- •Глава 2
- •2.2 Цикл двс с подводом теплоты при постоянном давлении
- •2.3.Цикл двс со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера)
- •3. Циклы газотурбинных установок (гту)
- •3.1.Цикл гту с подводом теплоты при постоянном давлении
- •3.2. Циклы гту с подводом теплоты при постоянном объеме
- •3.3. Циклы гту с регенерацией теплоты
- •3.4. Метод повышения термического кпд гту за счет применения многоступенчатого сжатия и многоступенчатого сгорания.
- •3.5.Циклы реактивных двигателей
- •3.5.1. Прямоточный воздушно – реактивный двигатель(пврд)
- •3.5.2 Пульсирующий воздушно-ракетный двигатель (ПуВрд)
- •3.5.3. Компрессорные турбореактивные двигатели (трд)
- •3.5.4. Жидкостный ракетный двигатель (жрд)
2.3.Цикл двс со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера)
Недостатки цикла Дизеля:
- наличие компрессора, усложняющего конструкцию ДВС;
- на обеспечение работы компрессора требуется 6..10% от общей мощности компрессорного дизеля.
Бескомпрессорный дизель, разработанный русским инженером Густавом Васильевичем Тринклером в 1904 году, объединяет положительные свойства циклов Отто и Дизеля. Цикл Тринклера используется в большинстве современных быстроходных дизелей.
Вместо компрессора Тринклер применил механическое сжатие топлива до высоких давлений (30..170МПа) с помощью топливного насоса. Сжатое насосом топливо впрыскивается в специальную предкамеру или через форсунку в головку цилиндра, где оно самовоспламеняется и частично быстро сгорает при , а затем догорает при .
Принципиальная схема бескомпрессорного дизеля с предкамерой представлена на рис. 2.6.
Идеальный термодинамический цикл ДВС со смешанным подводом теплоты представлен на рис. 2.7.
Рис 2.6. схема бескомпрессорного дизеля с предкамерой.
Рис 2.7. Идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера) в P-V и T-S диаграммах.
Термодинамические процессы идеального цикла ДВС со смешанным подводом теплоты:
1-2 - адиабатное сжатие воздуха в цилиндре до ε = 14..22 для достижения надежного самовоспламенения топлива при контакте со сжатым воздухом в точке 2;
2-3 – изохорный подвод первой части теплоты от быстрого сгорания части топлива в предкамере или в головке цилиндра в смеси со сжатым воздухом;
3-4 – изобарный подвод второй части теплоты от догорания в цилиндре оставшейся части топлива;
4-5 – адиабатное расширение продуктов сгорания в цилиндре;
5-1 – изохорный отвод теплоты (выхлоп) с возвращением рабочего тела в исходное состояние.
( В индикаторной диаграмме процесс 5-1 совершается за два такта (хода поршня); 5-0 – выхлоп продуктов сгорания; 0-1- всасывание в цилиндр атмосферного воздуха.)
Характеристиками цикла Тринклера являются:
- степень сжатия (воздуха);
- степень повышения давления (от изохорного сгорания части топлива в предкамере);
- степень предварительного расширения рабочего тела (от изобарного догорания оставшейся части топлива в цилиндре). Величина ρ не превышает ε.
- подведенная теплота в процессе 2-3;
- подведенная теплота в процессе 3-4;
- отведенная теплота в процессе 5-1.
Термический КПД цикла Тринклера
;
Где - показатель адиабаты рабочего тела.
Параметры рабочего тела в узловых (характерных) точках цикла:
Точка 2
- конечный объем воздуха при его
адиабатном сжатии в цилиндре;
,
или
- конечное давление адиабатного
сжатия воздуха в цилиндре;
,
или
- конечная температура адиабатного
сжатия воздуха в цилиндре;
Точка 3
,
или
- конечный объем продуктов изохорного
сжигания части топлива в предкамере
или в головке цилиндра;
,
или
- конечное давление продуктов
изохорного сжигания части топлива;
или
- конечная температура
продуктов изохорного сжигания части топлива;
Точка 4
,
или
- конечный объем продуктов
изобарного догорания топлива в цилиндре;
,
или
- давление продуктов сгорания топлива
при его полном догорании в условиях
изобарного расширения газа в цилиндре;
,
или
- конечная температура продуктов
изобарного догорания топлива в цилиндре;
Точка 5
- объем продуктов сгорания при
завершении адиабатного расширения в цилиндре;
,
или
- конечное давление адиабатного
расширения продуктов сгорания топлива;
,
или
- конечная температура адиабатного
расширения продуктов сгорания топлива;
Подставляя найденные значения в формулу для термического КПД, получим
(2.21.)
Из этой обобщающей формулы следует, что растет с увеличением , и уменьшаются при увеличении .
При цикл со смешанным подводом теплоты превращается в цикл Отто, у которого
,
а при - в цикл Дизеля, у которого
.
При одинаковых значениях максимального давления, максимальной температуры и одинаковых значениях отводимой теплоты , но различных значениях
В этом случае максимальное значение степени сжатия будет у ДВС с циклом Дизеля.
Доля теплоты, подведенной в изохорном процессе:
(2.22.)
Расчеты показывают, что, начиная с , дальнейшее увеличение ее значения приводит к слабому увеличению . С точностью до 2%, полагают, что при
.
Подставляя в формулу для степени повышения давления значения и , получим
(2.23.),
где .
Из формулы (2.23.) следует, что увеличение приводит к сильному увеличению , а, значит к значительному повышению максимального давления в цикле
На практике , так как при более высоких значениях заметно ухудшаются условия работы кривошипно – шатунного механизма ДВС, увеличивается шумность двигателя и снижается его механический КПД.
Подставляя в формулу для степени предварительного расширения значения и , получим
(2.24.)
Зависимости (2.23.) и (2.24.) позволяют задать характеристики двигателя и при известных значениях и .
Важным показателем цикла в целом служит среднее давление цикла (2.25.)
Здесь () – рабочий объем цилиндра, то есть объем описываемый поршнем.
Из (2.25.) - это работа, полученная с единицы рабочего объема цилиндра (удельная работа).
Так как
,
То ,
или
(2.26.)
Здесь
- тепловая нагрузка единицы объема камеры сгорания, Дж/м.
Подставляя в формулу (2.26.) значения , и , получим
(2.27.)
В формуле (2.26.)
(2.28.)
и
(2.29.)
Для повышения за счет увеличения в дизелях применяют наддув.
Полагая , получим по формуле (2.27.) для цикла Отто
(2.30.)
При из формулы (2.27.) получим среднее давление в цикле Дизеля
(2.31.),
где степень предварительного расширения из (2.24.) при
(2.32.)
Таким образом зависит от , т.е. от тепловой нагрузки.
Так как входит в формулы для и ,то термический КПД и среднее давление цикла Дизеля, в отличие от цикла Отто, зависят от тепловой нагрузки . С увеличением тепловой нагрузки снижается, а увеличивается.