Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

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

Цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты




при постоянном объеме (цикл Отто)

Идеальный теоретический цикл Отто (рисунок 1.6) характеризует работу 4-хтактного двигателя, в котором газотопливная смесь наполняет цилиндр при ходе поршня к нижней мертвой точке - НМТ (четвертый такт), а затем при обратном ходе поршня к верхней мертвой точке - ВМТ (первый такт) смесь сжимается и возле ВМТ срабатывает система зажигания. Топливо воспламеняется и отдает свое тепло Qн практически при постоянном объеме (состояние 2 на рисунке 1.6). Затем следует второй такт, в котором происходит адиабатное расширение газов. В конце этого процесса (состояние 3) открывается выпускной клапан и газы теряют тепло (Qх) в окружающую среду. Последний процесс происходит тоже при почти постоянном объеме. Третий такт практически завершает удаление отработавших газов в атмосферу.

Таким образом, идеальный термодинамический цикл Отто состоит (см. рисунок 2.2) из адиабатного процесса сжатия: 1®2, изохорного ввода теплоты Qн: 1®3, адиабатного расширения газов: 3®4 и изохорного отвода теплоты Qх: 4®1.

При количественном анализе циклов двигателей внутреннего сгорания выявляют следующие характеристики:

Степень сжатия двигателя:

 

e = V1/V2 = (V2 + Vh)/V2, (1.37)

где Vh - рабочий объем цилиндра - объем, описываемый поршнем при его перемещении от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой тоски (НМТ):

 

Vh = V1V2, (1.38)

 

Степень повышения давления:

 

l= р3/р2 . (1.39)

Термический к.п.д.: h = L0 /Qн.

В рассматриваемом идеальном цикле теплота теряется лишь при передаче холодильнику (процесс 4®1), поэтому можно записать:

 

h = (Qн + Qх)/Qн. (1.40)

 

Величины теплот выразим через характеристики изохорных процессов 2®3 и 4®1 :

 

Qн = M сv (Т3 - Т2) и Qх = M сv (Т1 - Т4). (1.41)

 

После подстановки и преобразований получим:

 

. (1.42)

На основании рассмотренных ранее термодинамических соотношений можно получить: для адиабаты 1®2 Т2 = Т1ek-1 ; для изохоры 2®3 Т3 = Т2 .l = Т1.l.ek-1 ; для адиабаты 3®4 Т4 = Т3 . e1-k = Т1 . l . После подстановки и преобразований получаем:

 

. (1.43)

Среднее давление цикла.Определяется согласно усредняющей формуле:

 

р0= L0/Vh. (1.44)

 

Работа в данном цикле совершается лишь в адиабатических процессах:1®2- сжатие (работа L1®2) и 3®4 - расширение (работа L3®4 ). Поэтому L0= L3®4 + L1®2.

Величины работ выразятся уравнением:

 

; . (1.45)

 

После подстановок и преобразований получим следующее расчетное уравнение

. (1.46)

 

Цикл двигателя внутреннего сгорания с сообщением теплоты
постоянном давлении (цикл Дизеля)

 

В данном цикле поршень, совершая первый такт, сжимает воздух до достаточно высоких давлений (30 - 40 . 105 Па) Растет температура, применяются также более высокие степени сжатия (14-22). При приближении поршня к ВМТ в верхний объем цилиндра над поршнем впрыскивается под значительным давлением топливо. Физические показатели процесса в этот момент таковы, что топливо самовоспламеняется. Так как топливо постепенно поступает через форсунку, то резкого повышения давления не наблюдается и поэтому можно считать, что тепло (Qн) поступает в процесс при постоянстве давления. Таким образом, в начале второго такта выполняется изобарический процесс (2®3, рисунок 1.7).

Далее второй такт осуществляется адиабатически (3®4) и заканчивается как и в цикле Отто изохорическим (4®1) выведением теплоты (Qх) холодильнику (окружающая среда). После полного выброса отработавших газов (третий такт) цилиндр заполняется воздухом (четвертый такт).

Равновесный теоретический цикл Дизеля составляется (рисунок 2.3) из последовательности процессов: адиабата 1®2 - сжатие, изобара 2®3 - расширение и подвод тепла, адиабата 3®4 - расширение и изохора 4®1 - отвод тепла. Также как и цикл Отто, данный цикл характеризуют: степенью сжатия e =V1/V2 , термическим к.п.д. (h), средним давление цикла р0 = L0/Vh .

Имеется и характерный только для этого цикла параметр - степень предварительного расширения:

 

r = V3/V2 . (1.47)

При количественном рассмотрении цикла найдем вначале выражение для к.п.д. Определительная формула: h = (Qн + Qх)/Qн. Величину Qн найдем, рассматривая изобарныий процесс 2®3, а величину Qх по формулам изохорного процесса:

 

Qн = M ср(Т3 - Т2); Qх = v(Т1 - Т4). (1.48)

 

Подставляя найденные величины в уравнение для к.п.д., а также заменяя значения температур Т3,Т2,Т4, выраженные через Т1 после записи соотношений для частных термодинамических процессов Т2 = Т1ek-1 (из уравнений адиабаты 1®2); Т3 = Т2r = Т1 ek-1 r (из уравнений изобары 2®3); Т4 = Т3 e1-k = Т1 rk , получим в итоге:

 

. (1.49)

 

Среднее давление цикла найдем, определив все работы цикла: работу изобарического расширения L2®3 = (М/m)R(Т3 - Т2); работу адиабатического расширения L3®4 = (М/μ)(k - 1)-1 R(Т3 - Т4); работу адиабатического сжатия L1®2 = (М/μ)(k- 1)-1R (Т2 - Т1). Полная работа цикла определится алгебраической суммой L0 = L2®3 + L3®4 + L2®1. После подстановки в эту сумму слагаемых и преобразований получим вначале:

 

. (1.50)

 

Затем, определяем среднее давление цикла ( р0 = L0/Vh). Для этого выражаем величину Vh через V1 : Vh = V1 (1 - 1/e), а затем вводим р1 = (М/μ)1 V1-1. В итоге получим выражение:

 

. (1.51)

 

Цикл двигателя с сообщением теплоты при постоянных
объеме и давлении (смешанный цикл Тринклера)

 

Смешанный цикл (рисунок 1.8) состоит из адиабатического процесса сжатия 1®2, изохорического процесса 2®3, изобарического процесса
расширения газов 3®4, адиабатического расширения 4®5 и изохорического
процесса 5®1. В процессе 1-2 сжимается воздух, с состояния 2 в систему впрыскивается топливо и начинает сгорать, поставляя теплоту Q1, после достижения состояния 3 топливо продолжает сгорать, поставляя на участке 3®4 тепло Q2. Соотношение величин Q1 и Q2 зависит от момента впрыска топлива и поддается плавной регулировке, что делает цикл хорошо управляемым. На участке 5®1 происходят процессы отдачи теплоты в окружающую среду (холодильник).

Смешанный тепловой цикл, как и прежде рассмотренные циклы двигателей внутреннего сгорания характеризуется во многом уже известными параметрами и характеристиками. Вывод формул для количественного выражения параметров цикла аналогичен рассмотренным в теоретических разделах методических указаний.

Цикл характеризуется следующими, уже известными соотношениями:

степень сжатия:

 

e = V1/V2;

 

степень предварительного расширения:

 

r = V4/V3 = V4/V2;

 

степень повышения давления:

 

l = р3/р2 = р4/р2 .

 

Термический к.п.д. цикла Тринклера:

. (1.52)

 

Теплоты цикла:

 

Qн = Q1 + Q2 = v(Т3 - Т2) + р (Т4 - Т3) ,

Qх = v (Т1 - Т5). (1.53)

 

Работа цикла:

 

. (1.54)

 

Среднее давление цикла :

 

, (1.55)

 

где р0 = L0/Vh , Vh = V1 - V2 .







Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 659. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия