2. Ідеальні термодинамічні цикли двз

З позицій термодинаміки теплові двигуни - це сукупність взаємодіючих між собою робочого тіла, джерела теплоти й охолоджувача. Особливості цих взаємодій визначають у кожному конкретному випадку - відмітні термодинамічні характеристики теплових машин.

У реальних теплових двигунах джерелом теплоти служить згоряння палива, охолоджувачем - навколишнє середовище.

Робоче тіло знаходиться в термодинамічній рівновазі відповідно з джерелом теплоти й охолоджувачем. Перехід робочого тіла від температури джерела теплоти до температури охолоджувача (і навпаки) здійснюється по адіабаті.

Під час аналізу термодинамічних циклів теплових машин допускають, що:

• хімічний склад і кількість робочого тіла не змінюється;

• процес згоряння палива заміняється оборотним процесом підведення теплоти;

• випуск продуктів згоряння або пари замінюється оборотним процесом відведення теплоти в охолоджувач;

• процеси розширення і стиску робочого тіла є адіабатними;

• теплоємність робочого тіла не залежить від температури.

Виняткова роль двигунів внутрішнього згоряння в енергетиці сільського господарства. ДВЗ - невід'ємний елемент тракторів, комбайнів, автотранспорту, резервних дизельних електростанцій і багатьох інших агрегатів сільськогосподарського виробництва.

Термодинамічні цикли. Залежно від способу підведення теплоти розрізняють три термодинамічних цикли двигунів внутрішнього згоряння:

1. цикл із ізохорним підведенням теплоти при v = const – для двигунів із зовнішнім сумішоутворенням (бензинові, газові);

2. цикл із ізобарним підведенням теплоти при р = const – термодинамічний круговий процес, що протікає в компресорному дизелі, в якому розпилювання палива в циліндрі здійснюється стисненим повітрям. Ці двигуни наразі не знаходять застосування, і тому розглянемо тільки першу і третю групи циклів;

3. цикл зі змішаним підведенням теплоти при v =^: const і р =const – характерний для двигунів із внутрішнім сумішоутворенням..

Цикл із підведенням теплоти при постійному об'ємі складається з двох адіабат і двох ізохор.

Рис. 34 – Діаграма циклу двигуна внутрішнього згорання з підведенням теплоти при v=const

Термічний ККД циклу двигуна внутрішнього згоряння:

(10.2)

Термічний ККД різних циклів двигунів внутрішнього згоряння коливається в межах 0,45-0,60.

Цикл зі змішаним підведенням теплоти зображений у р-v- і T-s- координатах на рис.. Крива 1-2 відповідає процесові адіабатного стиску робочого тіла. Підведення теплоти (у реальному двигуні спалювання палива) спочатку відбувається по лінії 2-3 при v = const, а потім по лінії 3-4 при р = const. При цьому підводиться теплота q₁ = q`₁ + q". Крива 4-5 відповідає процесові адіабатного розширення робочого тіла, а ділянка 5-1 характеризує ізохорний процес відведення теплоти q₂ в охолоджувач.

Рис.35 – Діаграма циклу двигуна внутрішнього згорання зі змішаним підведенням теплоти в pv i Ts-координатах

Введемо безрозмірні параметри, що характеризують цикл

- ступінь стиску;

- ступінь попереднього розширення;

- ступінь ізохорного підвищення тиску.

Термічний ККД циклу двигуна внутрішнього згоряння зі змішаним підведенням теплоти запишеться так:

(10.3)

Термічний ККД циклу зі змішаним підведенням теплоти зростає зі збільшенням ступеня стиску є і ступеня підвищення тиску λ, і зі зменшенням ступеня попереднього розширення р.