1.3. Газовые циклы тепловых машин

Цикл быстрого сгорания (карбюраторного ДВС). Цикл медленного сгорания (дизеля). Цикл газотурбинной установки. Повышение эффективности тепловых машин.

По теме не предусмотрены лабораторные работы и задачи контрольной работы. После изучения теоретического материала следует ответить на вопросы для самопроверки. Более подробная информация по теме – в источниках [1], [8].

1.3.1. Цикл быстрого сгорания (карбюраторного двс)

Двигатель внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме создан немецким инженером Отто в 1876 году. Р-v - диаграмма цикла Отто представлена на рис. 1.9.

П роцесс 1-2 – близкое к адиабатному сжатие в цилиндре двигателя горючей смеси, состоящей из воздуха и паров бензина. Смесь приготавливается в карбюраторе. На сжатие затрачивается работа. Процесс 2-3 – близкий к изохорному подвод теплоты от очень быстрого сгорания бензиновых паров, воспламеняемых электрической искрой системы зажигания. Процесс 3-4 – близкое к адиабатному расширение продуктов сгорания в цилиндре, совершается работа расширения, которая превышает работу, затраченную на сжатие горючей смеси. Процесс 4-1, условно принимаемый за изохорный – выхлоп продуктов сгорания и замена их на горючую смесь. Отношение давлений р₂ / р₁ = ε называется степенью сжатия. Для цикла карбюра-торного двигателя термический КПД η_t = 1/ε^k-1. Повышение степени сжатия приводит к росту термического КПД. В современных карбюраторных двигателях, работающих на высокооктановом бензине, степень сжатия достигает 10. Дальнейшее повышение при-водило бы к преждевременному самовоспла-менению горючей смеси, детонации.

1.3.2. Цикл медленного сгорания (дизеля)

В

Рис. 1.10. Т-s диаграммы циклов быстрого и медленного сгорания

цилиндре двигателя внутреннего сгорания, разработанного немецким инженером Дизелем в 1890 году, сжимается не горючая смесь, а воздух, что позволяет достичь высоких значений ε. В конце такта сжатия в цилиндр через форсунку впрыскивается распыленное топливо (соляровое масло), воспламе-няющееся от высокой температуры сжатого воздуха. Подача топлива регулирована так, что давление в цилиндре остается постоянным в начальной фазе движения поршня из верхней мертвой точки.

Т-s - диаграмма циклов быстрого и мед-ленного сгорания представлена на рис. 1.10. Линия 2΄-3 – подвод теплоты при изохорном сго-рании паров бензина в карбюраторном двигателе, линия 2-3 - подвод теплоты в изобарном процессе сгорания капель солярового масла в дизеле. При одинаковой максимальной температуре циклов Т_макс выигрыш в работе дизеля равен площади 232΄.

Современные дизельные ДВС практически работают по циклу смешанного сгорания, разработанному инженером Путиловского завода Тринклером. В этом цикле сначала очень быстро сгорают мельчайшие капли распыленного топлива в процессе, близком к изохорному, затем догорают более крупные капли в процессе, близком к изобарному. Зависимости р(v) в реальных ДВС, называемые индикаторными диаграммами, получают экспериментально с помощью малоинерционных датчиков давления.

Термический КПД цикла современных ДВС, определяемый по формуле η_t = (q_подв–q_отв)/q_подв, достигает в дизелях 65% - наивысшие значения для тепловых машин. Крупные судовые дизеля имеют мощность до 100 МВт.