Термодинамические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

В термодинамических циклах поршневых ДВС процессы сжатия и расширения рабочего тела принимаются адиабатными, а рабочим телом является идеальный газ. Различают термодинамические циклы поршневых ДВС с изохорным подводом теплоты – цикл Отто (рис. 3а), изобарным подводом теплоты – цикл Дизеля (рис. 3б) и со смешанным подводом теплоты – цикл Сабатэ–Тринклера (рис. 3в).

Основными характеристиками термодинамических циклов поршневых ДВС являются:

• –степень сжатия, ;

• –степень повышения давления в процессе подвода теплоты при ,;

• –степень предварительного расширения в процессе подвода теплоты при ,(для цикла Дизеля),(для цикла Сабатэ–Тринклера).

Рис. 3. Термодинамические циклы поршневых ДВС:

а) Отто, б) Дизеля, в) Сабатэ–Тринклера

Термический КПД цикла ДВС со смешанным подводом теплоты определяется по соотношению

. (36)

Анализ соотношения (36) свидетельствует, что термический КПД цикла возрастает с повышением степени сжатия , показателя адиабаты, степени повышения давленияи с уменьшением степени предварительного расширения.

При одинаковых исходных значениях параметров рабочего тела и степени сжатия справедливо следующее неравенство:

. (37)

В то же время следует отметить, что более корректно проводить сравнение значений термического коэффициента полезного действия циклов в условиях одинаковых максимальных параметров рабочего тела (,).

В этом случае справедливо неравенство

. (37а)

Термический КПД циклов ДВС может достигать 60–65%.

В реальных двигателях внутреннего сгорания, вследствие необратимых потерь работы, действительный КПД меньше термического и в среднем составляет 30-40% для дизелей и 20-30% для карбюраторных двигателей.

Термодинамические циклы газотурбинных установок

Различают два термодинамических цикла ГТУ: циклы с изобарным подводом теплоты – цикл Брайтона (рис. 4а) и с изохорным подводом теплоты – цикл Гемфри (рис. 4б).

Рис. 4. Термодинамические циклы ГТУ:

а) Брайтона, б) Гемфри

Основными характеристиками термодинамических циклов ГТУ являются:

• –степень повышения давления рабочего тела в процессе сжатия в компрессоре ;

• –соотношение давлений в процессе подвода теплоты при ,;

• –степень предварительного расширения в процессе подвода теплоты при ,;

Термический коэффициент полезного действия цикла Гемфри может быть определен из соотношения

, (38)

а термический КПД цикла Брайтона по формуле

. (39)

Сопоставление значений термических КПД циклов газотурбинных установок при одинаковых исходных параметрах и степени повышения давления рабочего тела в процессе сжатия показывает, что

. (40)

Следует отметить, что циклы поршневых ДВС характеризуются изохорным отводом, а циклы ГТУ – изобарным отводом теплоты.

В реальных ГТУ и ДВС процессы сжатия и расширения не являются адиабатными. С достаточной для технических расчетов точностью их можно считать политропными с постоянными показателями политропы.