5.10.3. Сравнение циклов Отто и Дизеля

_{Сравнение проведём, принимая в обоих циклах одинаковыми параметры рабочего тела в исходной точке pН, TН и максимальные значения давления и температуры pГ, TГ. Совместив эти циклы в “T-s” координатах (рис. 5.21.), сравним величины их термических КПД, базируясь на формуле (4.4). Видно, что при принятых условиях сравнения, КПД цикла Дизеля выше, чем КПД цикла Отто, т.к. при равных количествах отведённого тепла (q2Д = q2О) количество подведённого тепла в цикле Дизеля больше (q1Д > q1О). Более высокая эффективность цикла Дизеля в данных условиях объясняется тем, что в нём обеспечивается более высокая степень сжатия ε, чем в цикле Отто. Другими достоинством дизелей является то, что в них могут использоваться дешёвые низкосортные топлива. Однако следует заметить, что реальные дизели вследствие более высоких значений ε испытывают повышенные нагрузки. По этой причине и из-за неполного использования кислорода воздуха их конструкции получаются более тяжёлыми, чем у двигателей с принудительным воспламенением.}

Рис. 5.20. Сравнение циклов Отто и Дизеля

5.10.4. Цикл двс со смешанным теплоподводом

Очень коротко остановимся на третьем варианте цикла ДВС со смешанным теплоподводом, вначале при постоянном объёме, а затем при постоянном давлении. Этот цикл, называемый циклом Тринклера или Саботэ приведен на рис. 5.21.

После заполнения цилиндра и сжатия воздуха по обратимой адиабате Н – К в точке “К” впрыскивается топливо, некоторая часть которого вначале воспламеняется и сгорает в изохорном процессе К – Г₁, а оставшаяся часть топлива догорает в изобарном процессе Г₁ – Г₂ при движении поршня от ВМТ к НМТ. Другие процессы остаются такими же, как и у двигателей Отто и Дизеля. Смешанный теплоподвод осуществляется рядом конструктивных мероприятий, главным образом, установкой форкамеры.

Э нергетические показатели _t и L_ц обратимого цикла Тринклера содержатся между соответствующими показателями обратимых циклов Отто и Дизеля.

Рис. 5.21. Изображение идеального цикла ДВС

со смешанным теплоподводом

Смысл создания цикла на рис. 5.21. состоит в том, чтобы в кратковременном изобарном процессе сгорания Г₁ – Г₂ осуществлялась высокая полнота сгорания топлива благодаря высокой температуре газа после изохорного процесса теплоподвода, хорошему распылу и перемешиванию топлива, воздуха и продуктов сгорания в точке Г₁. В двигателях Дизеля часто наблюдается догорание на линии расширения Г – С и дымление на выхлопе. Но указанное свойство рабочего процесса двигателя Тринклера проявляется только в реальных циклах.

Примеры решения задач

_{Задача 5.1.}

_{Определить работу и теоретический КПД идеального цикла ГТД, если степень повышения воздуха в двигателе πΣ = 8, а температура газов перед турбиной ТГ = 1150 К. Двигатель работает на земле на месте при pH = 101325 Па, ТН = 288 К.}

Решение

_{Так как рабочим телом в идеальном цикле принимается воздух, то для воздуха k = 1,4; Ср = 1005 Дж/(кг∙К); R = 287 Дж/(кг∙К).}

_{Опеределим параметры рабочего тела в характерных точках цикла (рис. 5.2.).}

_{Точка Н. При работе двигателя на земле давление и температура рабочего тела заданы по условиям задачи: pH = 101325 Па и ТН = 288 К.}

_{Точка К. Давление pК определяется по формуле (5.8)}

p_К = p_H ∙ π_∑ = 101325 ∙ 8 = 810600 Па,

а температура Т_к находится по выражению

_{Точка Г. Так как процесс подвода тепла в камере сгорания ГТД в идеальном цикле осуществляется при постоянном давлении, то}

_{pГ = pК = 810600 Па,}

_{а температура ТГ = 1150 К известна по условию задачи.}

_{Точка Т. Значение параметров газа за турбиной определяется из условия равенства работ расширения в турбине и повышения давления воздуха в компрессоре:}

_{LТ = LК.}

_{Подставляя в это равенство величины LТ и LК из формул:}

и ,

получим

_{ТГ – ТТ = ТК – ТН,}

_{т.е. в идеальном цикле понижение температуры в турбине равно повышению температуры в компрессоре.}

_{Отсюда имеем:}

_{ТТ = ТГ – (ТК – ТН) = 1150 – (521,7 – 288) = 916,3 К.}

_{С помощью формулы (3.39) определяется давление за турбиной}

^.

^{Точка С. Так как статическое давление вытекающих из двигателя газов p}_C ^{равно давлению окружающей среды p}_H^{, то}

_{PС = pН = 101325 Па,}

_{а величина температуры ТС определим по формуле (5.14)}

Количество подведённого тепла q₁ и отведённого q₂ вычислим соответственно по формулам (5.16 и 5.18):

_{Работа цикла:}

_{LЦ = qЦ = q1 – q2 = 629556,6 – 349740 = 279816,6 Дж/кг.}

_{Для вычисления термодинамического КПД идеального цикла ГТД воспользуемся формулой (5.22):}

_{Как видно из решения задачи, даже в идеальном цикле ГТД толкьо 45% подводимого тепла преобразуется в полезную работу, а 55% тепла q1 составляют потери соглано второму закону термодинамики. Внутренний КПД реального цикла ГТД значительно меньше.}

_{Залача 5.2.}

_{Определить полезную работу и термодинамический КПД идеального цикла ДВС с подводом тепла при постоянном объёме (цикл Отто) при следующих данных: pH = 101325 Па; ТН = 288 К; ε = 7; λ = 4; Сυ = 720 Дж/(кг∙К); R = 287 Дж/(кг∙К) и k = 1,4.}