- •3. Циклы поршневых двигателй внутреннего сгорания (двс)
- •3.1. Принцип действия двс
- •3.2. Цикл со смешанным подводом тепла
- •3.4. Термодинамика идеального цикла Дизеля
- •3.5. Индивидуальное задание по термодинамическому расчету необратимых циклов поршневых двигателей
- •3.6. Указания к выполнению задания
- •3.7. Описание программы
- •3.8. Пример выполнения задания
- •4. Газотурбинные установки
- •4.1. Гту со сгоранием при постоянном давлении
- •4.2. Цикл газотурбинной установки с подводом тепла
- •4.3. Цикл газотурбинной установки со сгоранием
- •4.4. Газотурбинная установка со сгоранием при
- •4.5. Индивидуальное задание по термодинамическому
- •4.6. Указания к выполнению задания
- •4.7. Описание программы
- •4.8. Пример выполнения задания
- •0 Дж/кгДж/кгДж/кгДж/кг.
- •5. Элементы химической термодинамики
- •5.1. Закон Гесса и его следствия
- •5.2. Зависимость теплового эффекта химической
- •5.3. Задание по расчету теплового эффекта
- •5.4. Пример расчёта
- •5.5. Закон действующих масс. Константы равновесия
- •5.6. Степень завершенности реакции и состав
- •5.7. Термодинамические уравнения процесса протекания
- •5.8. Методы расчета констант равновесия
- •Метод Темкина-Шварцмана
- •5.9. Индивидуальные задания по определению
- •5.10. Примеры выполнения заданий
3.2. Цикл со смешанным подводом тепла
Для теоретического анализа можно пренебречь различием в физических свойствах воздуха и продуктов сгорания, считая что в цилиндре циркулирует одно и то же постоянное количество воздуха (1 кг). Тогда объёмы могут быть заменены в процессе анализа на удельные объёмы, а рабочее тело считать идеальным газом.
В процессе анализа предполагают известные значения параметров рабочего тела в точке 1: ,и. Цикл характеризуется параметрами:
– степенью сжатия
; (3.1)
– степенью повышения давления
; (3.2)
– степенью предварительного расширения
. (3.3)
Два последних параметра ихарактеризуют тепло, подводимое за цикл к рабочему телу в камере сгорания.
Термодинамический анализ цикла сводится к расчёту параметров рабочего тела в узловых (характерных) точках цикла (рис. 3.2), к расчёту полезной работы и термического кпд.
Рис.
3.2.
и-диаграммы
цикла со смешанным подводом тепла
Цикл Тринклера
Воспользуемся уравнением состояния ;и поделим одно выражение на другое:
,
откуда . Таким образом:
; и. (3.4)
Точка 3. По определению
, ,. (3.5)
Точка 4.
; ;. (3.6)
Точка 5. . Для адиабатного расширения в процессе 4-5 можно записать соотношение параметров в виде
, откуда
, ,.
Тогда параметры в узловой точке 5 цикла Тринклера могут быть рассчитаны по выражениям
; и. (3.7)
Рассчитав параметры в характерных точках цикла можно перейти к определению работы , теплоты подведеннойи теплоты отведенной, а также термического КПД цикла.
Работу найдем из первого начала
.
Тепло подводится в двух процессах – изохорном 2-3 и изобарном 3-4, тогда
; (3.8)
. (3.9)
Результирующая теплота, подводимая в цикле к одному кг рабочего тела, равна сумме и
. (3.10)
Определим теплоту , отводимую от рабочего тела в окружающую среду по изохоре 5-1или после подстановки
. (3.11)
Полезная работа за цикл, вырабатываемая одним килограммом рабочего тела, в соответствии с первым началом термодинамики равна разности подведенной и отведённой теплоты . Воспользуемся выражениями 3.10 и 3.11 и после подстановки в формулы для определенияполучим
. (3.12)
Таким образом величина полезной удельной работы возрастает с увеличением температуры верхнего источника тепла (нагревателя) , а также степени сжатия.
Найдём выражения для расчёта термического КПД цикла. По определению
или после подстановки выражений для расчёта и:
.
После очевидных сокращений получим
. (3.13)
Термический КПД цикла со смешанным подводом тепла зависит от степени сжатия и теплофизических свойств газа, возрастая с их увеличением.
3.3. Термодинамика цикла бензомоторного двигателя с подводом тепла при постоянном объеме (Цикл Отто, )
Анализ цикла Отто (рис. 3.3) строится на основании того же принципа и подхода, что и анализ обобщенного цикла поршневых двигателей – цикла Тринклера. Известными считаются параметры рабочего тела на входе, т. е. в точке 1 диаграмм: и степень сжатия. Так как все тепло подводится в изохорном процессе, то степень предварительного расширения в цикле очевидно равна= 1. Для определенности анализа необходимо задать количество тепла, подводимого в цикле. Это можно сделать, задав степень повышения давления.
Рис.
3.3.и-диаграммы
цикла Отто
Зная параметры точки 1 (и) и воспользовавшись соотношением параметров в адиабатном процессе 1-2, найдем параметры в точке 2
; ,
откуда .
Температуру в точке 2 можно найти, использовав уравнение состояния. Считая рабочее тепло идеальным газом, запишем
и решив его относительно температуры, запишем
, .
Итак, параметры в точке 2 определяются по известным параметрам в точке 1 и заданным характеристикам реализуемого цикла
т.2 ,,. (3.14)
Воспользуемся соотношением параметров изохорного процесса и степенью повышения давления
, ,,,
тогда для точки 2 мы можем окончательно записать:
т.3 ,,. (3.15)
Найдем параметры в точке 4 в конце процесса адиабатного расширения 3-4, учитывая, что объемы точек 4 и 1 равны, т. е. .
Запишем для адиабаты 3-4 очевидное равенство:
.
Откуда после подстановки получим
, .
Найдём температуру в точке 4 из уравнения состояния
, ,.
Проанализируем энергетику цикла.
Подведённая в изохорном процессе 2-3 теплота
;
. (3.16)
Отведенная теплота в изохорном процессе 4-1.
. (3.17)
Знак минус указывает на то, что теплота в процессе отводится.
Работа за цикл
. (3.18)
Термический КПД цикла Отто
;
.(3.19)
Как видно из (3.19) термический КПД цикла существенно зависит от степени сжатия увеличиваясь с его ростом. На КПД цикла оказывает влияние величина, причём с ростом «k» КПД цикла растёт, величина степени повышения давления не оказывает влиянии на эффективность цикла. Она характеризует лишь величину подводимого тепла за цикл.