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:

Определение количества рабочих
При проектировании предприятия выявим технологически необходимое (Ртi) и штатное количество (Ршi) рабочих. Технологически необходимое количество рабочих имеет решающее значение при проектировании, так как оно позволяет установить количество рабочих мест, которое необходимо организовать в АТО. Техн ...

Выбор типа судовой электростанции
В соответствии с требованиями Правил Регистра РФ на морском судне должно быть предусмотрено не менее двух основных источников электроэнергии, при этом выбор количества и мощность источников электроэнергии определяется режимами силовой установки судна на ходу и на маневрах. Также при выборе источни ...

Расчет мощности электростанции для режима «Маневры»
Во время маневров (прохождение узкостей, перешвартовки, постановки на якорь) для обеспечения максимальной безопасности в соответствии с правилами технической эксплуатации на шины ГРЩ подключается резервный дизель-генератор. Время маневров в общем балансе эксплуатационного времени судна составляют ...