Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме

 

Этот цикл является прототипом действительного цикла карбюраторного двигателя и состоит из адиабат сжатия (ас) и расширения (zb) и изохор с подводом (cz) и отводом (ba) теплоты (рисунок fQ). Так как теплота в данном цикле сообщается только при v

V = const, то его можно рассматривать как частный случай цикла со смешанным подводом теплоты и тогда при = 1

,

 

где £ - показатель адиабаты.

 

Рис.17 -Термодинамический цикл со смешенным подводом теплоты

Рис.15- Зависимость термического к. п. д. смешенного цикла от степени сжатия при Л = const;при р = const (цифры у кривых указывают значения и р)

Влияние степени сжатия на к. п. д. п, иллюстрирует рисунок 17, из которого следует, что с ростом к. п. д. цикла увеличивается. Это происходит потому, что при повышении в и неизменной величине q[ и q\ возрастает степень расширения S, а, как известно, превращение теплоты в работу происходит в процессе расширения газа. Важно подчеркнуть, что темп роста к. п. д. цикла с увеличением е замедляется, поэтому при достаточно высокой степени сжатия дальнейшее ее повышение относительно мало сказывается на выигрыше в величине rj_t.

Использование рабочего тела с большей теплоемкостью, что равнозначно понижению показателя к, приводит к уменьшению rj,.

В цикле со смешанным подводом теплоты q, =q[ +q[ и если при данной величине q_x увеличить теплоту q[, сообщаемую при постоянном объеме, то соответственно возрастет , а теплота q\ и связанная с ней степень предварительного расширения а

 

 

Рис.16.Термодинамический цикл с подводом теплоты при постоянном объеме

 

 

Рис.17. Зависимость термодинамического к. п. д. цикла с подводом теплоты

при постоянном объеме от степени сжатия: 1 - при к = 1,4; 2 - при к =1,3; 3 - при к = 1,2

 

В цикле с подводом теплоты при V = const степень сжатия е = 8, поэтому к. п. д. rj_t от степени 'повышения давления Я не зависит. Влияние остальных параметров на т/, и p_t этого цикла такое же, как и в цикле со смешанным подводом теплоты. Например, на

рисунке /./-показана зависимость к.п. д. рассматриваемого цикла от степени сжатия при V различных значениях к, которая наиболее существенно проявляется при невысоких*^ На \/ основании такого характера функции rj_t = f(s) можно сделать важный вывод: поскольку степень сжатия в карбюраторных двигателях относительно невелика (для двигателей строительных машин и грузовых автомобилей s <7), то увеличение е является эффективным способом улучшения их показателей.

 

4.Сравнение термодинамических циклов: а) при одинаковых s и q; б) при одинаковых максимальных Т_тр₇ и одинаковых минимальных Т_ар_а

 

Анализ термодинамических циклов позволяет выявить их специфические особенности и показать, какой из циклов имеет преимущество перед другими в тех или иных условиях осуществления.

На рисунке 18 а в координатах Т - s два термодинамических цикла совмещены при V условии, что для них степень сжатия s, подведенная теплота q_x и начальное состояние рабочего тела (точка а) одни и те же. В соответствии с условиями сравнения адиабата сжатия (ас) для этих циклов едина. Так как теплота q_x одинакова, тотот из циклов имеет больший к. п. д., для которого абсолютное количество отводимой теплоты q₂ имеет наименьшее значение. Нетрудно заметить, что имеет место следующее

соотношение площадей, численно равных соответствующим количествам теплоты q₂

пл. 1аЬ2 <пл. \ab_x 3 или q₂ < q₂, а значит, л_1У > f]_tcCMe. Таким образом, при одной и

той же 'степени сжатия е наибольший к.п. д. будете цикле с подводом теплоты при V = const, так как в нем вся теплота подводится в в. м. т. и степень расширения 5 имеет наибольшую величину. В этом же цикле получаются самые высокие температура Т₇ и давление р₇ рабочего тела.

 

Рис.18- Сравнение термодинамических циклов:

a - при одинаковых величинах s и q_x; б - при одинаковых максимальных (71, р_х) и

минимальных (Т_а,р_а) температурах и давлениях рабочего тела

 

Из рисунка 18, б видно, что в цикле aczb теплота подводится при V = const, ав 1/

цикле ac_xz'zb — по смешанному закону. Пл. 1аЬ2 численно равна теплоте q₂, одинаковой для сравниваемых циклов. Следовательно в условиях данного сравнения к. п. д. цикла тем больше, чем больше подведенная теплота q_x. Из графиков, изображенных на рисунке, б, следует, что пл. \cz2<im.l \c_xz'z2' или q_]v <q_x, поэтому T]_tV < t]_tccm. Чтобы объяснить полученный результат, воспользуемся известной из курса термодинамики зависимостью термического к. п. д. цикла с адиабатными процессами сжатия и расширения от среднеинте8гралъных температур (среднеинтегральная температура любого политропного процесса 1-2 равна (Т₂ - T_x)/ln(T₁/T₂), т. е. зависит только от начальной Т_х и конечной Т₂ температур процесса) процессов подвода Т'_ср и отвода Т"_р теплоты:

 

Для циклов, показанных на рисунке 18, б, температура Т"_р в процессе отвода у теплоты (ba) одинакова, а температура Т'_ср, как следует из сравнения кривых cz и c_xz'z,

имеет меньшее значение в цикле с подводом теплоты при V = const, чем в цикле со смешанным подводом теплоты. Заметим, что в такой же последовательности, в какой возрастают величины rj_t и Т'_ср, увеличивается и степень сжатия в рассматриваемых

циклах, т. е. s_v < е_сжш. Это следует из того, что при Т_а = const соотношение зависящих от s температур конца сжатия характеризуется неравенством Т_с < Т_с1 (рисунок 18, б).