Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекции по ТСДВС

.doc
Скачиваний:
131
Добавлен:
18.07.2014
Размер:
4.76 Mб
Скачать

Введение

Основой транспортной и стационарной энергетики останутся поршневые ДВС (ПДВС), которые после столетнего совершенствования достигли высоких КПД (0,52…0,62).

Теория и практика показывают, что резервы их дальнейшего развития далеко не исчерпаны.

Теория рассматривает последние достижения и перспективные направления в совершенствовании рабочих циклов ПДВС с применением новейших методов исследования и проектирования.

Из всего комплекса проблем выделим, на наш взгляд, главные:

1) Улучшение энергетических, экономических, экологических показателей за счёт совершенствования рабочих процессов в цилиндре двигателя. 2) Совершенствование органов пуска и выпуска от системы газообмена. 3) Выбор характеристик топливоподачи. 4) Компьютерное проектирование теоретических и экспериментальных характеристик ПДВС. 5) Повышение технического уровня ПДВС за счёт оптимизации показателей качества (их 11 штук) и т. д.

В общем виде основу теории ПДВС можно было бы сформулировать следующим образом: … транспортных и стационарных энергетических установок, обеспечивающих высокий технический уровень и большой жизненный цикл.

Поршневые судовые ДВС рассматриваются как источник энергии. Рассмотрим названия источников энергии:

1) Энергетической машиной называется устройство, выполняющее механические движения с целью преобразования любого вида энергии в механическую и наоборот.

2) Двигателем называется энергосиловая машина, преобразующая какую-либо энергию в механическую.

3) Тепловым двигателем называется двигатель, в котором осуществляется преобразование теплоты в работу или работы в теплоту. В основе действия теплового двигателя лежит круговой процесс (термодинамический цикл), совершаемый рабочим телом.

4) Двигателем внутреннего сгорания называется тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию.

1. Принцип и конструктивная схема ПДВС

Рис. 1 – Принципиальная схема ПДВС

ПДВС состоит из остова, трёх механизмов и подсистем:

1 – Остов – предназначен для установки на него механизмов, подсистем и деталей.

2 – Кривошипно-ползунный (шатунный) механизм (КПМ, КШМ) – предназначен для преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение коленвала.

КПМ состоит из коренных подшипников скольжения, коленвала с маховиком, демпфером крутильных колебаний и каналов под системы смазки; шатуна с большой разъёмной головкой, подшипниками скольжения и деталями крепления; стержня шатуна с каналом подвода смазки; верхней головки шатуна с подшипниками скольжения, поршневым кольцом и деталями крепления; поршня с камерой сгорания, камерой охлаждения (тронка, ползуна) и головкой уплотнения; поршневых колец (компрессионных и маслосъёмных); цилиндра с системой охлаждения; головки цилиндров с камерой сгорания, камерой охлаждения, металлической проплавки и деталей крепления головки к остову.

3 – Механизм уравновешивания КПМ от сил инерции второго порядка. Он состоит из привода от коленвала, уравновешивающего вала с противовесами, подшипников скольжения.

4 – Органы впуска и выпуска подсистемы газообмена:

4.1 – Органы впуска. Состав: ёмкость для забора окислителя (воздуха), воздухозаборный патрубок с насадком, впускной трубопровод с подогревом окислителя, дроссельный патрубок, каналы в головке цилиндров с подогревом воздуха, впускное отверстие, камера сжатия, рабочий объём цилиндра.

4.2 – Органы выпуска. Состав: рабочий объём цилиндра, выпускное отверстие, каналы в головке цилиндров, выпускной коллектор с системой охлаждения, нейтрализаторы тройного действия (CH, CO, NO2), резонатор, глушитель выпуска и выпускной трубопровод.

5 – Замкнутая подсистема вентиляции картера – предназначена для удаления картерных газов во впускной трубопровод двигателя (состав картерных газов: 50% ОГ, 50% CH). Состав: трубопроводы, устройства отделения масла от картерных газов, клапан регулирования давления в картере двигателя.

6 – Подсистема рециркуляции отработавших газов во впускной трубопровод двигателя. 10-15 % от объёма свежего воздуха предназначены для снижения температуры процесса горения с целью снижения токсичности отработавших газов по NOx. Состав: клапан, трубопроводы и датчики управления работой клапана по температуре жидкости и разрежению во впускном трубопроводе.

7 – См. п. 4.2

8 – Газораспределительный механизм – предназначен для своевременного открытия впускных и выпускных отверстий от системы газообмена. Состав: привод от коленвала, толкатели, штанга с наконечниками, коромысло с винтом регулирования теплового зазора, ось крепления, система смазки, впускные и выпускные клапаны с пружинами и деталями крепления.

9 – Подсистема топливоподачи – предназначена для подачи топлива, распыливания, перемешивания, испарения и смесеобразования. Состав: привод от распределительного вала, топливный насос высокого давления (ТНВД), трубопровод высокого давления, форсунка, органы управления.

10 – подсистема управления рабочим циклом ДВС. Её функции: управление окислителем, подачей топлива и температурным режимом.

11 – Подсистема охлаждения – предназначена для поддержания температуры охлаждающей жидкости в заданных пределах (80…85°C) с целью обеспечения теплоты по деталям двигателя. Состав: водяная рубашка, водяной насос, клапан регулирования температуры воды и охладителя, поддерживающего температурный режим жидкости.

12 – подсистема смазки – предназначена для обеспечения жидкостного трения в трущихся парах деталей КПМ, газораспределительного механизма (ГРМ) и механизма уравновешивания и др. Состав: масляный насос с редукционным клапаном, масляная система, фильтрующие элементы масла с перепускным клапаном.

2. Принципиальная схема работы ПДВС

Рис. 2 – Принципиальная схема работы ПДВС

L=L0+Lac, L=V∙P=[м³∙Н/м²]=[Н∙м]=[Дж], l=v∙P=[м³∙Н/(кг∙м³)]=[Дж/кг]

ηt=L0/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1=1-1/εk-1, k=Cp/Cv, m=const, M=const

Теоретический ПДВС представляет собой закрытую термодинамическую систему (ЗТДС), которой называется совокупность физических тел, способных обмениваться как друг с другом, так и с внешней окружающей средой.

В этой системе рабочий цикл осуществляется за один оборот коленвала или за два последовательных хода поршня.

ЗТДС состоит из цилиндра, заполненного рабочим телом, закрытым подвижным поршнем.

A] – источник тепловой энергии, [C – источник механической энергии

B] –приёмник тепловой энергии, [D – приёмник механической энергии

M=const – масса рабочего тела постоянного количества и несменяемая – главное условие.

Принцип работы ПДВС: 1) T1>T2, Q1>Q2, Карно: «Всюду, где имеется разность температур, возможно создание работы».

2) Q2v => B], Планк: «Нельзя осуществить многократное повторение цикла без потери некоторого количества теплоты в менее нагретую среду (теплоприёмник)». Q2v – принципиально неустранимые потери теплоты по второму закону термодинамики. Она расходуется: 1. На возвращение параметров состояния рабочего тела в первоначальное состояние. 2. На получение полезной работы за цикл. 3. На многократное повторение циклов.

Рабочим телом называется парогазообразное вещество, способное значительно уменьшаться в объёме, воспринимать теплоту, расширяясь, совершать работу, отдавать теплоту.

К параметрам состояния рабочего тела относятся: - Абсолютное удельное давление: P=[Н/м²]=[Па] - Удельный объём рабочего тела: V=[м³/кг] - Абсолютная температура рабочего тела: T=[К] - Удельная внутренняя энергия: u=[Дж/кг] - Удельная энтальпия: i=[Дж/кг]

- Удельная энтропия: S=[Дж/кг∙К], α=1:15 – концентрация рабочего тела (на 1 часть топлива приходится 15 частей воздуха).

Равновесным рабочим телом называется тело, у которого в каждой точке его объёма параметры состояния рабочего тела одинаковые (мы изучаем равновесное состояние рабочего тела).

C=[Дж/кг∙К] – теплоёмкостью называется количество теплоты, которую необходимо подвести к рабочему телу, чтобы повысить его температуру на Кельвин.

R=[Дж/кг∙К] – газовая постоянная. Ей физический смысл: представляет работу, которую совершает 1 кг рабочего тела в процессе при постоянном давлении и при увеличении его температуры на Кельвин.

Cp=Cv+R – уравнение Майера, k=Cp/Cv – уравнение Пуассона

k=1,33 – трёхатомные газы, k=1,4 – двухатомные газы

k=1,67 – одноатомные газы

Степенью свободы системы называется способность системы обмениваться энергией с окружающей средой в какой-либо определённой форме. Термодинамическая система имеет две степени свободы (тепловую и механическую) и называется термомеханической.

Термодинамическим процессом называется изменение параметров состояния рабочего тела при переходе из одного равновесного состояния в другое. Термодинамическим циклом называется совокупность последовательно повторяющихся термодинамических процессов, в результате которых рабочее тело возвращается в первоначальное состояние.

Vc=[м³] – геометрический объём камеры сжатия, Vs=[м³] – рабочий объём цилиндра, Va=(Vc+Vs)=[м³] – полный объём цилиндра

I=НМТ – нижняя мёртвая точка (крайнее правое положение поршня)

II=ВМТ – верхняя мёртвая точка (крайнее левое положение поршня)

Цикл состоит из следующих процессов: ac – адиабатический процесс

cz’ – изохорический процесс, z’z – изобарический процесс

zb – адиабатический процесс, ba – изохорический процесс

Q1v=[Дж] – количество теплоты, подводимое к рабочему телу в изохорическом процессе (поршень неподвижный). Она расходуется только на повышение внутренней энергии рабочего тела.

Q1p=[Дж] – теплота, подводимая к рабочему телу в изобарическом процессе (поршень перемещается). Она расходуется на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение работы.

Q1=(Q1v+Q1p) – теплота, подводимая к рабочему телу за цикл.

Прошло более ста лет с рождения ПДВС, но принцип их работы до настоящего времени не изменился.

На основании многолетних опытов проектирования, конструирования, производства, эксплуатации и ремонта определились отдельные группы двигателей.

Атмосферный ПДВС, в котором рабочее тело (воздух) поступает в цилиндр двигателя за счёт разности давлений (плотностей) окружающей среды и объёмов цилиндра.

Комбинированный двигатель состоит из поршневого ДВС и компрессора, в котором рабочее тело (воздух) подаётся принудительно от избыточного давления.

К поршневым и комбинированным двигателям относятся: судовые ДВС, тепловозные ДВС, танковые ДВС, авиационные ДВС, автомобильные ДВС, мотоциклетные ДВС, стационарные ДВС, специальные ДВС.

Мы будем в основном рассматривать только судовые ДВС.

Глава 1: Поршневые двигатели

1.1 Расчёт теоретического цикла ПДВС с продолженным расширением и переменным давлением газов перед турбиной со смешанным подводом теплоты

Рис 1.1 – схема ПДВС

Рис. 1.2 – принципиальная схема работы комбинированного ПДВС

Теоретический цикл ПДВС с продолженным расширением и переменным давлением газов перед турбиной рассмотрим на примере комбинированного ПДВС с газотурбинным наддувом (рис. 1.1, 1.2)

Теоретический цикл является наиболее совершенным. Исследование и расчёт его в первую очередь необходим для максимального (предельного) использования теплоты в рабочем цикле двигателя и степень влияния основных факторов на неё.

При исследовании и расчёте цикла теоретического ПДВС принимаются следующие допущения: 1) Рабочее тело равновесное – идеальный газ.

2) Mрт=const – масса рабочего тела постоянного количества и несменяемая.

3) Cp, Cv=const

4) Потери, затрачиваемые на трение поршня о втулку цилиндра, отсутствуют.

5) Процессы сжатия и расширения протекают без теплообмена, то есть, адиабатические.

6) Сгорание паров топлива заменяется условным подводом теплоты к рабочему телу при постоянном объёме и постоянном давлении от источника A.

7) Процесс выпуска рабочего тела из цилиндра заменяется условным процессом отвода теплоты от рабочего тела в теплоприёмник B.

8) Нормальные условия равновесного рабочего тела принимаются термодинамические. P=101325 Па T=273 К

h => [D – тепловая энергия рабочего тела преобразуется в механическую работу.

На рис. 1.1 – схема устройства поршневого ДВС с порядком работы цилиндров 1243, где:

1 – цилиндр 2 – выпускной настроенные (сдвоенный) трубопровод

3 – газовая турбина 4 – компрессор 5 – охладитель рабочего тела

6 – впускной трубопровод

На рис. 1.2 приведена принципиальная схема работы комбинированного ПДВС, представленного на рис. 1.1. Она состоит из основного цилиндра 1, условно дополнительного цилиндра 2, заменяющего выпускной трубопровод, турбину, компрессор, охладитель, впускной трубопровод.

Теоретический цикл ПДВС (Рис 1.2) состоит из следующих процессов:

1) qa’ – изобарный процесс сжатия и отвода теплоты Q2p” от рабочего тела в цилиндрах 2 и 1 к холодному источнику B].

2) a’k – адиабатный процесс сжатия рабочего тела в цилиндрах 2 и 1 (в компрессоре).

3) ka – изобарный процесс сжатия и отвода теплоты Q2p’ от рабочего тела в цилиндрах 2 и 1 (от компрессора) к холодному источнику B.

4) ac – адиабатный процесс сжатия рабочего тела в цилиндре 1.

5) cz’ – изохорный процесс подвода теплоты Q1v к рабочему телу в цилиндре 1 от теплоисточника A].

6) z’z – изобарный процесс подвода теплоты Q1p к рабочему телу в цилиндре 1 от теплоисточника A].

7) zb – адиабатный процесс расширения рабочего тела в цилиндре 1.

8) bq – адиабатный процесс продолженного расширения рабочего тела в цилиндрах 1 и 2.

Принципиальная схема работы ПДВС (рис. 1.2) показывает:

1) Изменение параметров состояния рабочего тела за цикл (P, V, T).

2) Q1=(Q1v+Q1p) – количество теплоты, подведённой к рабочему телу за цикл от теплоисточника A], затраченной на полную работу цикла.

Lцикл=(L0’+L0”)-(Lсж”+Lсж’)

3) Q0 – максимальная используемая теплота цикла для выполнения полезной работы:

L0=(L0’+L0”)

4) Q2=(Q2p”+Q2p’) – принципиально неустранимые потери теплоты по второму закону термодинамики, переданной от рабочего тела к холодному источнику B]

5) Lсж=(Lсж’+Lсж”) – затраченная отрицательная работа на сжатие рабочего тела в компрессоре и в цилиндре 1.

6) Графическое изображение работы и теплоты через площади диаграммы цикла.

Lсж’=Fmmcam, Lсж”=Fnnnmakaqn, Lц=Fnmczzbqn, L0’=Faczzba, L0”=Fbqakab, Q1=Fmczzqnm, Q0=Faczzqaka, Q2p”=Fqannq, Q2p’=Fakamna

7) Геометрические параметры объёмов цилиндров 1 и 2.

V0 – полный объём рабочего тела при продолженном расширении.

Va’ – объём рабочего тела при продолженном расширении перед входом в компрессор.

ηk=Pk/Pнkн=1…3

Vk – объём рабочего тела при продолженном расширении при выходе из компрессора. Va – полный объём основного цилиндра. Vs – рабочий объём основного цилиндра. Vc – объём пространства камеры сжатия.

ВМТ – верхняя мёртвая точка, левое крайнее положение поршня.

НМТ – нижняя мёртвая точка, правое крайнее положение поршня.

8) Безразмерные характеристики цикла.

ε=Va/Vc – степень сжатия ПДВС. εk=Va’/Vk – степень сжатия компрессора (степень повышения давления). ε0=ε∙εk – общая степень сжатия комбинированного ПДВС. λ=Pz/Pc – степень повышения давления.

ρ=Vz/Vc – степень предварительного расширения. δ1=Vb/Vz – степень последующего расширения. δ2=Vq/Vb – степень продолженного последующего расширения. δ=δ1∙δ2 – общая степень последующего расширения. σк.о=Vq/Vk – степень уменьшения объёма рабочего тела в охладителе и компрессоре. σо=Vk/Va – степень уменьшения объёма рабочего тела в охладителе. k=Cp/Cv – показатели адиабаты рабочего тела.

9) Определение КПД теоретического ПДВС.

Экономичность термодинамического цикла комбинированного ПДВС оценивается КПД, показывающим предельное (максимальное) использование теплоты для преобразования в полезную механическую работу при заданных условиях.

ηt=L0/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1 (1)

Q2=Q2p”+Q2p’=Cp(Tq-Ta)+Cp(Tk-Ta), Q1=Q1v+Q1p=Cv(Tz-Tc)+Cp(Tz-Tz)

После подстановки значений Q2 и Q1 в формулу (1) и преобразований получим КПД теоретического ПДВС с продолженным расширением рабочего тела в цикле и переменным давлением газов перед турбиной (цикл Сабатэ).

ηt=1-(1/εk-1)∙k∙([λ1/k∙ρ-1]/[(λ-1)+λk(ρ-1)]) (2)

ηt=1-(1/εk-1)∙([λk∙ρ-1]/[(λ-1)+λk(ρ-1)]) (3)

Из термодинамики известно выражение теоретического цикла поршневого ДВС со смешанным подводом количества теплоты (Тринклера без наддува). Проведём сравнение теоретических циклов работы ПДВС по формулам (2) и (3) при k=1,4; λ=1,8; ρ=1,5; εk=3

ε=

6

8

10

15

20

24

ηtvp=

0,4843

0,5404

0,5796

0,6425

0,6814

0,7038

ηtvp п.р.=

0,7269

0,7566

0,7774

0,8107

0,8312

0,8432

ηtvp п.р.tvp

50,09

40,00

34,13

26,18

21,98

19,80

1.2 Расчёт теоретического цикла ПДВС с продолженным расширением и постоянным давлением газа перед турбиной со смешанным подводом теплоты

Рис. 1.3 – Схема КПДВС с изобарным наддувом с порядком работы цилиндров 1-3-4-2.

Рис. 1.4 – Принципиальная схема работы КПДВС с изобарным наддувом.

Теоретический цикл ПДВС с продолженным расширением и постоянным давлением газов перед турбиной со смешанным подводом теплоты рассмотрим на примере комбинированного ПДВС с газотурбинным наддувом и с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 (см. рис. 1.3 и 1.4)

Задача исследования цикла и основные допущения аналогичны пункту 1.1.

На рис. 1.3 приведена схема устройства ПДВС, где: 1 – цилиндры 2 – выпускной общий трубопровод большого диаметра 3 – турбина 4 – компрессор 5 – охладитель

6 – впускной трубопровод

На рис. 1.4 приведена принципиальная схема работы ПДВС, представленного на рис. 1.3. Онс состоит из основного цилиндра 1, условно-дополнительного цилиндра 2, заменяющего общий выпускной трубопровод, турбину, компрессора, охладитель, впускной трубопровод.

Теоретический цикл ПДВС (Рис. 1.4) состоит из следующих процессов:

1) qa’ – изобарный процесс отвода теплоты Q2p” от рабочего тела в цилиндрах 2 и 1 к холодному источнику B].

2) a’k – адиабатный процесс сжатия рабочего тела в цилиндре 2 (в компрессоре).

3) ka – изобарный процесс отвода теплоты Q2p’ от рабочего тела в цилиндрах 2 и 1 (после компрессора).

4) ac – адиабатный процесс сжатия рабочего тела в цилиндре 1.

5) cz’ – изохорный процесс подвода теплоты Q1v к рабочему телу в цилиндре 1 от теплоисточника A].

6) z’z – изобарный процесс подвода теплоты Q1p к рабочему телу в цилиндре 1 от теплоисточника A].

7) zb – адиабатный процесс расширения рабочего тела в цилиндре 1.

8) ba – изохорный процесс отвода теплоты Q2v от рабочего тела, выходящего из цилиндра 1 в теплоприёмник B].

9) af – изобарный процесс подвода того же количества теплоты Q2v к рабочему телу в цилиндрах 2 и 1, поступающему в общий выпускной трубопровод и в турбину от теплоприёмника B].

10) fq – адиабатный процесс расширения в цилиндрах 1 и 2 (выпускном трубопроводе, турбине, компрессоре, охладителе, впускном трубопроводе).

Принципиальная схема работы ПДВС (рис. 1.4) показывает:

1) Изменение параметров состояния рабочего тела за цикл.

2) Q1=(Q1v+Q1p) – полное количество теплоты, подведённой к рабочему телу за цикл в цилиндре 1 от теплоисточника A], затрачиваемой на совершение полной работы цикла. Lцикл=(L0’+L0”)+(Lсж’+Lсж”)

3) Q0 – максимально использованную теплоту цикла для совершения полезной работы. L0=(L0’+L0”)

4) Q2=(Q2p”+Q2p’) – принципиально неустранимую потерю теплоты по второму закону термодинамики, переданную от рабочего тела к холодному источнику B].

5) Lсж=(Lсж”+Lсж’) – отрицательную работу цикла в цилиндрах 1 и 2, затрачиваемую на сжатие рабочего тела.

6) Графическое изображение работы в VP-координатах.

Lсж’=Facmma, Lсж”=Fqakamnq, Lцик=Fczzbafqnmc, L0’=Fczzbac, L0”=Fkfqak

7) Графическое изображение теплоты в ST-координатах.

Q1=Faczzba, Q0”=Fafqaka, Q2p”=Fqannq, Q2p’=Fkamnk

8) Геометрические параметры объёмов цилиндров 1 и 2. D – диаметр основного цилиндра. S – ход поршня основного цилиндра. Vq – полный объём рабочего тела при продолженном расширении в цилиндрах 1 и 2. Vf – объём рабочего тела при продолженном расширении перед турбиной. Va – объём рабочего тела при продолженном расширении перед входом в компрессор. Vk – объём рабочего тела при продолженном расширении при выходе из компрессора. Va – полный объём рабочего тела основного цилиндра 1. Vs – рабочий объём основного цилиндра 1.

Vc – Объём пространства камеры сжатия цилиндра 1.

9) Безразмерные характеристики цикла. ε=Va/Vc – степень сжатия ПДВС в цилиндре 1. εk=Va/Vk – степень сжатия компрессора, то есть, в цилиндрах 2 и 1.

ε0=ε∙εk – общая степень сжатия КПДВС в цилиндрах 1 и 2. λ=Pz/Pc – степень повышения давления. ρ=Vz/Vc – степень предварительного расширения. δ=Vb/Vz – степень последующего расширения. σ0=Vk/Va – степень уменьшения рабочего тела в охладителе. σk0=Vq/Va – степень уменьшения объёма рабочего тела в турбокомпрессоре и охладителе в цилиндрах 2 и 1. k=Cp/Cv – показатель адиабаты рабочего тела.

10) Определение тепловой экономичности цикла. КПД цикла называется предельное (максимальное) использование теплоты для преобразования в механическую работу при заданных условиях. ηt=L0/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1 (1)

Q2=Q2p”+Q2p’=Cp(Tq-Ta)+Cp(Tk-Ta)=CpTa∙[(σko-1)+(Tk/Ta)(1-1/σ0)]

Q1=Q1v+Q1p=Cv(Tz-Tc)+Cp(Tz-Tz)=CvTc∙[(λ-1)+kλ(ρ-1)]

После подстановки значений Q2 и Q1 в формулу 1 и преобразований получим:

ηt=1-(1/ε0k-1)∙([(λρk-1)+k(εkε-1-1)(σ0-1)]/[(λ-1)+kλ(ρ-1)]) (2)

В случае, когда дизель не имеет наддува, εk=1, ε0=ε, а КПД ПДВС без наддува и со смешанным подводом теплоты равен: ηt=1-(1/εk-1)([λρk-1]/[(λ-1)+kλ(ρ-1)]) (3)

11) Проведём сравнение теоретических циклов работы ПДВС по формулам (2) и (3) при k=1,4; λ=1,8; ρ=1,5; εk=3 при разных степенях сжатия. Результаты расчётов сведём в таблицу 2.

ε=

6

8

10

15

20

24

ηtvp=

0,4843

0,5404

0,5796

0,6425

0,6814

0,7038

ηtvp п.р.=

0,6677

0,7038

0,7291

0,7696

0,7946

0,8091

ηtvp п.р.tvp

37,9

30,2

25,8

19,8

16,6

14,96

1.3 Сравнение теоретического цикла ПДВС с продолженным расширением и переменным давлением газов перед турбиной с циклом ПДВС с продолженным расширением и постоянным давлением газов перед турбиной со смешанным подводом теплоты в sT-координатах (диаграмме)

Рис. 1.5 – Индикаторная диаграмма для сравнения теоретических циклов в sT-координатах.

1 – с Faczzqn1ma 2 – с Faczzbafq1nma

На рис. 1.5 в системе координат sT изображены циклы со смешанным подводом теплоты и с продолженным расширением, имеющие одинаковые степени сжатия и количество подводимой теплоты:

Цикл 1 с Faczzqn1ma – с использованием кинетической энергии отработавших газов в теоретическом ДВС (с переменным давлением газов перед турбиной) – рис. 1.1, 1.2.

Цикл 2 с Faczzbafq1nma – с постоянным давлением газов перед турбиной, то есть, когда кинетическая энергия отработавших газов непосредственно не используется – рис 1.3, 1.4.

отводимая теплота в цикле 1 Fqakamn1q от рабочего тела к холодному источнику B] (рис. 1.1, 1.2) меньше количества теплоты, отводимой во втором цикле 2 (рис. 1.3, 1.4) от рабочего тела к холодному источнику B], выражаемой площадью Fq1a1’k1amnq1.

Следовательно, цикл с продолженным расширением и использованием кинетической энергии выпускных газов имеет более высокий термический КПД, чем циклы с продолженным расширением, но без использования кинетический энергии выпускных газов. Для подтверждения физического смысла по формулам (2) и (3) проведём расчёт КПД теоретических циклов при k=1,4; λ=1,8; ρ=1,5; εk=3, в зависимости от ε. Результаты расчёта сведём в таблицу 3 в зависимости от таблиц 1 и 2.

ε=

6

8

10

15

20

24

ηtvp c ИКЭ

0,7269

0,7566

0,7774

0,8107

0,8312

0,8432

ηtvp без ИКЭ

0,6677

0,7038

0,7291

0,7696

0,7946

0,8091

ηtvp с ИКЭ>ηtvp без ИКЭ

8,87

7,5

6,62

5,34

4,61

4,22