Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)





Методические указания и методика расчета

Двигатель внутреннего сгорания осуществляет преобразование теплоты, полученной при сгорании топлива, в механическую работу. В основу анализа действительных циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания положены следующие три теоретических цикла: цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (v = const) – близок по характеру протекания процессов к рабочему циклу карбюраторного двигателя; цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (p =const) – близок к циклам в компрессорных дизелях; цикл с подводом теплоты при постоянных объеме и давлении (v = const и p = const) – обобщенный цикл по подводу теплоты, близок к циклам бескомпрессорных дизелей. Во всех трех циклах отвод теплоты осуществляется при постоянном объеме.

При рассмотрении теоретических циклов принимаются следующие допущения:

- циклы являются замкнутыми (обратимыми) и протекают при постоянном количестве одного и того же рабочего тела (идеального газа);

- теплоемкость рабочего тела на протяжении всего цикла считается постоянной, не зависящей от температуры;

- процесс сгорания топлива в цилиндре заменяется мгновенным условным подводом теплоты, а выброс отработанных газов – мгновенным условным отводом теплоты;

- сжатие и расширение рабочего тела осуществляется в адиабатном процессе, т.е. без теплообмена с окружающей (внешней) средой.

 

 

Методика расчета обобщенного цикла с последовательным подводом теплоты при постоянном объеме и давлении. Введем следующие обозначения безразмерных параметров циклов - степень предварительного расширения; - степень повышения давления; - показатель адиабаты.

Как было отмечено, совершенство термодинамического цикла оценивается его термическим КПД. Для рассматриваемого цикла:

.

Подставляя q1 и q2 в формулу , получим

 

Воспользовавшись основными термодинамическими закономерностя-ми, выразим температуру в характерных точках через начальную температуру Тa и безразмерные параметры цикла.

Запишем уравнения состояния для рабочего тела в точках а и с:

, .

Разделив первое уравнение на второе, получим

, ,

откуда .

Из уравнения адиабаты имеем и .

Тогда температура в точке с .

Записав уравнения состояния газа для точек и с и разделив почленно первое на второе, получим:

 

; ;

.

Так как и , то ;

;

тогда ;

.

Из уравнений состояния газа для точек и получим:

; ; .

Рисунок 3.1- Цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объёме и давлении на диаграммах p,v и T, s.

Так как ; , то

Наконец, из уравнений состояния газа в точках z и b из уравнения адиабаты имеем

; ;

 

.

Значит, , откуда

 

.

 

Подставляя значения температур в характерных точках в выражение для КПД цикла, получим

 

.

 

Приведем эту формулу к виду

 

 

с учетом того, что

и .

Термический КПД обобщенного цикла увеличивается при увеличении степени сжатия , степени повышения давления , показателя адиабаты к и уменьшается при увеличении степени предварительного расширения . Однако чем больше , тем больше q1 и тем меньше удельная работа сжатия .

 

Работа теоретического цикла определяется по формуле . Отношение работы цикла к рабочему объему цилиндра (удельная работа) характеризует среднее давление цикла .

Поскольку

 

и

,

то

.

 

Так как , выражение для среднего давления газа в обобщенном цикле будет иметь вид

 

Наиболее эффективным способом увеличения среднего давления является повышение начального давления ра.

Циклы с подводом теплоты при р=const или υ=const являются частными случаями рассмотренного обобщенного цикла. При обобщенный цикл представляет собой цикл с изобарным подводом теплоты, а при ρ=1 – цикл с изохорным подводом теплоты.

Следует обратить особое внимание, что в данных циклах отвод теплоты осуществляется в изохорном процессе. При этом параметры газа в конце процесса расширения значительно превышают параметры окружающей среды. Термодинамический цикл с продолженным расширением может быть осуществлен в комплексной установке двигателя и турбонагнетателя, состоящего из газовой турбины и компрессора (рисунок 3.2, рисунок 3.3). В газовой турбине происходит дальнейшее расширение газов, а полученная при этом энергия расходуется на привод нагнетателя для наддува двигателя. Циклы установки с продолженным расширением, переменным и постоянным давлением газов перед турбиной представлены соответственно на рисунке 3.2 и на рисунке 3.3. Термический КПД циклов соответственно

;

,

 

где bf - продолженное расширение газа на лопатках турбины; f0 – отвод теплоты при р = const; – адиабатное сжатие воздуха в нагнетателе; - общая степень сжатия.

 

 

Из сравнения выражений для КПД обобщенного цикла и цикла с продолженным расширением газов видно, что КПД последнего выше. Это относится также к циклу с продолженным расширением, когда давление перед турбиной поддерживается постоянным, и кинетическая энергия отработавших газов не используется на лопатках турбины (рисунок 3.3.)

 






Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 411. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.125 сек.) русская версия | украинская версия