- •Кафедра «Тепловодогазоснабжение сельского хозяйства»
- •Методические указания к контрольной работе
- •Методические указания к контрольной работе. Челябинск, 2013.
- •Цикл идеального компрессора
- •Общие теоретические положения
- •Классификация
- •Процессы одноступенчатых компрессоров
- •Пример решения
- •Рассчитанный цикл в координатах pv и Тs
- •Vраб – объем, описываемый поршнем
- •Цикл двигателя внутреннего сгорания
- •Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания
- •Это двигатели с внешним смесеобразованием (бензиновые и газовые).
- •Пример решения
- •2.6 Среднее индикаторное давление рi, мПа
- •Рабочий процесс графически представляется индикаторной диаграммой (рисунок 2).
- •Цикл газотурбинной установки (гту)
- •Задание
- •Общие теоретические сведения
- •Отработавшие газы
- •Количество удельной подведенной теплоты q1, Дж/кг:
- •Количество удельной отдведенной теплоты q2, Дж/кг:
- •Гту с подводом теплоты при постоянном объеме
- •Пример решения
- •Решение
- •3 Расчет
- •Паросиловая установка по циклу Ренкина
- •Общие теоретические положения
- •Если рабочее тело – насыщенный пар, то возможно осуществить цикл Карно и получить максимальный термический кпд.
- •Пример расчета
- •Принципиальная схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина
- •Цикл Ренкина в pv и Ts координатах
- •3.1 Термический кпд цикла Ренкина ηt
- •Выкопировка из s-I (h) диаграммы расчетных процессов расширения пара в паровой турбине
- •Вывод о влиянии повышенных начальных параметров пара при поступлении в турбину
- •Цикл воздушно-компрессорной холодильной установки
- •Общие теоретические положения
- •Пример расчета
- •Решение
- •Расчет идеального цикла
- •2.1 Определение неизвестных параметров в узловых точках цикла
- •Цикл установки в координатах pv и Ts
- •Рекуперативный теплообменный аппарат типа «Труба в трубе»
- •Пример расчета
- •Влажный воздух
- •Общие теоретические положения
- •Характеристики влажности
- •Параметры влажного воздуха, как смеси идеальных газов
- •Тепловлажностые характеристики
- •В системе измерений си:
- •Основные процессы, протекающие в вентиляции, кондиционировании воздуха и при сушке материалов
- •Пример расчета
- •Решение
- •Литература
Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания
При анализе термодинамических циклов делаются следующие допущения:
химический состав и количество рабочего тела – постоянны;
процесс горения топлива заменен обратимым процессом подведения теплоты;
выпуск продуктов сгорания заменен обратимым процессом отведения теплоты в окружающую среду;
температура рабочего тела не зависит от температуры окружающей среды;
рабочее тело находится в равновесии с источником теплоты и охладителем (окружающей средой).
Основные циклы ДВС:
со смешанным подводом теплоты при постоянном объеме и давлении (цикл Сабатэ) – отражает процесс дизеля без компрессора, который наиболее близок к реальным условиям сгорания топлива;
с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля) – отражает процесс тихоходного дизеля;
с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл отто) – отражает процесс двигателя быстрого сгорания (карбюраторного и газового).
Теоретические циклы, давая максимально возможное превращение теплоты в работу при приведенных выше условиях, схематизируют действительные явления и позволяют изучать эти явления, отмечая главные факторы, которые влияют на экономику этих явлений.
Цикл со смешанным (комбинированным) подводом теплоты (рисунок 1)
смешанный цикл, в котором подвод теплоты осуществляется частично при v = const, а частично при р = const был предложен советским инженером Г.В. Тринклером. Работающие по этому циклу двигатели называются без компрессорными дизелями. в настоящее время дизели строятся только с комбинированным подводом тепла.
По этой схеме цикла ДВС работают с внутренним смесеобразованием и воспламенением рабочей смеси.
Рисунок 1– Смешанный цикл ДВС в pv и Ts координатах
В этом виде цикла (рисунок 1) в процессе 1-2 происходит адиабатное сжатие рабочего тела, после чего подводится теплота сначала при v =const (линия 2-3), а затем при р = const (линия 3-4). Далее происходит адиабатное расширение (линия 4-5) и, наконец, отвод теплоты при v =const (линия 5-1).
Процессы всасывания (линия 0-1) и выхлопа (линия 1-0) в термодинамике не рассматриваются, так как это механические процессы.
Характеристики цикла:
степень сжатия ; (1)
степень повышения давления при сгорании топлива
; (2)
степень предварительного расширения при р = const
. (3)
Термический кпд цикла (см. прямой цикл Карно – )
; (4)
и ; (5)
термический КПД: , если поделить числитель и знаменатель на на сv, то получим:
. (6)
Выразим T2, T3, T4, T5 через T1.
Рассмотрим процессы.
1-2 – процесс адиабатического сжатия:
T2 = T1ε k – 1. (7)
2-3 – процесс нагрева при ν = const:
;
T3 = T2λ;
T3 =T1ε k – 1λ. (8)
3-4 – процесс нагрева при р= const:
;
T4 = T3ρ;
T4 = T1ε k – 1λρ; (9)
4-5 – процесс адиабатического расширения: ,
v5 = v1, а v4 = v2, тогда .
. (10)
Подставив в формулу (6) t2,t3,t4, T5 через t1 из формул (7), (8), (9), (10) получим:
. (11)
из уравнения (11) видно, что ηt растет с увеличением ε и k.
Таблица 1 – Значения р2 и T2 при различных значениях ε
k |
ε |
8 |
9 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
1,30 |
p2 |
13,42 |
15,70 |
22,70 |
25,20 |
27,80 |
30,30 |
33,00 |
35,80 |
T2 |
708 |
734 |
801 |
822 |
840 |
856 |
873 |
889 | |
1,35 |
p2 |
14,90 |
17,50 |
25,70 |
28,80 |
31,80 |
34,90 |
38,20 |
41,40 |
T2 |
795 |
850 |
901 |
932 |
956 |
980 |
1 004 |
1 020 |
Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении
в таких двигателях топливо распыляется сжатым воздухом.
если сжимать один воздух, а топливо вводить в цилиндр после сжатия, то степень сжатия может быть значительно большей. Такая схема применяется в дизель-моторах, и была предложена инженером Дизелем в 1897 г.
в цикле с подводом тепла при р = const первоначальное состояние рабочего тела в pv-координатах характеризуется точкой 1 (рисунок 2).
В течение первого хода справа налево совершается сжатие воздуха, которое происходит без теплообмена с внешней средой (линия 1-2). На участке 2-3 к рабочему телу подводится тепло q1 таким образом, что давление при этом остается постоянным (так как увеличивается объем), что приближенно соответствует реальным условиям сгорания трудно сгораемого топлива.
Дальнейшее расширение рабочего тела (линия 3-4) происходит без теплообмена с внешней средой (по адиабате). Для приведения рабочего тела в первоначальное состояние 1, от него отводится тепло q2 при v =const (линия 4-1).
Рисунок 2 – Цикл ДВС в pv и Ts- координатах с подводом тепла при р = const
Теоретический цикл – (1-2-3-4). процессами 0-1 (процесс всасывания) и 1- 0 (процесс выхлопа) – пренебрегают, считая, что в цилиндре находится
постоянное количество газа (механические процессы).
В рассматриваемом цикле степень повышения давления при сгорании топлива .
Основные величины этого цикла:
степень сжатия ;
степень изобарного (предварительного) расширения
(12)
Тогда подставив в уравнение (173) λ = 1 в ηt цикла с комбинированным подводом теплоты получим:
. (13)
Выводы:
термический КПД двигателя Дизеля зависит от степени предварительного расширения ρ и с увеличением уменьшается экономичность цикла;
с увеличением степени сжатия ε увеличивается термический КПД цикла.
Таблица 2– Значения термического КПД цикла Дизеля при различных значениях и k = 1,35
|
ε |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
ρ = 1,5 |
ηt |
0,52 |
0,54 |
0,57 |
0,59 |
0,61 |
ρ = 2,1 |
ηt |
0,49 |
0,52 |
0,55 |
0,57 |
0,58 |
ρ = 2,5 |
ηt |
0,46 |
0,49 |
0,52 |
0,54 |
0,56 |
Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме