teplotekhnika (852911), страница 17
Текст из файла (страница 17)
= Ьі/т, где т - время цикла)на величину механических потерьАнт, = и, - не.(5.10)Механический КПД двигателя'пмехМ“іЬ, 91Ь: ОнППі=_е=-_('-_-=--і(5.11)ИЛИтІе=(5-12)т1іпмех= тІіпоіпмех'Мощность механических потерь учитывает:потери на трение во всевозможных узлах и передачах;работу насосных потерь (вспомним индикаторную диаграмму ДВС);потери механической энергии на привод навешенных на коленчатыйвал механизмов на собственные нужды двигателя, например, насосов систем питания, охлаждения, смазывания и т.п.Эффективный КПД двигателя обычно вычисляется по результатамиспытания по формуле(33600__ 3600/`/е __ 3600 __ВчР 'ВРчанєзїеснЅе(5-13)где Вч - часовой расход топлива, кг/ч; 021 - низшая рабочая теплота сгорания топлива, кДж/кг; де - удельный эффективный часовой расход топлива, кг/кВтч.Таким образом, при конкретном топливе удельный эффективный часовой расход топлива обратно пропорционален эффективному КПД двигателя.93Компенсация за вынужденноепреобразование теплоты в работу__7Г__ПВВнутренние потери от необратимостит*- протекания реальных процессовМеханические потери7Г___ двигателя/Тт",__ 1- _ТтахДлрц 'К-Ьть:-Ё_ИсточниктеплотыЧДвигательк движителюПотери движителячт.т*1,.І/1типотери передачи___.(7 де2,иЧП ТР-сРПотребитель - транспортноесредство`Рис.
5.9. Схема преобразования энергии от источника теплоты до потреби-теляФормула (5.12) позволяет проанализировать направления повышения эффективности двигателя с использованием аппарата термодинамического исследования.На рис. 5.9 представлена ступенчатая связь между коэффициентамиполезного действия в процессе преобразования энергии от первичногоисточника в механическую энергию - работу транспортного средства.Полное преобразование теплоты в работу - вечный двигатель второго рода (пдд/,р = І) противоречит второму началу термодинамики, а термодинамический предел (в заданном интервале температур) возможен вЦикле Карно (цж).Термические КПД идеальных циклов 11, и 11,. реальных двигателей всегда ниже КПД цикла Карно. Внутренние потери, связанные с необратимостью реальных процессов, степень отличия их от идеальных процессов оцениваются относительным индикаторным КПД 110,., а механические потери - механическим КПД цмех.Далее эффективный КПД двигателя це уменьшается за счет механических потерь передачи к движителю (колеса, винт и т.п.), а затем и засчет потерь механической энергии, определяемых КПД движителя(птр_ср).Представленная схема, справедливая для любого теплового двигате-ля, работающего на какой-либо потребитель, позволяет представить ме-сто частного КПД в общей системе коэффициентов полезного действия,оценить его весомость, рассмотреть возможности его повышения и влияние на общий КПД транспортной установки.Идеальные циклы Отто, Тринклера, Стирлинга.
Вывод формул термических КПД циклов. Цикл с изохорным подводом теплоты называют циклом Отто. По этому циклу работают все карбюраторные и газовые дви94РРис. 5.10. цикл двс с91"*2подводом теплоты при постоянном объемеТ*3иЧ,& 142\І->Ч2_и711о3а2Ч2Ьа57гатели, у которых топливно-воздушная смесь приготовляется вне цилиндра, а воспламенение происходит от постороннего источника.Цикл карбюраторного двигателя в диаграммах ру и 729 (рис. 5.10) совершается следующим образом: по адиабате 1-2 происходит сжатие рабочего тела; по изохоре 2-3 - подвод теплоты 4,.Количество подведенной теплоты ад в диаграмме Тз изображаетсяплощадью а-2-3-Ь.
По адиабате 3-4 осуществляется расширение, а поизохоре 4-1 - отвод теплоты 42 к холодному источнику. Количество отведенной теплоты на диаграмме 73 характеризуется площадью а- І-4-Ь.Полезная работа, полученная в цикле, на диаграмме ру, равна площади1-2-3-4.Термический КПД ЦиклаП:=І“ыЧ1Количество подводимой и отводимой теплоты в изохорных процессах 2-3 и 4-1аІ = сУ(Т3 - Т2) и |с12| = с\,(Т4 - ТІ).Подставляя значения а] и 42 в формулу для термического КПД, получаемВ.ц , =|__Щ=|__7;1.Т1.72 54Т2Температуры в основных точках цикла связаны между собой зависимостью Т2/ ТІ = ТЗ/ Т4 = (тд/ду" = .є'<-І (здесь уІ/у2 = є - степень сжатия).После подстановки последнего выражения найдемТ3-72п,= І - І/є/Н.(5.14)Из (5.14) следует, что термический КПД цикла с изохорным подводомтеплоты зависит только от степени сжатия (є) и показателя адиабаты(Іс), характеризующего физические свойства рабочего тела.95П:0,6/\Р,Ж// ХЬ/04,41, /-/////І0,20И*//12468Рис.
5.11. Зависимость КПДцикла от степени сжатия ипоказателя адиабаты8С увеличением степени сжатия и показателя адиабаты термический КПДцикла возрастает (рис. 5. І І). Однако следует иметь в виду, что степень сжатияв двигателях с изохорным подводом зависит от температуры в конце сжатияТ2. У карбюраторных двигателей степень сжатия 5- 10(не более).Цикл с изохорно-изобарным подводом теплоты называют цикломТринклера (а иногда - по фамилии французского инженера - цикломСабатэ). По данному циклу работают дизели. В них сжатию подвергается воздух, топливо в цилиндры подается насосом в конце сжатия. Воспламеняется оно от высокой температуры, полученной при сжатии воздуха.
Цикл с изохорно-изобарным подводом теплоты в диаграммах ру и ТЅприведен на рис. 5.12.Выведем формулу для термического КПД этого цикла. Теплота в цикле подводится по изохоре 2-3': а'І = су( Т3 - Т2), и по изобаре 3'-3: є/'І =ср( Т3 - ТЗ), а отводится 42 по изохоре 4- І: |с12| = су( Т4 - Т').Подставляя в формулу для термического КПД значения 1/1, 4] и (12,получаем“1:1 _щ=|_чі +чі'С\'(Т4"Т1)с.,(Т3 - 1'2)+с,,(ТЗ'- Тзу(5.
І Ѕа)Обозначим УІ/у2 = є - степень сжатия;х/З/У2 = ТЗ/ Т'3 = р - сте= ТЗ/Т2 = Ж - степень повыпень предварительного расширения; рЗ/р2йз/узўшения давления.Рис. 5.12. Цикл ДВС скомбинированным подводомтеплоты96Выразим температуры, входящие в выражение (5.15а), через температуру Т , воспользовавшись для этого соотношениями между параметрами в адиабатном, изохорном и изобарном процессах:Т2 = ТІє/Н; Т3 = 7`2р3/р2 = ТІЄІНЖ;ТЗ = 7`3\›'3/\›3 = Т]є'<“'7»р;Т4 = 7'3(\›'3/\›4)'<'І = 73(У3/У3)*-'(У3/У1)*_' = ТІЖрК.Подставляя значения найденных температур в формулу (5. І 5а), получаемпт:___ І _Ар* -І'_Ар* -Іє*-1[<ж-1›+м<р-1›1.(5.156)Из (5.156) следует, что термический КПД цикла возрастет с увеличением степени сжатия є и степени повышения давления Ж и уменьшаетсяс увеличением степени предварительного расширения р.В 1816 г.
в Великобритании пастору Роберту Стирлингу, занимавшемупост министра по делам церкви в Шотландии, был выдан патент на двигател ь, использующий нагретый воздух в качестве рабочего тела. Изготовление таких двигателей началось в 1818 г. Они приводили в действие водяные насосы, воздуходувки и станки на мелких фабриках, где не годились громоздкие паровые машины. Изобретение Р. Стирлинга намногоопередило свое время. Р. Стирлинг, естественно, не знал термодинамики, в то время этой науки еше не существовало. Но он интуитивно реализовал в своей машине самый экономичный цикл, названный впоследствии обобщенным циклом Карно.Упрощенная схема двигателя представлена на рис. 5.13.Рис. 5.13.
Двигатель СтирлингаРис. 5.14. Цикл СтирлингаЧрсгцуЅВ цилиндре установлены один над другим два поршня - вытеснитель6 и рабочий поршень 7. Вытеснитель делит полость над рабочим поршнем на две части - горячую 5 и холодную І. Обе части полости соединяются между собой через перепускную магистраль, в которой последова-тельно установлены холодильник 2, регенератор 3 и нагреватель 4.Поршни в цилиндре движутся попеременно, и их мертвые точки смешены. В начале рабочего цикла вытеснитель находится в ВМТ, а рабочийпоршень движется от НМТ к вытеснителю, уменьшая объем холоднойполости. При этом теплота от сжимаемого рабочего тела отводится в холодильнике и сжатие происходит при постоянной температуре (процесс1-2 на рис.
5.14). После того как рабочий поршень достигает своей ВМТ,начинает перемещаться вытеснитель от ВМТ к рабочему поршню, приэтом рабочее тело перетекает из холодной полости в горячую при их постоянном суммарном объеме (см. рис. 5.13 и 5.14). В процессе перетекания происходит подвод теплоты а", к рабочему телу через нагревательпри постоянном объеме (процесс 2-3). В момент приближения вытеснителя к рабочему поршню почти все рабочее тело находится в горячейполости и имеет максимальную температуру.
Затем рабочий поршень начинает перемещаться вниз, и дальнейшее движение поршней происходит совместно. При этом происходит изотермическое расширение (процесс 3-4). Давление расширяющихся газов с обеих сторон вытеснителяодинаково, а перепад давлений на рабочий поршень в процессе его пере-мещения к НМТ приводит к тому, что он передает работу расширения навал отбора мощности. Эта работа больше, чем работа сжатия охлажденного газа. В НМТ рабочий поршень снова останавливается, а вытеснитель изменяет направление движения и при этом вытесняет рабочее тело из горячей части в холодную. В процессе вытеснения рабочее тело охлаждается, а поскольку суммарный объем горячей и холодной частей постоянен, происходит изохорный отвод теплоты ад (процесс 4-1). Затемцикл повторяется.Регенератор, установленный между холодильником и нагревателем,позволяет использовать теплотуотработавшего расширившегося раарегбочего тела для подвода ее к рабочему телу перед нагревом.Двигатель Стирлинга может работать на любом топливе, однако серьезным недостатком является подвод теплоты через теплообменник.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
