Теоретический цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении.

ε=16,5 ρ=3

Рис. 5. 2 Диаграмма теоретического цикла с подводом тепла при постоянном давлении

Давление газа в цилиндре в конце хода сжатия равно давлению после сгорания и определяется по формуле (1) температура по формуле (2)

^OK

Степень предварительного расширения газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты:

(12)

Тогда температура газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты (точка z)

(13)

^OK

Затем газ адиабатически расширяется (линия z b диаграммы).

Давление газа в цилиндре в конце процесса расширения

(14)

КПа

Температура газа в цилиндре в конце процесса расширения

(15)

Термический КПД выражается формулой:

(16)

В цикле с сообщением теплоты при постоянном объеме вводимое количество Q₁ теплоты пропорционально его изобарной теплоемкости С_P, а отводимое Q₂ пропорционально его изохорной теплоемкости С_ν и соответствующим разностям температур:

(17)

(18)

 

Термический КПД можно определять подставив значения температур с учетом того, что:

(19)

Среднее теоретическое давление равно

(20)

Теоретический цикл двигателей с подводом тепла при постоянном объеме и постоянном давлении (смешанный цикл)

ε=16,5, λ=2, ρ=2

Реальные тракторные и автомобильные двигатели работают по смешанному циклу на дизельном топливе. Для самовоспламенения впрыскиваемого топлива степень сжатия должна быть не ниже 14.

В теоретическом цикле кривая ас диаграммы изображает адиабатическое сжатие рабочего тела, заключенного в цилиндре, сz и zz' – сообщение теплоты, z'b – адиабатическое расширение и ba – отдачу части сообщенной теплоты холодному источнику в соответствии со вторым законом термодинамики.

Значения температуры и давления в конце процесса сжатия аналогичны предшествующим формулам (1,2).

 

КПа

^OK

Максимальное давление смешанного цикла:

(21)

КПа

Температура в ВМТ равна:

(22)

Температура в конце процесса подвода теплоты равна:

(23)

^OK

Давление в конце адиабатного расширения равно:

(24)

КПа

Температура в конце адиабатного расширения определяется формулой: (25)

^OK

 

Рис.5.3 Индикаторная диаграмма смешанного теоретического цикла

Термический КПД теоретического цикла можно определить по разности количества теплоты: Q₁^' + Q₁^'', введенных соответственно при V = const (по изохоре сz) и при р = const (по изобаре zz') и Q₂, отданного холодному источнику при V = const (по изохоре ba):

Теплота, сообщаемая соответственно по изохоре и изобаре, и отводимая теплота равны

(26)

(27)

(28)

Подставляя Q₁^', Q₁^'' и Q₂ в уравнение, определяющее термический КПД смешанного цикла, заменяя все температуры через температуру начала сжатия T_а, аналогично предшествующим выводам и учитывая, что

получаем

(29)

 

 

Это уравнение позволяет утверждать, что использование тепла в смешанном цикле зависит от степени сжатия, предварительного расширения и повышения давления, а также показателя адиабаты.

В смешанном цикле повышение степени сжатия улучшает экономические и мощностные показатели. Однако по мере увеличения степени сжатия прирост использования теплоты постепенно замедляется и после значений степени сжатия 10–12 становится малоощутимым.

В дизельных двигателях значении степени сжатия больше 15 объясняются желанием облегчить пуск холодных двигателей. При повышении степени сжатия растет температура конца сжатия, что обеспечивает самовоспламенение топлива даже при низких температурах стенок цилиндра и засасываемого воздуха.

Среднее эффективное давление

(30)

 

1955КПа

Контрольные вопросы

1. Какие допущения принимают при построении теоретических циклов

2. Как влияет на экономические показатели цикла повышение степени сжатия

3. Как влияет на мощностные показатели цикла повышение степени сжатия

4. Как влияет на среднее теоретическое давление повышение Ра

5. Как влияет на теоретический КПД цикла повышение Ра

6. При равной степени сжатия КПД какого цикла (подвод тепла при постоянном объеме или подвод тепла при постоянном давлении) выше.

7. Увеличение доли тепла подведенной при постоянном давлении в смешанном цикле повышает или понижает КПД

8. От чего зависит показатель адиабаты и как он влияет на показатели теоретического цикла.

9. Для чего нужен отвод тепла из цикла

10. Чему равен коэффициент повышения давления.