§ 9.5. Циклы двс со смешанным подводом теплоты

Одним из недостатков двигателей, в которых применяется цикл с подво­дом теплоты при постоянном давлении, является необходимость использова­ния компрессора, применяемого для подачи топлива. Наличие компрессора усложняет конструкцию и уменьшает экономичность двигателя, т.к. на его работу затрачивается 6-10 % от общей мощности двигателя.

С целью упрощения конструкции и увеличения экономичности двигателя русский инженер Г.В.Тринклер разработал проект бескомпрессорного двига­теля высокого сжатия. Этот двигатель лишен недостатков рассмотренных выше двух типов двигателей. Основное его отличие в том, что жидкое топ­ливо с помощью топливного насоса подается через форсунку в головку ци­линдра, где оно воспламеняется и горит вначале при постоянном объеме, а потом при постоянном давлении. На рис. 9.4 представлен идеальный цикл двигателя со смешанным подводом теплоты в pv - координатах.

Рис.9.4

В адиабатном процессе 1-2 рабочее тело сжимается до параметров в точ­ке 2. В изохорном процессе 2-3 к нему подводится первая доля теплоты , а в изобарном процессе 3-4 - вторая - . В процессе 4-5 происходит адиабат­ное расширение рабочего тела и по изохоре 5-1 оно возвращается в исходное состояние с отводом теплоты q₂ в теплопрнемннк.

Характеристиками цикла являются:

- степень сжатия;

- степень повышения давления,

- степень предварительного расширения.

Количества подведенной и отведенной q₂ теплот определяют­ся по формулам.

;

;

.

Термический кпд цикла будет

.

Найдем параметры рабочего тела в характерных точках цикла.

Точка 2.

;

;

.

Отсюда

.

Точка 3.

;

;

;

.

Точка 4.

;

;

;

.

Точка 5.

;

;

;

;

;

.

Подставив найденные значения температур в формулу для кпд, будем иметь

. (9.3)

Отсюда следует, что с увеличением k, ε и λ кпд цикла возрастает, а с уве­личением ρ уменьшается.

Цикл со смешанным подводом теплоты обобщает циклы с изобарным и изохорным подводом теплоты. Если положить λ = 1 (что означает отсутст­вие подвода теплоты при постоянном объеме (р₂ = р₃)), то формула (9.3) приводится к формуле (9.2), т.е. к формуле для кпд цикла ДВС с изобарным подводом теплоты. Если принять р = 1 (что означает отсутствие подвода теп­лоты при постоянном давлении (ν₃ = ν₄)), то формула (9.3) приводится к формуле (9.1) для кпд цикла с изохорным подводом теплоты.

Цикл со смешанным подводом теплоты лежит в основе работы большин­ства современных дизелей.

Глава 10 циклы газотурбинных установок и реактивных двигателей

Газотурбинные установки (ГТУ) имеют многие важные преимущества по сравнению с поршневыми двигателями. Газовые турбины имеют относи­тельно небольшие габариты и малую массу, в них нет деталей с возвратно-поступательным движением, они могут выполняться с достаточно большими единичными мощностями. В газовых турбинах отсутствует основной недос­таток поршневых двигателей - невозможность расширения рабочего тела в цилиндре двигателя до атмосферного давления.

Практическое применение нашли ГТУ со сгоранием топлива при посто­янном давлении и постоянном объеме. Им соответствуют идеальные циклы с подводом теплоты в процессе при постоянном давлении и постоянном объе­ме.