Обобщённый идеальный цикл поршневых двигателей и термодинамический КПД различных циклов

ДВС, как и другие тепловые двигатели, предназначен для преобразования в механическую работу тепловой энергии выделяющейся при сгорании топлива.

Согласно второму закону термодинамики невозможно создать такой двигатель, который бы полностью превращал тепловую энергию в механическую. Для того, чтобы можно было осуществить такой процесс преобразования энергии, необходимо часть подводимого тепла отдавать холодному телу.

Кроме неизбежного отвода теплоты, определяемого выбранным циклом, при работе всякого теплового двигателя возникают дополнительные потери энергии вследствие несовершенства рабочего вещества и охлаждением стенок рабочей полости, в которой происходит догорание топлива, а также потери на зарядку и очистку цилиндра и на трение трущихся деталей. Величина этих потерь определяется совершенством реального двигателя и его рабочего цикла. Все эти дополнительные потери при рассмотрении идеальных циклов во внимание не принимаются.

Таким образом, под идеальным циклом подразумевается упрощённая термодинамическая схема рабочего цикла двигателя, не имеющая каких–либо потерь энергии кроме неизбежной отдачи теплоты холодному телу.

Изучение идеальных циклов даёт возможность установить предел использования теплоты в том или другом двигателе, сравнить между собой экономичность различных циклов и выявить пути дальнейшего совершенствования тепловых двигателей.

При рассмотрении идеальных циклов делаются следующие допущения:

1) Предполагается, что цикл осуществляется постоянным количеством идеального газа неизменного химического состава и постоянной теплоёмкости.

2) Предполагается, что процессы сжатия и расширения протекают без теплообмена с окружающей средой, т.е. адиабатно.

3) Сгорание топлива и удаление продуктов сгорания заменяется условными процессами подвода и отвода теплоты протекающими при V = const или р = const.

Цикл состоит из следующих процессов: – адиабатного сжатия ас;

– смешанного подвода теплоты частью по изохоре су, частью по изобаре yz;

– адиабатного расширения zb;

– смешанного отвода теплоты частью по изохоре bf, частью по изобаре fa.

Рис. 2.1 – Схема обобщённого идеального цикла

Параметры, характеризующие идеальный цикл:

– степень сжатия ;

– степень повышения давления при сгорании ;

– степень предварительного расширения – отношение объёма в конце расширения к объёму в конце сжатия;

– степень последующего расширения – отношение объёма в конце расширения к объёму в конце подвода теплоты;

– характеристика способа отвода теплоты .

Теплоиспользование в идеальном цикле характеризуется значением термодинамического КПД ηt, который собой отношение теплоты, преобразованной в полезную работу ко всей теплоте, подведённой в цикле

. (2.1)

Выразим количество подведённой теплоты и отведённой теплоты в цикле через температуры в характерных точках цикла и соответствующие теплоёмкости процессов

Q1 = cv(Ty – Tc) + cp(Tz – Ty), (2.2)

Q2 = cv(Tb – Tf) + cp(Tf – Ta). (2.3)

Тогда выражение для термодинамического КПД можно записать

, (2.4)

Разделим числитель и знаменатель на сv и зная, что – показатель адиабаты получим

. (2.5)

Рекомендуем также:

Гидрометеорологические условия
Физическая навигация на Волго-Донском судоходном пути в среднем длится 232 суток, ее продолжительность ограничивается ранними сроками замерзания и поздними сроками очищения ото льда Береславского водохранилища ВДСК. Трасса пути проходит в зоне континентального климата. Наиболее благоприятными для ...

Причинно-следственный анализ
Целью анализа является выявление корневых нежелательных эффектов и ключевых задач по их устранению. Обобщение ключевых задач позволяет выявить направления совершенствования объекта исследования. Методологической основой данного вида анализа является графа причинно-следственных связей (цепочки при ...

Расчет потребного оборудования для участка
Потребное количество фрезерных и токарных станков определяется по формуле: , (3.1) где N – годовая программа ремонта, N=3000 вагонов; Ноб – норма в станкочасах на ремонт одной автосцепки: для фрезерных станков Ноб=0,7 ст. ч, для токарных станков Ноб=0,25 ст. ч; – действител ...