5 Практическая работа №1 «Теоретические циклы двс»

Цель работы :

1. Изучение процессов происходящих внутри цилиндра ДВС углубление знаний, полученных студентом на лекциях;

2. Приобретение навыков расчета основных показателей ДВС;

Порядок проведения работы

Перед проведением работы студент получает задание от преподавателя в соответствии с таблицей заданий

Теоретический цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном объеме

Автомобильные двигатели с впрыском легкого топлива работают по циклу, в котором горючая смесь, вошедшая в цилиндр во время впуска, сжимается, поджигается искрой и быстро сгорает в момент нахождения поршня около ВМТ, т. е. при почти неизменяемом объеме.

Р₀=100 КПа, Т₀ =293⁰К, k=1.4 Пример расчета V const - ε 11,5 λ=3,5

P const - ε 16,5 λ=1 ρ =3 . Смешанный цикл - ε 16,5 λ=2 ρ =2

Индикаторная диаграмма теоретического цикла показана на рис.1.1 Давление газа в цилиндре в конце процесса сжатия (точка с) равно:

(1)

где k – показатель адиабаты идеального газа.

Температура газа в цилиндре в конце процесса сжатия (точка с):

(2)

=778 ^OK

Данные для примера ε 11,5 λ=3,5

Таблица5.1 Исходное задание

№ варианта	Подвод тепла	Степень сжатия, ε	Степень повышения давления, λ	Степень предварительного расширения ρ
	V-const	9	2	1
	P-const	15	1	2,25
	Смешанный	16	1,5	1,25
	P-const	16	1	2,0
	Смешанный	17	1,75	1,75
	V-const	9,5	2,5	1
	Смешанный	15	2,0	1,5
	P-const	16	1	2,5
	Смешанный	16	1,5	1,75
	P-const	17	1	3,0
	Смешанный	18	1,75	1,5
	V-const	10	3	1
	Смешанный	15	2,0	1,5 0
	P-const	16	1	2,5
	Смешанный	16	2,25	1,75
	P-const	17	1	3
	Смешанный	18	1,5	1,1
	V-const	10,5	3,5	1
	Смешанный	17	1,75	1,4
	P-const	18	1	2,5
	Смешанный	19	2,0	1,25
	P-const	20	1	2,75
	Смешанный	21	2,25	0,5
	V-const	11,0	2,5	1
	Смешанный	15	1,5	1,25
	P-const	16	1	2,5
	Смешанный	17	1,75	1,6
	P-const	18	1	2,5
	Смешанный	19	2,0	1,2
	V-const	9,0	3,0	1

Рис 5.1 Теоретический цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном объеме

Степень повышения давления газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты

(3)

где P_z – давление газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты.

Температура газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты (точка z)

(4)

^OK

Затем газ адиабатически расширяется, его внутренняя энергия частично превращается во внешнюю механическую работу.

Давление газа в цилиндре в конце процесса расширения

(5)

Температура газа в цилиндре в конце процесса расширения

(6)

^OK

Поэтому в полезную работу превращается разность количеств теплоты Q₁ – Q₂, тогда термический КПД можно выразить формулой:

(7)

В цикле с сообщением теплоты при постоянном объеме вводимое количество Q₁ теплоты и отводимое Q₂ пропорциональны его изохорной теплоемкости С_ν и соответствующим разностям температур:

(8)

(9)

Термический КПД можно определять, подставив найденные значения температур:

(10)

Согласно уравнению термического КПД, экономичность цикла с подводом теплоты при постоянном объеме возрастает при увеличении степени сжатия и показателя адиабаты идеального газа.

Среднее теоретическое давление равно

(11)

=

Теоретический цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении.

ε=16,5 ρ=3

Рис. 5.2 Диаграмма теоретического цикла с подводом тепла при постоянном давлении

Давление газа в цилиндре в конце хода сжатия равно давлению после сгорания и определяется по формуле ( 1) температура по формуле (2)

^OK

Степень предварительного расширения газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты:

(12)

Тогда температура газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты (точка z)

(13)

^OK

Затем газ адиабатически расширяется (линия zb диаграммы).

Давление газа в цилиндре в конце процесса расширения

(14)

КПа

Температура газа в цилиндре в конце процесса расширения

(15)

Термический КПД выражается формулой:

(16)

В цикле с сообщением теплоты при постоянном объеме вводимое количество Q₁ теплоты пропорционально его изобарной теплоемкости С_P, а отводимое Q₂ пропорционально его изохорной теплоемкости С_ν и соответствующим разностям температур:

(17)

(18)

Термический КПД можно определять подставив значения температур с учетом того, что:

(19)

Среднее теоретическое давление равно

(20)

Теоретический цикл двигателей с подводом тепла при постоянном объеме и постоянном давлении (смешанный цикл)

ε=16,5, λ=2, ρ=2

Реальные тракторные и автомобильные двигатели работают по смешанному циклу на дизельном топливе. Для самовоспламенения впрыскиваемого топлива степень сжатия должна быть не ниже 14.

В теоретическом цикле кривая ас диаграммы изображает адиабатическое сжатие рабочего тела, заключенного в цилиндре, сz и zz' – сообщение теплоты, z'b – адиабатическое расширение и ba – отдачу части сообщенной теплоты холодному источнику в соответствии со вторым законом термодинамики.

Значения температуры и давления в конце процесса сжатия аналогичны предшествующим формулам ( 1,2).

КПа

^OK

Максимальное давление смешанного цикла:

(21)

КПа

Температура в ВМТ равна:

(22)

Температура в конце процесса подвода теплоты равна:

(23)

^OK

Давление в конце адиабатного расширения равно:

(24)

КПа

Температура в конце адиабатного расширения определяется формулой: (25)

^OK

Рис.5.3 Индикаторная диаграмма смешанного теоретического цикла

Термический КПД теоретического цикла можно определить по разности количества теплоты: Q₁^' + Q₁^'', введенных соответственно при V = const (по изохоре сz) и при р = const (по изобаре zz') и Q₂, отданного холодному источнику при V = const (по изохоре ba):

Теплота, сообщаемая соответственно по изохоре и изобаре, и отводимая теплота равны

(26)

(27)

(28)

Подставляя Q₁^', Q₁^'' и Q₂ в уравнение, определяющее термический КПД смешанного цикла, заменяя все температуры через температуру начала сжатия T_а, аналогично предшествующим выводам и учитывая, что

получаем

(29)

Это уравнение позволяет утверждать, что использование тепла в смешанном цикле зависит от степени сжатия, предварительного расширения и повышения давления, а также показателя адиабаты.

В смешанном цикле повышение степени сжатия улучшает экономические и мощностные показатели. Однако по мере увеличения степени сжатия прирост использования теплоты постепенно замедляется и после значений степени сжатия 10–12 становится малоощутимым.

В дизельных двигателях значении степени сжатия больше 15 объясняются желанием облегчить пуск холодных двигателей. При повышении степени сжатия растет температура конца сжатия, что обеспечивает самовоспламенение топлива даже при низких температурах стенок цилиндра и засасываемого воздуха.

Среднее эффективное давление

(30)

1955КПа