АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Идеальные циклы поршневых ДВС

Читайте также:
  1. АЗОТИСТЫЕ БИГЕТЕРОЦИКЛЫ
  2. Алгебраические циклы
  3. Большие циклы конъюнктуры
  4. вопрос. Циклы Н.Д. Кондратьева.
  5. Дисциплины, циклы основной образовательной программы, на освоении которых базируется производственная практика.
  6. Долгосрочные циклы или «длинные волны Кондратьева».
  7. Дыхательные циклы человека и эманации времени
  8. Загрузка шихты с помощью поршневых и шнековых загрузчиков
  9. И ЦИКЛЫ С ГАЗООБРАЗНЫМ РАБОЧИМ ТЕЛОМ
  10. Ивета Циклы и транзиты на примере пасьянса Медичи
  11. Конструкции принятия решений и циклы

Исследование циклов тепловых двигателей проводится с целью оценки совершенства действительных процессов, протекающих в двигателе, а также с целью учета влияния различных факторов на экономичность двигателя.

Метод термодинамического анализа циклов тепловых двигателей, предложенный Б. Клапейроном, усовершенствован отечественными учеными В.И. Гриневецким, Б.С. Стечкиным, Е.К. Мазингом и другими, является общим для всех те­пловых двигателей. Этот метод прост и последователен. Сущность его заключается в следующем:

1. Действительный цикл теплового двигателя заменяется идеальным, при этом принимается ряд допущений:

– рабочее тело рассматривается как идеальный газ с постоянной теплоемкостью и массой один килограмм;

– процесс сгорания топлива, связанный с изменением химического состава рабочего тела, заменяется обратимым процессом подвода теплоты;

– цикл считается замкнутым, т.е. процесс выброса продуктов сгорания заменяется обратимым процессом отвода тепла;

– механические и тепловые потери отсутствуют.

2. Получают формулу термического КПД идеального цикла и проводят анализ влияния различных факторов на величину .

3. Получают, а затем анализируют выражение полезной работы цикла.

Используя данный метод, проведем исследование некоторых циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Внутри цилиндра поршневого ДВС в результате сгорания топлива

выделяется большое количество теплоты и образуется газообразное рабочее тело. Эти двигатели имеют сравнительно высокую экономичность, приемлемые массогабаритные и эксплуатационные характеристики. Они широко используются, особенно в качестве транспортных двигателей.

По характеру процессов, при которых осуществляется сгорание топлива, циклы поршневых ДВС делятся на три вида:

1) с подводом тепла при постоянном объеме (цикл Отто);

2) с подводом тепла при постоянном давлении (цикл Дизеля);

3) смешанный цикл, в котором часть теплоты подводится при постоянном объеме, а оставшаяся - при постоянном давлении.

 

5.2.1. Цикл ДВС с изохорным подводом теплоты

В двигателях, работающих по этому циклу, приготовление топливной смеси осуществляется либо в специальных устройствах – к а р б ю р а т о - р а х, либо непосредственно в цилиндре (распыленное форсункой горючее перемешивается с поступающим в цилиндр воздухом в такте всасывания). Сгорание протекает в момент, когда поршень меняет направление движения от сжатия к расширению, поэтому процесс подвода тепла можно считать изохорным.

С целью анализа действительный цикл заменим идеальным, рис.5.3, включающим следующие процессы:

1-2 – адиабата сжатия рабочего тела;

2-3 – изохора подвода теплоты q1;

3-4 – адиабата расширения рабочего тела;

4-1 – изохора отвода теплоты q2.

При анализе цикла исходными данными являются: параметры состояния в точке 1: p1, T1, v1 ; с т е п е н ь с ж а т и я и с т е- п е н ь п о в ы ш е н и я д а в л е н и я . Рис. 5.3

Под степенью сжатия понимают отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

Для цикла, изображенного на рис. 5.3

.

Величина зависит от количества подведенной теплоты q1 в изохорном процессе и определяется по выражению:

.

Определим параметры рабочего тела в состояниях 2, 3 и 4.

Точка 2: v2 = v1 / ; p2 = p1 к; T2 = к-1 T1.

Точка 3: v3 = v2 = v1 / ; p3 = p2 = кp1; T3 = T2 = к-1T1.

Точка 4: v4 = v1; p4 = p1; T4 = T1.

Значения температур в точках цикла позволяют определить количество подведенной и отведенной теплоты по формулам:

q1 = cv(T3 – T2) = cv( к-1T1 - к-1 T1) = cv( -1) к-1 T1;

q2 = cv(T4 – T1) = cv( T1 – T1) = cv( -1)T1.

Найдем термический КПД изохорного цикла:

t = 1 - ,

после сокращения 1 - . (5.2)

Таким образом, термический КПД ДВС с изохорным подводом тепла зависит только от степени сжатия и показателя адиабаты к.

 

На рис. 5.4 приведены расчетные кривые, показывающие зависи­мость от и к. Из гра­фика видно, что с увеличением величина непрерывно растет. Однако в двигателях, работающих по изохорному циклу, величина степени сжатия ограничивается по двум причинам: во-первых, при больших может наступить детонационное горение топлива; во-вторых, возникает опасность преждевременного самовоспламенения топлива в конце сжатия из-за высокой температуры. Поэтому для современных изохорных двигателей = 7…10.

Рис. 5.4Вычислим полезную работу цикла:

lц = q1 – q2 = cv( -1) ( к-1 -1) T1.

Выражая cv через к и R и используя уравнение состояния, получим:

lц = ( -1) ( к-1 -1). (5.3.)

Анализ выражения (5.3) показывает, что работа цикла растет с увеличением и .

По циклу с изохорным подводом тепла работают ДВС на легких фракциях горючего.

 

5.2.2. Цикл ДВС с изобарным подводом теплоты

Сгораемое в ДВС топливо представляет собой смесь какого-либо горючего с воздухом. Если в цилиндре сжимать вначале воздух, а затем подавать туда распыленное горючее под высоким давлением, то можно избежать и детонации преждевременного воспламенения. Эта раздельная подача позволяет существенно повысить степень сжатия, а, следовательно, и КПД и использовать в качестве горючего более тяжелые фракции переработки нефти. Создание двигателя, использующего этот принцип, связано с именем немецкого инженера Р. Дизеля (1858-1913), поэтому двигатели с раздельным сжатием называют д и з е л ь н ы м и.

В дизелях горючее подается в цилиндр в конце такта сжатия. Так как температура находящегося в цилиндре сжатого воздуха высокая, топливная смесь воспламеняется. В процессе горения, несмотря на то, что поршень перемещается, давление остается постоянным.

Идеальный цикл с изобарным подводом тепла, рис.5.5, состоит из следующих процессов:

1-2 – адиабата сжатия рабочего тела;

2-3 – изобара подвода теплоты;

3-4– адиабата расширения рабочего тела;

4-1 – изохоры отвода теплоты.

Здесь заданными являются:

параметры p1, v1, T1, а также степень сжатия и степень предварительного расширения.

. Последнюю обозначают через

и вычисляют как

. Рис. 5.5

Получим выражение термического КПД этого цикла, для чего определим параметры в точках 2,3,4.

Точка 2: v2 = v1 / ; p2 = p1 к; T2 = к-1 T1.

Точка 3: v3 = v2 = v1; p3 = p2 = p1 ; T3 = T1.

Точка 4: v4 = v1; p4 = p3(v3/v4)к = p1 ; T4=T1 p4/p1 = T1.

Вычислим значения теплоты в процессах 2-3 и 4-1:

q1 = cp (T3 –T2) = cp ( -1) T1

q2 = c v(T4 -T1) = cv ( -1)T1.

После подстановки q1 и q2 в формулу термического КПД и сокращения, получим:

. (5.4)

Отсюда следует, что термический КПД цикла с изобарным подводом тепла зависит от степени сжатия , величины показателя адиабатык и степени предварительного расширения

Он возрастает с увеличением и ки уменьшением .

Полезная работа цикла будет равна

Lц = q1-q2 = cpT1( -1) – cvT1( -1) = .

Работа цикла возрастает с увеличением и уменьшением .

При одинаковых степенях сжатия термический КПД цикла с изобарным подводом тепла ниже, чем у цикла с изохорным подводом тепла, так как

сомножитель в уравнении (5.4) всегда больше единицы. Но в изобарных ДВС используются более высокие значения , чем в изохорных двигателях, что повышает их экономичность.

В табл.5.1 приведены величины дизельного двигателя для ряда и при к = 1,35.

Т а б л и ц а 5.1

  p2, МПа T2, K
   
  60,1 37,3 3,82    
  62,1 40,4 4,59    
  63,8 43,0 5,40    
  65,2 45,2 6,24    
  66,4 41,2 7,12    
  67,5 48,9 8,03    
             

 

Для увеличения экономичности дизеля необходимо увеличивать степень сжатия и уменьшать степень предварительного расширения. Это значит, что действительный процесс сгорания топлива желательно проводить при наименьшем изменении объема цилиндра. Осуществление такого процесса сгорания возможно в двигателях со смешанным подводом теплоты, в которых топливо начинает гореть при постоянном объеме, а сгорание заканчивается при постоянном давлении. Анализ цикла со смешанным подводом теплоты включает элементы изохорного и изобарного циклов.

Выражение термического КПД смешанного цикла имеет вид:

(5.5)

 

Сравнение циклов поршневых ДВС

Сравнение циклов поршневых двигателей проводят при одинаковых максимальных давлениях и равных перепадах температур, так как именно эти условия в действительности определяют конструктивные особенности двигателей, их прочность, надежность в эксплуатации.

Для сравнения циклов их изображают совмещено в Ts координатах, рис.5.6,

где цикл 12341 – изохорный;

цикл 12′′341 – изобарный;

цикл 12 3′ 341 – смешанный.

 

Рис. 5.6

Для анализа запишем в виде: .

Здесь числитель – полезно используемая теплота цикла, она эквивалентна площади изображенных циклов. Знаменатель – отведенная теплота, она оди-

накова для всех циклов. Из рис.5.6 наглядно видно, что термический КПД изобарного цикла самый максимальный из рассматриваемых.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.01 сек.)