КПД цикла с подводом теплоты при постоянном объеме зависит от свойств рабочего тела (й) и конструк- Рис 99. Термодинамический циил двигателей внутреннего сгорания с, подводом теплоты при постоянном объеме: а — аа ер-дааграмага; б — аа аг-диаграмма Рис. 99. Зависимость термического КПД цикла с подводом теплотм при постоянном объеме от степени сжатия и показателя адиабатм ции двигателя (з). Это иллюстрируется графиком (риб.
99), который показывает, что термический КПД двигателя увеличивается цо мере увеличения степени сжатия и показателя аднабаты. Этим объясняется тот факт, что по мере совершенствования двигателей степень сжатия их постепенно возрастала. КПД цикла можно также подсчитать с помощью зТ-диаграммы в виде отношения пл. !2861 к площади под процессом 2-8 (рис. 98,б). Нагрузка на двигатель в термодинамическом цикле характеризу- ется количеством теплоты, подводимой к рабочему телу от горячего на. точника. Для цикла с подводом теплоты при постоянном объеме 9, = скТ, (Х вЂ” 'г). Следовательно, нагрузка при заданных значениях сн н Т, пропорциональна степени повышения давления б. н ие зависит от степени сжатия. Это свидетельствует о том, что термический КП1д рассматриваемого цикла при изменении нагрузки не меняется.
На рис. 98 пунктирными кривыми показаны процессы расширения рабочего тела при снижении нагрузки. В соответствии с формулой (687) () среднее давление цикла д ра (Ь вЂ” П ч Ра = (в — П (а — П Чь 'где н, определяется формулой (689). Полученное выражение показы-: 2 Ф б д вает, что с увеличением количества подведенной теплоты (увеличнвается Л) среднее давление цикла также увеличивается.
В цилиндрах двигателей внутреннего сгорания и воспламенением от сжатия прн такте сжатия сжимается чистый воздух. Вблизи от ВМТ в цилиндр двигателя через форсунку 6 (см. рип. 96) впрыскивается раа' пыленное топливо, которое в среде горячего воздуха самовоспламени. Рис. 100. Термодннамнчесиия цикл двигателей внутреннего сгорания а подводом теплоты прн постоянном давлении: а — на иа.анаграмме; а — на ат-анаграмма ется и сгорает. Процесс подвода теплоты к рабочему телу принимается в атом случае изобарным. Такой цикл, называемый циклом а п одводом теплоты при постоянном давлении, показан на ор- и зТ-диаграммпх (рис.
100, а, б). Сравнение циклов, показанных на рис. 97 и 100, свидетельствует о том, что в цикле с подводом теплоты при постоянном давлении Х 1, поэтому выражение (686) получает вид р," — 1 Чг 1 — и — 1) - ' . (690) а а(р,— 1) 0 й В 12 10 н~ / в1 Рнс 101.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
