Тепловые двигатели.

Тепловая  Механическая – Электрическая.

Характеристикой любого теплового двигателя является термический КПД.

Двигатели внутреннего сгорания.

В основу классификации циклов ДВС положен способ подвода теплоты.

1. ДВС с подводимой теплотой при V=const

2. ДВС с подводимой теплотой при P=const

3. ДВС со смешанным подводом теплоты

1-2 – всасывание горючей смеси (I ход поршня);

2-3 – сжатие (II ход поршня);

в точке 3 – проскакивает искра и смесь воспламеняется;

3-4 – горение смеси;

4-5 – расширение (III ход поршня);

5-1 – выталкивание продуктов сгорания (IV ход поршня);

Реальный цикл в ДВС заменяется идеальным. Переход от реального цикла к идеальному осуществляется термодинамически. Полагаем, что в цилиндре ДВС рабочим телом является идеальный газ и что все процессы являются обратимыми, т.е. цикл является обратимым.

1–2 – адиабатное сжатие;

После сжатия к этому газу обратимым путем подводится теплота;

2–3 – подвод теплоты q₁ при V=const;

3–4 – адиабатное расширение продуктов сгорания или рабочий ход;

4–1 – отвод теплоты q₂ при V=const;

l_Ц=l_расш.–l_сж.=пл.5346 – пл.5216=пл.1234 – полезная работа за один цикл;

q₁-q2 – теплота, которая превратилась в работу;

Е - степень сжатия,

ДВС с подводом q при P=const. (Цикл Дизеля).

1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела;

2-3 – подвод теплоты q₁ при постоянном давлении (P=const);

3-4 –адиабатное расширение продуктов сгорания;

4-1 – отвод теплоты q₁ при V=const.

– степень сжатия,

– степень предварительного расширения,

Т.к. в двигателе сжимается воздух, степень сжатия

ДВС со смешанным подводом теплоты.

2–3 – q_1V при V=const;

3–4 – q_1P при P=const.

– степень сжатия,

– степень предварительного расширения,

– степень повышения давления.

Сравнение циклов (метод Мартыновского).

Метод Мартыновского заключается в том, что любой реальный цикл ДВС заменяется эквивалентным ему по термическому КПД циклом Карно.

Истечение газов и паров.

Первый закон термодинамики для потока.

Преобразование тепловой энергии в механическую осуществляется в тепловых двигателях двумя различными способами: в одних двигателях газ или пар при расширении в цилиндре передвигает поршень, последний совершает возвратно-поступательные движения. К таким двигателям относятся паровые двигатели и поршневые ДВС. При расширении в цилиндре не наблюдается видимое движение газа.

В двигателях другой категории газ или пар вытекает из канала, при этом скорость его, а следовательно, и кинетическая энергия значительно увеличивается. Струю рабочего тела направляют на лопатки, на саженные на диск. К таким двигателям относятся турбины, паровые или газовые.

Под открытыми понимаются ТДСистемы, которые кроме обмена теплотой и работой с окружающей средой, допускают также и обмен массой. Широко используются процессы преобразования энергии в потоке, когда рабочее тело из области с одними параметрами Р₁,V₁ перемещается в область с другими параметрами, например P₂,V₂.

Рассмотрим одномерные стационарные потоки, в которых параметры зависят только от одной координаты, совпадающей с направлением вектора скорости.

Основным условием движения потока является условие неразрывности течения. Массовый расход рабочего тела в любом сечении , где F – площадь поперечного сечения потока, с – его скорость, V_уд – удельный объем,

, где , здесь l^/=P₂V₂ –P₁V₁ – работа проталкивания или вытеснения газа; l_тех – техническая работа, совершаемая потоком на лопатках турбины; если с₂>с₁, то часть работы расширения будет затрачиваться на увеличение кинетической энергии рабочего тела в потоке:

Теплота, подведенная к рабочему телу в потоке извне расходуется на увеличение энтальпии рабочего тела, получение технической работы и увеличение кинетической энергии потока;

Изменение кинетической энергии может происходить в каналах переменного сечения, соплах и диффузорах.

Соплом называется канал, при перемещении по которому газ расширяется с уменьшением давления и увеличением скорости.

Диффузором называется канал, при перемещении по которому газ сжимается, при этом увеличивается его давление и уменьшается его скорость.