Индикаторная диаграмма цикла ДВС с изохорным подводом теплаРабочий процесс реального двигателя внутреннего сгорания принципиально отличается от теоретического цикла идеального двигателя. Цикл – замкнутый круговой процесс, составленный из отдельных термодинамических процессов. Рабочий цикл ДВС не замкнут – после совершения работы в результате расширения рабочее тело удаляется из двигателя, а на его место поступает свежая порция горючей смеси. Процессы всасывания и выхлопа рабочего тела не являются термодинамическими процессами. Рабочий цикл теплового двигателя есть совокупность отдельных процессов, протекающих последовательно в реальном двигателе за два или один полный оборот коленчатого вала. Рабочий цикл графически представляется индикаторной диаграммой, то есть линией изменения давления внутри цилиндра при перемещении поршня (рисунок 1.24). Рисунок 1.24 - Индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного ДВС: I - поршень; II - цилиндр При движении поршня I слева направо (линия 1-2) в цилиндр двигателя II втекает через открытый всасывающий клапан «вс» смесь воздуха с парами топлива (первый такт). В крайнем правом положении поршня (нижняя мертвая точка – «нмт») всасывающий клапан «вс» закрывается. Следует отметить, что всасывание происходит при некотором разрежении, поэтому линия 1-2 проходит ниже линии атмосферного давления (пунктирная линия). При закрытых клапанах «вс» и «вх» поршень движется справа налево и сжимает горючую смесь (второй такт) по линии 2-3. Вблизи левого крайнего положения поршня (верхняя мертвая точка – «вмт») начинается процесс горения топлива, в результате чего давление резко возрастает (линия 3-4). Горячие продукты горения расширяются и перемещают поршень I слева направо из «вмт» в «нмт» (линия 4-5) – так осуществляется рабочий ход, то есть совершается полезная работа (третий такт). Вблизи «нмт» открывается выхлопной клапан «вх», поршень начинает двигаться справа налево и выталкивает продукты горе- ния из цилиндра в атмосферу по линии 5-1 (четвертый такт) при давлении несколько выше атмосферного. Далее рабочий процесс повторяется. Описанный процесс работы двигателя происходит за четыре хода поршня (два оборота вала), поэтому такой двигатель называется четырехтактным. Существуют двигатели, в которых описанный процесс осуществляется за два хода поршня (один оборот вала), их называют двухтактными.
59. Цикл газотурбинной установки. Газотурбинная установка (ГТУ) – тепловой двигатель, в котором получение механической энергии вращения вала происходит при отсутствии возвратно-поступательного движения непосредственно за счет использования кинетической энергии газа. В ГТУ могут осуществляться циклы с подводом теплоты по изохоре и изобаре, в практике чаще применяется последний, то есть цикл с подводом тепла при р = const (рисунок 1.26). Процесс сжатия воздуха (1-2) осуществляется в компрессоре 2. Сжатый воздух оттуда подается в камеру горения 1, туда же через форсунку с помощью насоса 6 подается топливо. Процесс (2-3) протекает в камере горения 1. Процесс расширения рабочего тела (3-4) протекает в сопловом аппарате 3 и частично на лопатках турбины 4, а отработавшие газы выбрасываются в атмосферу. Как видно из диаграммы в рv и Ts-координатах, цикл состоит из двух адиабат и двух изохор.
(1)
для адиабатного сжатия и расширения
(2)
А так же
(3)
Подставив соотношение (3) в формулу (1) получим
(4)
Из уравнения (4) следует, что при одинаковых степенях сжатия КПД ГТУ равен КПД поршневого двигателя, но при существенно меньшем максимальном давлении цикла. КПД ГТУ больше КПД поршневого двигателя с подводом теплоты при р = const.
60. Цикл воздушно – компрессорной холодильной установки, холодильный коэффициент. Холодильные установки предназначены для искусственного охлаждения тел ниже температуры окружающей среды. Рабочее тело в холодильных установках совершает обратный круговой процесс, в котором затрачиваемая внешняя работа расходуется на отъем тепла от охлаждаемого тела. В воздушнокомпрессорной холодильной установке рабочим телом является воздух. Для получения низких температур (производства холода) в данном типе установки используют адиабатное расширение воздуха. Для этого его предварительно сжимают, а затем охлаждают до температуры, например, окружающей среды, так как при сжатии температура воздуха повышается. Если такой воздух заставить расширятся по адиабате, он совершит работу за счет своей энергии; при этом его температура понизится и окажется ниже температуры окружающей среды. Схема воздушно-компрессорной холодильной установки представлена на рисунке 1.34. Рисунок 1.34 - Схема воздушно-компрессорной холодильной установки: 1 -охлаждаемое помещение или холодильная камера; 2 - компрессор; 3 - охладитель воздуха; 4 – расширительный цилиндр (детандер) Установка состоит из следующих элементов: -холодильной камеры 1, в которой по трубопроводам циркулирует охлажденный воздух; -компрессора 2, всасывающего воздух и сжимающего его; -охладителя 3, в котором охлаждается сжатый воздух; -расширительного цилиндра 4, в котором воздух расширяется, совершая при этом работу и понижая свою температуру. Из расширительного цилиндра холодный воздух направляют в холодильную камеру 1, где он, отнимая теплоту от охлаждаемых тел, нагревается и вновь поступает в компрессор 2. На рисунке 1.35 (в pv-координатах): -точка 1 – состояние воздуха, поступающего в компрессор; -линия 1-2 – адиабатный процесс сжатия в компрессоре; -точка 2 – состояние воздуха, поступающего в охладитель; -линия 2-3 – изобарное охлаждение воздуха в охладителе; -точка 3 – состояние воздуха, поступающего в расширительный цилиндр; -3-4 – адиабатный процесс расширения в расширительном цилиндре; -точка 4 – состояние воздуха, поступающего в холодильную камеру; -линия 4-1 – изобарный процесс нагревания воздуха в холодильной камере; -площадь 1-2-6-5-1 – работа, затраченная компрессором на сжатие; -площадь 3-6-5-4-3 – работа, полученная в расширительном цилиндре; - площадь 1-2- 3-4-1 – работа цикла.
На рисунке 1.35 (в Ts-координатах): -площадь под кривой 4-1 – количество теплоты q2, переданной охлаждаемыми телами; -площадь под кривой 3-2 – количество теплоты q1, отданной в охладителе; - площадь 1-2- 3-4-1 – работа цикла. Тогда холодильный коэффициент цикла
Холодопроизводительность 1 кг воздуха q2 q2 = i1 – i4 = cpm(T1 – T4), (1.144) где T1 – температура воздуха, выходящего из холодильной камеры и поступающего в компрессор; T4 – температура воздуха, входящего в холодильную камеру; cpm – удельная средняя массовая теплоемкость воздуха при постоянном давлении. Удельная работа, затраченная компрессором, l к = i2 – i1 = cpm(T2 – T1), (1.145) где T2 – температура воздуха после его сжатия в компрессоре. Удельная работа, полученная в расширительном цилиндре, l р.ц = i3 – i4 = cpm(T3 – T4), (1.146) где T3 – температура воздуха перед расширительным цилиндром. Удельная работа, затраченная в цикле, l о = l к – l р.ц. (1.147) Расход холодильного агента М, кг/с
где Qо, q2 – соответственно холодопроизводительность установки, кДж, и холодопроизводительность 1 кг воздуха, кДж/кг. Холодильный коэффициент
Теоретическая мощность Nтеор, кВт, необходимая для привода компрессора, Nтеор = M l o. (1.151)
|
