Тема 2 Процессы расчетных и Тема 2 Процессы расчетных и действительных циклов ДВС.действительных циклов ДВС.

Лекция 3Лекция 3Термодинамические циклы.Термодинамические циклы.

Для выявления отдельных факторов на работу Для выявления отдельных факторов на работу двигателя применяют расчетные циклы, в которых двигателя применяют расчетные циклы, в которых термодинамические процессы приближенно термодинамические процессы приближенно описывают процессы действительного цикла.описывают процессы действительного цикла.

Каждый из расчетных циклов основан на ряде Каждый из расчетных циклов основан на ряде допущений.допущений.

Анализ расчетных циклов может быть Анализ расчетных циклов может быть однофакторным, т. е. расчетным путем выясняют однофакторным, т. е. расчетным путем выясняют влияние каждого из факторов в отдельности, сохраняя влияние каждого из факторов в отдельности, сохраняя неизменными остальные. При постановке опытов с неизменными остальные. При постановке опытов с реальными двигателями установить влияние каждого реальными двигателями установить влияние каждого из факторов в отдельности сложно.из факторов в отдельности сложно.

Термодинамические расчетные циклы, основаны на Термодинамические расчетные циклы, основаны на следующих допущениях:следующих допущениях:

процессы, составляющие цикл, являются процессы, составляющие цикл, являются обратимыми;обратимыми;

процессы осуществляются с несменяемым процессы осуществляются с несменяемым рабочим телом неизменного состава;рабочим телом неизменного состава;

теплоемкость РТ не зависит от его состояния;теплоемкость РТ не зависит от его состояния; теплообмен между РТ и окружающей средой теплообмен между РТ и окружающей средой

отсутствует. В термодинамических циклах ДВС отсутствует. В термодинамических циклах ДВС подвод теплоты осуществляется по изохоре, подвод теплоты осуществляется по изохоре, изобаре или смешанно — по изохоре и изобаре.изобаре или смешанно — по изохоре и изобаре.

Наиболее общим является цикл со смешанным подводом теплоты Наиболее общим является цикл со смешанным подводом теплоты

21 qql ц 1q к подведенной теплоте

(при выводе рассматривается 1 кг рабочего тела)

(Сабатэ-Тринклера) (рис. 3.1). Термическим КПД называется отношение

циклаработы

12 /1 qqt , (3.1)

где количество отведенной теплоты 2q

берется по модулю )(2 abv TTcq

Рис. 3.1. Цикл со смешанным подводом теплоты (цикл Сабатэ-Тринклера)

Обозначим Обозначим c

z

c

z

T

T

p

p - степень повышения давления,

z

z

z

z

T

T

V

V

- степень предварительного расширения,

z

b

V

V - степень последующего расширения.,

c

z

z

a

c

a

V

V

V

V

V

V- степень сжатия.

В термодинамическом цикле В термодинамическом цикле qq11 является аналогом количества является аналогом количества теплоты, выделяемой при сгорании топлива в цилиндре двигателя, т. теплоты, выделяемой при сгорании топлива в цилиндре двигателя, т. е. является аналогом нагрузки. При неизменных степени сжатия, е. является аналогом нагрузки. При неизменных степени сжатия, рабочем теле и начальных параметрах цикла (параметры в точке рабочем теле и начальных параметрах цикла (параметры в точке аа) ) увеличение увеличение qq11 сопровождается увеличением и , максимальных сопровождается увеличением и , максимальных значений давления значений давления ррzz и температуры и температуры ТТzz цикла. Увеличение цикла. Увеличение ррzz и и ТТzz происходит также при увеличении степени сжатия.происходит также при увеличении степени сжатия.

Основными показателями цикла являются:

)1(1

11

1

kk

k

t (3.2)

Средним давлением цикла pц называется работа цикла, отнесенная к рабочему объему Vh. Для цикла Сабатэ — Тринклера:

t

k

a kk

pp

11

11

ц

(3.3)

Из (3.2) и (3.3) для цикла с подводом теплоты при Из (3.2) и (3.3) для цикла с подводом теплоты при постоянном объеме, то есть при (цикл Отто – рис. постоянном объеме, то есть при (цикл Отто – рис. 3.2), который используется для идеализации 3.2), который используется для идеализации действительного цикла двигателя с искровым действительного цикла двигателя с искровым зажиганием, получаемзажиганием, получаем

1

11

kt (3.4)

t

k

aц kpp

)1)(1(

)1(

(3.5)

Рис. 3.2. Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто)

Для цикла с подводом теплоты при постоянноДля цикла с подводом теплоты при постоянно

давлении (цикл Дизеля – рис. 3.3) и, следовательно,давлении (цикл Дизеля – рис. 3.3) и, следовательно,

)1(

11

1

kk

k

t (3.6)

t

k

aö k

kpp

)1)(1(

)1(

(3.7)

Из (3.3) (3.7) следует, что на показатели термодинамических циклов влияют следующие параметры: , k, , , а.

Рис. 3.3. Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля) Из (3.3) (3.7) следует, что на показатели термодинамических циклов влияют следующие параметры: , K , , , а.

t

Для цикла Отто не зависит от , т. е. не зависит от внешней нагрузки.

Для цикла Дизеля, при увеличении q1 (возрастании

) термический КПД снижается.

УвеличениеУвеличение , К, сопровождается повышением t

и цр

(рис. 3.4).

Увеличение можно обеспечить, если, например, применить для осуществления цикла двухатомные газы вместо трехатомных. Отсюда следует вывод о целесообразности работы поршневых двигателей на бедных смесях, так как в бедной смеси больше двухатомных газов (О2 и N2).

t

t црРис. 3.4. Графики зависимости параметров

термодинамического цикла Отто от степени сжатия: а - ; б -

Влияние количества подводимой теплоты Влияние количества подводимой теплоты 1q 1q и ( и ) на термический КПД цикла Сабатэ — Тринклера можно проследить

по рис. 3.5. При неизменной величине ( 1q ) увеличение (т. е. увеличение

1q) сопровождается возрастанием t , что при неизменном

количестве подводимой теплоты (неизменном А) термический КПД

возрастает с ростом 1q( ) и соответствующим уменьшением 1q ( ).

t цр

Рис. 3.5. Графики зависимости параметров термодинамического цикла Сабатэ – Тринклера от степени повышения давления:

- при постоянной степени предварительного расширения; - при постоянном количестве подведенной теплоты: а - ; б -

При неизменном При неизменном 1q

не влияет на

( ) увеличение 1q

Однако увеличение степени повышения давления

( ) приводит к снижению

t . Следовательно, с термодинамической точки зрения самым выгодным

является подвод теплоты в ВМТ.

Изменение t естественно, влияет на цр . Однако влияние , k, на величину

и

на такое же, как на .

цр иное, чем на t (см. рис. 3.5, б). Качественное влияние и k

С ростом

t цикла Отто, но приводит к росту

цр . При этом цр

растет в такой же степени, как количество q1.

( 1q в циклах Сабатэ — Тринклера и Дизеля) увеличение цр

происходит в несколько меньшей степени, так как при этом снижается t.

Из выражений (3.3), (3.5) и (3.7) следует,Из выражений (3.3), (3.5) и (3.7) следует, что цр при прочих равных

условиях изменяется пропорционально начальному давлению цикла ра, которое увеличивается наддувом двигателей и сопровождается увеличением

количества подводимой теплоты G aGq11 Q . Количество свежего заряда

Поэтому целесообразно

a

попадающего в цилиндры, увеличивается в меньшей степени, чем ра, так как

одновременно увеличивается Та. применение промежуточного охлаждения воздуха после компрессора.

1q )(àidem 1q)(áidempz

Рис. 3.6. Графики сравнения циклов Отто, Дизеля и Сабаттэ – Тринклера в координатах р-V при и при

,

и при

,

Сравнение циклов при Сравнение циклов при apaT C 1q idempz , , , k, , ,

одинаковых механических нагрузках на поршень

от сил давления газов (рис. 3.6 б), т.е. указывает

что наиболее высокое значение t достигается в

цикле Дизеля (а — с2 — z2 — b2). Связано это

с тем, что при рассматриваемом условии именно

в этом цикле имеют место наиболее высокие

значения и . Этому же циклу соответствуют

и минимальные значения 2zТ , и температуры в

конце расширения 2bТ . В таблице 3.1 приведены

t для различных циклов.

приведены

Таблица 3.1Таблица 3.1Термический КПД различных циклов при одинаковом

давлении zp

constV constp constV constp

t

при при при и

Степень сжатия

Степень повышения давления

Степень предварительного

расширения

Термический КПД

Параметры Подвод тепла

4 14 7

5,35 1 2,58

1 3,6 1,8

0,425 0,524 0,460

Контрольные вопросы:Контрольные вопросы:1.1. При одинаковых значении При одинаковых значении p p у какого цикла выше КПД?у какого цикла выше КПД?2.2. Что такое степень сжатия и степень повышения давления?Что такое степень сжатия и степень повышения давления?3.3. При одинаковом значении у какого цикла больше КПД?При одинаковом значении у какого цикла больше КПД?4.4. Какие делают допущения при рассмотрении термодинамических Какие делают допущения при рассмотрении термодинамических

циклов?циклов?5.5. Как изменяется КПД цикла Отто при увеличении нагрузки?Как изменяется КПД цикла Отто при увеличении нагрузки?6.6. Как изменяется КПД цикла Дизеля при увеличении нагрузки?Как изменяется КПД цикла Дизеля при увеличении нагрузки?7.7. Как влияет степень сжатия и показатель адиабаты на КПД циклов?Как влияет степень сжатия и показатель адиабаты на КПД циклов?8.8. Почему в цикле с подводом теплоты при постоянном объем Почему в цикле с подводом теплоты при постоянном объем

ограниченно увеличение степени сжатия и степени повышения ограниченно увеличение степени сжатия и степени повышения давления?давления?

9.9. Что такое степень предварительного расширения? Что такое степень предварительного расширения?