2.6.5 Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в окружающую среду в изохорном термодинамическом процессе b-a

Ранее уже были рассчитаны значения средней мольной теплоёмкости рабочего тела в диапазонах температур – и – , т.е. для граничных точек процесса отвода тепла.

.

Это позволяет рассчитать отведенное от рабочего тела тепло в изохорном процессе по зависимости 4.20. С учётом количества вещества, участвующего в цикле, получим

Среднюю мольную изохорную теплоёмкость рабочего тела в процессе отвода тепла получим из уравнения 4.21

2.6.6 Результирующие параметры обмена тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в цикле

2.6.6.1 Суммарное количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу в цикле

Положительный знак тепловая энергия, которой обменивается рабочее тело и окружающая среда, имеет в изохорном и изобарном термодинамических процессах подвода тепла и в политропных процессах сжатия и расширения рабочего тела. Поэтому, суммарное количество подведенной тепловой энергии в цикле равно

2.6.6.2 Количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в цикле

Отрицательный знак тепловая энергия, которой обменивается рабочее тело и окружающая среда, имеет только лишь в изохорном термодинамическом процессе отвода тепла .

Поэтому, отведенная тепловая энергия от рабочего тела равна

.

2.6.6.3.Количество тепловой энергии преобразованной в механическую работу за один цикл в одном цилиндре двигателя

Контроль расчётов тепловой энергии в термодинамических процессах цикла

Из первого закона термодинамики следует, что в круговом термодинамическом процессе ( иначе говоря, в термодинамическом цикле) в механическую работу преобразуется алгебраическая сумма тепловой энергии, подведенной к рабочему телу

Ранее уже была получена результирующая работа в цикле

Таким образом, полученная разными способами (по разным уравнениям) механическая работа в цикле совпала по величине с суммарной тепловой энергией. Погрешность расчёта составила

2.7. Расчёт параметров двигателя

2.7.1. Термический коэффициент полезного действия цикла

В соответствии с определением, термический коэффициент полезного действия цикла представляет собой отношение полученной в цикле механической работы к подведенной к рабочему телу тепловой энергии

Представляет интерес сравнение достигнутой в исследуемом термодинамическом цикле эффективности с эффективностью цикла Карно, реализованного в том же диапазоне температур, что и рассчитанный в проекте цикл. Значимость такого сравнения объясняется тем, что именно в цикле Карно достигается наивысшее значение термического кпд цикла.

Столь значительная разница в эффективности рассчитываемого цикла и цикла Карно вызвана прежде всего отличиями в форме цикла. Последнее станет возможным легко комментировать после построения тепловой диаграммы цикла.

2.7.2. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха

В предыдущих разделах проекта рассчитано количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу – . Это тепло образуется в результате сгорания топлива. Низшая теплотворная способность дизельного топлива может быть принята равной . Учитывая, что

,

получим цикловой расход топлива (количество сгоревшего топлива в одном цилиндре за один цикл)

Количество воздуха, наполняющего один цилиндр двигателя за один цикл, определится из простейшего соотношения

,

где – молекулярная масса воздуха.

Учитывая, что для полного сгорания 1 килограмма дизельного топлива необходимо 14,8 килограмма воздуха [2], рассчитаем коэффициента избытка воздуха

При относительно невысоком значении степени сжатия полученное значение коэффициента избытка воздуха велико. В этом случае следует ожидать, что двигатель будет иметь большие габариты и вес, он будет иметь невысокую эффективность, но такой двигатель может иметь высокий ресурс и относительно хорошие экологические характеристики.

2.7.3 Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива.

Из простейших рассуждений легко получить зависимость для определения расхода топлива двигателя

где – количество циклов совершаемых воздухом во всех цилиндрах двигателя за 1 час.

Мощность двигателя определим с учётом его механического коэффициента полезного действия и полагая, что полнота наполнения цилиндров двигателя рабочим телом учтена значениями давления и температуры воздуха в начале процесса сжатия. Механический коэффициент полезного действия примем в соответствии с рекомендациями [2] равным .

По определению удельный расход топлива двигателем равен