3.2. Цикл Карно

Наибольший термический КПД, в заданном температурном диапазоне из всех существующих, имеет цикл Карно, состоящий только из обратимых процессов – из двух изотерм и двух адиабат.

Рис.12. Цикл Карно в координатах pv и TS

Подвод ab и отвод cd теплоты в цикле Карно осуществляется изотермически, а процессы расширения bc и сжатия da протекают адиабатно, т.е. наиболее экономично, без тепловых потерь.

Двигатель, работающий по циклу Карно представляет собой поршневую машину, цилиндр которого заполнен идеальным РТ, которое периодически контактирует с источником тепла – теплоотдатчиком имеющим температуру T₁ и с холодильником имеющим температуру T₂.

В результате осуществления цикла Карно РТ совершает полезную работу, соответствующую площади, заключенной внутри контура abcd.Эта работа эквивалентна разнице Q1-Q2. Отсюда КПД цикла Карно будет определяться по формуле (1)

Для изотермических процессов

Q₁=RT₁ln (V_b/V_a)

Q₂=RT₂ln (V_c/V_d)

подставив эти выражения в формулу (1) получим

поскольку отношение объемов V_c/V_d и V_b/V_a равны, то

т.е. термический КПД цикла Карно не зависит от свойств рабочего тела, а определяется только температурами подвода Т1 и отвода Т2 теплоты. Таким образом, чем выше Т1 и меньше Т2 тем выше КПД цикла Карно.

Цикл Карно составленный из оптимальных обратимых термодинамических процессов изотерм и адиабат обладает наибольшим КПД из всех возможных циклов, осуществляемых в одном и том же интервале температур. Он дает возможность судить о степени совершенства циклов других тепловых машин.

Однако недостатком цикла Карно является чрезвычайно малое значение среднего давления цикла р_tk или иначе удельная работа такого цикла незначительна. Поэтому практическая реализация подобного цикла не только нецелесообразна, но и трудно осуществима на практике.

3.3.Термодинамические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Термодинамический цикл поршневых двигателей внутреннего сгорания(ПДВС) представляет собой циклически повторяющиеся замкнутые последовательности обратимых термодинамических процессов. Такие циклы совершаются с неизменным количеством рабочего тела(идеальным газом) постоянного состава и с теплоемкостью, независящей от температуры и давления.

Суть термодинамического исследования циклов ПДВС состоит в получении значений термического КПД, среднего давления цикла и характера зависимости этих показателей от параметров цикла. Как будет получено ниже, в первую очередь, термический КПД и среднее давление цикла зависит от степени сжатия, природы рабочего тела, количества подведенной теплоты, а так же способа ее подвода.

По принципу работы, т.е. по характеру подвода теплоты к рабочему телу циклы ПДВС разбивают на три группы:

1. С изохорным подводом теплоты ( т.е. при V=const) – цикл Отто;

2. С изобарным подводом теплоты (т.е. при р= const) – цикл Дизеля;

3. С изохорно-изобарным подводом теплоты (или иначе со смешанным подводом теплоты) – цикл Сабатэ-Тринклера.

Исследование перечисленных циклов осуществляются в следующей последовательности:

1. Исходя из характера работы двигателя строятся рабочие циклы в координатах рV и TS.

2. определяются в характерных точках, т.е. точках начала и конца процессов, составляюлщих цикл, основные термодинамические парметры: р, V, T на основании формул, выражающих соотношения между параметрами состояний для изопроцессов данного цикла;

3. определяется теплота, работа и термический КПД цикла;

4. выявляются факторы влияющие на КПД и работу цикла и определяются пути их повышения.