Газотурбинные двигатели относятся к ДВС. Они обладают многими преимуществами по сравнению с поршневыми двигателями. Это, в первую очередь, большие мощности при сравнительно малых габаритах и достаточно высокая экономичность.
В качестве компонентов топлива в газотурбинных двигателях используются жидкое или газообразное горючее и воздух как окислитель. Принципиальная схема авиационного газотурбинного двигателя приведена на рис.5.7, где 1 – компрессор, 2 – камера сгорания, 3 – турбина, 4 – реактивное сопло
Рис.5.7
Сжатый в компрессоре воздух с высоким давлением и значительной температурой подается в камеру сгорания, туда же через форсунки поступает горючее. Перемешанная топливная смесь воспламеняется и сгорает. Высокотемпературные продукты сгорания устремляются к расширительной машине – турбине. В сопловом аппарате рабочее тепло разгоняется до высокой скорости, а на рабочих лопатках турбины кинетическая энергия потока преобразуется в механическую работу, приводя во вращение ротор турбины. От ротора турбины крутящий момент передается компрессору и другим потребителям мощности.
В некоторых типах авиационных газотурбинных двигателей часть энергии рабочего тела используется для создания реактивной силы (тяги двигателя).
В газотурбинных стационарных и авиационных двигателях сгорание топлива осуществляется при постоянном давлении.
Идеальный цикл изобарного газотурбинного двигателя, рис. 5.8, включает следующие процессы:
1
-2 – адиабатный процесс сжатия рабочего тела в компрессоре;
2-3 – изобарный подвод тепла;
3-4 – адиабатное расширение рабочего тела в турбине;
4-1 – изобарный процесс отвода тепла в окружающую среду.
Заданными в цикле являются параметры на входе в компрессор p1, v1, T1, степень повышения давления 
=р2/р1 и степень предваритель-
Рис. 5.8 ного расширения 
=v3/v2 = T3/T2.
Параметры состояния в характерных точках определяются аналогично
рассмотренным выше циклам.
Точка 2: p2= 
p ; v2 = 
v1; T2= 
T1 .
Точка 3: p3 = p2 =
v1; T3= 
T2 = 
T1 . Точка 4: p4= p1 ; v4 = 
v1; T4 = 
T1 .
Значения теплоты q1 и q2 в изобарных процессах будут равны:
q1 = cp (T3 –T2) = cp (
)
T1 и q2 = cp (T4-T1 )= cp(
После подстановки q1 и q2 в выражение (1.21) получим значение термического КПД цикла газотурбинного двигателя в виде:
. (5.6)
Из выражения (5.6) следует, что термический КПД газотурбинного двигателя зависит только от степени повышения давления и показателя адиабаты продуктов сгорания. С увеличением 
и к значение 
растет.
В отличие от двигателей внутреннего сгорания в паросиловых установках продукты сгорания топлива непосредственно не участвуют в рабочем цикле, они являются лишь источником теплоты, а рабочим телом служит пар какой–либо жидкости. Принципиальная схема паросиловой установки, работающей на водяном паре, представлена на рис. 5.9,
где 1– паровой котел;
2 – пароперегреватель;
3 – паровая турбина, выполняющая функции расширительной машины;
4 – электрогенератор;
5 – конденсатор;
6 – питательный насос.
В котле вода нагревается и превращается в насыщенный пар, а в пароперегревателе – в перегретый пар. Перегретый пар поступает в турбину, где, расширяясь, совершает полезную работу. После турбины отработанный пар конденсируется, а конденсат питательным насосом снова подается
в котел. Рис. 5.9
На основании длительного исследования свойств водяного пара и работы паровых машин шотландский ученый У.Д. Ренкин создал теоретический цикл паросиловой установки, который носит его имя. На рис. 5.10 и 5.11
Представлен циклРенкина в pv и Ts- координатах.
Рис. 5.10 Рис. 5.11
Основными процессами здесь являются:
1–2 – адиабата расширения перегретого пара в турбине;
2–3 – изотерма конденсации пара;
3–4 – подача воды насосом в котел;
4–5 – подогрев воды в котле;
5–6 – образование влажного пара в котле;
6–1 – перегрев насыщенного пара в пароперегревателе.
Процесс 4 –5 – 6 –1 – изобарный.
Подвод и отвод тепла в цикле происходит при постоянном давлении. Тогда количество теплоты в процессе 4–5–6–1, используемой для нагрева воды, парообразования и перегрева, выразим через энтальпии:
q1 = i1 – i4,
где i1 и i4 – энтальпия перегретого пара и энтальпия конденсата, соответственно.
Количество теплоты, отводимой в процессе конденсации пара, будет равно:
q2 = i2 – i3 .
Воспользовавшись значениями q1 и q2 , находим термический КПД цикла паросиловой установки:
. (5.7)
С увеличением температуры перегретого пара термический КПД цикла возрастет, т.к. полезно используемая теплота увеличится. Повышение начальных параметров пара от p1 = 10 МПа и T1= 510 оС до сверхкритических
( p1 = 30 МПа и T1 = 650 оС) приводит к увеличению КПД установки на 15...18 %. Увеличение КПД происходит и при снижении давления отработавшего пара.
studfiles.net
Винтомоторные двигатели
Авиационные поршневые двигатели могут быть классифицированы по различным признакам: - по числу цилиндров - на двигатели четырехцилиндровые, пятицилиндровые, двенадцатицилиндровые и т.д...
Выбор средств транспорта в условиях шахты
Число циклов комбайна определяем по формуле: (1.2) где tпз - время на совершение подготовительно-заключительных операций, мин (с целью упрощения задачи принимаем tпз= 20 мин), Vmax - максимальная скорость подачи выемочной машины при резании, м/мин...
Двигатели летательных аппаратов
Термодинамический расчёт КС со схемой с дожиганием производится в несколько этапов. В начале находятся параметры в газогенераторе. Горение в газогенераторе осуществляется с большим избытком горючего, температура не должна превышать 1100є К...
Конструкции автомобильных двигателей
В данном разделе реферата представлены двигатели легковых автомобилей малого класса поршневые, внутреннего сгорания, рядные, четырехтактные, четырехцилиндровые, с верхним расположением клапанов и распределительного вала, бензиновые...
Назначение и типы автомобильных двигателей
Рабочий процесс (цикл) четырехтактных двигателей состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Рабочий процесс происходит за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала...
Оптимизация температурного режима двигателя в зимнее время
Создатели первых транспортных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) основывались на конструкции уже существовавшей паровой машины. Для установки на автомобиль необходимо было сделать ее более компактной и производительной...
Организация дорожного движения
...
Организация планирования технического обслуживания машинно-тракторного парка с разработкой технологической карты снятия шкворня поворотной цапфы автомобиля ЗиЛ-433180
Количество циклов обслуживании kЦ, которое должен был пройти трактор в соответствии с ГОСТ 20793 - 86 до 1.01, составит: (6) где TToi - периодичность ТО трактора данной марки в литрах израсходованного топлива...
Разработка технологического процесса ремонта поршня дизеля Д49
Организацией рабочего места называют систему мероприятий по созданию на рабочем месте необходимых условий для достижения высокой производительности труда при минимальных затратах и эффективном использовании технологической оснастки...
Расчет мощности трактора
Основой расчёта является уравнение теплового баланса для процесса сгорания. Например для бензиновых и газовых двигателей оно имеет вид: (1.19) где Qz и Qc- теплота заряда в точках «z» и «c»; Qcz- теплота, подведённая к заряду в процессе сгорания...
Судовые двигатели внутреннего сгорания
Выполним сравнение трёх типов циклов при определённых условиях. 1. Степени сжатия е одинаковы и количества подведённой теплоты Q1 во всех трёх циклах одинаковы (рис. 2.5)...
Сущность и параметры рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания
Рассмотрим схему смешанного идеального (термодинамического) цикла как упрощенную модель действительных циклов многих типов поршневых двигателей без наддува (рис. 7). Рис. 7. Смешанный идеальный цикл Координаты: V - надпоршневой объем...
Тепловые двигатели автономного транспорта
Определение. Термодинамическими циклами называются такие циклы, в которых в результате чередующихся процессов расширения и сжатия рабочего тела (например, воздуха) происходит изменение его внутренних характеристик (объёма...
Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта
Поршневой палец соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Поршневой палец служит осью в шарнирном соединении поршня с шатуном и воспринимает, поэтому все передающиеся между ними силовые нагрузки...
Устройство автомобиля КамАЗ
Поршневой палец соединяет поршень с верхней головкой шатуна (рис.1). Поршневой палец служит осью в шарнирном соединении поршня с шатуном и воспринимает, поэтому все передающиеся между ними силовые нагрузки...
tran.bobrodobro.ru
Для возможности непрерывного преобразования тепловой энергии в механическую необходимо осуществление в тепловом двигателе кругового процесса — цикла.
Если предположить, что цикл осуществляется в идеальной машине, т. е. в машине с наивысшим теплоиспользованием, то такой цикл называется идеальным. Идеальный цикл имеет минимальные тепловые потери — неизбежная отдача тепла холодному источнику.
Таким образом, идеальный цикл является наиболее совершенным и изучение его в первую очередь необходимо для улучшения теплоиспользования в рабочих циклах двигателей. Термодинамическое рассмотрение идеальных циклов позволяет наиболее просто выявить степень влияния основных факторов на теплоиспользование. В связи с этим при рассмотрении идеальных циклов двигателей принимаются следующие допущения.
Рабочее тело (идеальный газ) в цикле остается неизменным и постоянного количества, теплоемкость его не зависит от температуры. Процессы сжатия и расширения протекают без теплообмена, т. е. адиабатно. Процессы сгорания топлива и выпуска условно заменяются процессами подвода и отвода тепла.
На рис. 15 в координатах р—V изображен обобщенный идеальный цикл двигателей внутреннего сгорания.
Цикл состоит из следующих процессов: процесс адиабатного сжатия ас, смешанного подвода тепла частью по изохоре сz’, частью по изобаре zz'; адиабатного расширения zb и смешанного отвода тепла частью по изохоре bj и частью по изобаре fа.
Обозначим Т, р, V—абсолютная температура, абсолютное давление и объем газа в той или иной точке цикла. Например, Та, ра, Vа — температура, давление и объем газа в точке а рассматриваемого цикла. Vс — объем пространства (камеры) сжатия k — показатель адиабаты.
В обобщенном цикле (рис. 16) количество подведенного и отведенного тепла равно
и потому термический к. п. д. обобщенного цикла будет равен
Выразим температуры характерных точек цикла через температуру в начале сжатия Та:
Подставляя найденные значения температур в выражение ?t, получим формулу термического к. п. д. идеального обобщенного цикла двигателей внутреннего сгорания:
Из полученного выражения (1) можно получить значение термического к. п. д. и для частных случаев обобщенного цикла. В случае выпуска отработавших газов в атмосферу можно принять, что отвод тепла происходит по изохоре bа (см. рис. 16), а потому
Отсюда находим значение ? для рассматриваемого частного цикла:
После подстановки значения ? в формулу (1) получим выражение термического к. п. д. цикла со смешанным подводом тепла и отводом тепла при постоянном объеме (см. рис. 16):
Для цикла только с изохорным подводом тепла (рис. 17) ? = 1, а потому термический к. п. д. будет равен
Термический к. п. д. цикла с изобарным подводом тепла (рис. 18) получим, подставляя в формулу (2) значение ? = 1:
Рассмотрение полученных формул термического к. п. д. различных циклов позволяет сделать следующие заключения. Термический к. п. д. каждого цикла зависит от степени сжатия и показателя адиабаты. Чем больше степень сжатия и показатель адиабаты, тем больше термический к. п. д.
На рис. 19 приведены кривые, показывающие зависимость ?t от ? и k для цикла с изохорным подводом тепла. Как видно из приведенного рисунка, ?t значительно возрастает при увеличении степени сжатия в пределах до 10.
Термический к. п. д. цикла с изобарным подводом тепла зависит еще и от степени предварительного расширения ?. При увеличении ? дробь
будет расти, а значение ?t уменьшаться. Таким образом, при увеличении ?, а это значит, при увеличении подводимого тепла (в реальном двигателе при увеличении нагрузки), в цикле с изобарным подводом тепла термический к. п. д. падает.
Значение термического к. п. д. цикла со смешанным подводом тепла зависит от распределения способов подвода тепла. При увеличении изохорного подвода тепла, а следовательно, при уменьшении изобарного подвода ? будет увеличиваться, а ? уменьшаться и термический к. п. д. цикла со смешанным подводом будет возрастать. При уменьшении изохорного подвода тепла ?t будет уменьшаться. Указанные выводы справедливы при q1 = q1? + q1p = const, и неизменной степени сжатия.
В современных судовых дизелях с наддувом отработавшие газы по выходе из цилиндра поступают в газовую турбину, продолжая там расширяться. Причем в одном случае давление газов постепенно падает (переменное давление газов перед турбиной), а в другом случае давление газов снижается до давления в выпускном коллекторе и остается постоянным перед турбиной.
В первом случае отработавшие газы из цилиндра поступают непосредственно в турбину и при этом используется их кинетическая энергия. Во втором случае газы прежде поступают в общий выпускной коллектор дизеля, а потом в турбину, и, следовательно, кинетическая энергия газов непосредственно не используется, она превращается в теплоту, вследствие чего температура отработавших газов перед турбиной становится выше.
Идеальный цикл с продолженным расширением и переменным давлением газов перед турбиной приведен на рис. 20. Цикл состоит из следующих процессов:
оа — адиабатное сжатие воздуха в наддувочном насосе, ас — адиабатное сжатие в цилиндре дизеля; cz'z — смешанный подвод тепла; zb — адиабатное расширение в цилиндре дизеля; bf — продолженное расширение в цилиндре дизеля, в выпускном тракте и в турбине; fo — отвод тепла при р = const.
Подставляя в формулу (1) значение ? = 1, когда давление в конце расширения равно давлению в начале сжатия, получим выражение термического к. п. д. цикла со смешанным подводом тепла и с продолженным расширением и переменным давлением перед турбиной:
то же, но при изохорном подводе тепла,
то же, но при изобарном подводе тепла,
Если обозначим термический к. п. д. цикла асz'z b ?t, то количество отводимого тепла в этом цикле и подведенного в цикле оаrf будет равно
Здесь ? = Va / Vc степень сжатия в цилиндре двигателя.
Термический к. п. д. цикла oarf, как было установлено ранее, определяется так:
где ?k = V0 / Va степень сжатия в наддувочном насосе.
Количество тепла, отводимого в цикле оаrf равно количеству тепла, отводимого во всем цикле:
Термический к. п. д. всего цикла продолженным расширением и постоянным давлением газа перед турбиной будет равен
vdvizhke.ru
Рабочим телом в ДВС являются в начале воздух или смесь воздуха с топливом, а в конце – смесь газов, образовавшаяся при сгорании топлива. Теплота к рабочему телу подводится от сжигаемого топлива внутри цилиндров двигателя, в которых расширяющийся от нагревания газ перемещает поршень. Полученная газом энергия частично расходуется на совершение механической работы, остальная часть отдается окружающей среде.
Основными элементами любого поршневого ДВС являются цилиндр 1 с поршнем 2, возвратно-поступательное движение которого преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 8 с помощью кривошипно-шатунного механизма 6, 7 (рис. 1). В верхней части цилиндра размещены впускной 4 и выпускной 5 клапаны, приводимые в движение от главного вала двигателя, а также свеча зажигания 3 топливной смеси (или форсунка для распыления топлива). Помимо этого у ДВС имеются механизм газораспределения, системы питания топливом, зажигания, смазки, охлаждения и регулирования (на рисунке не показаны).
Рис. 1. Схема поршневого ДВС
В возвратно-поступательном движении поршня различают два крайних положения: верхнее и нижнее, в которых поршень меняет направление движения на обратное. Эти положения называются мертвыми точками. Расстояние между мертвыми точками называют ходом поршня S, а перемещение поршня из ВМТ в НМТ или наоборот – тактом. Внутренний объем цилиндра в пределах хода поршня называют рабочим объемом цилиндра.
Часть объема цилиндра, заключенную между крышкой и торцом поршня, находящегося в ВМТ, называют камерой сгорания.
Для обеспечения наиболее полного сгорания топлива оно должно быть хорошо перемешано с воздухом. Смесь распыленного в воздухе топлива, предназначенного для сжигания, называют рабочей смесью, а процесс приготовления рабочей смеси – смесеобразованием.
По способу приготовления горючей смеси ДВС подразделяются на две группы: с внешним и внутренним смесеобразованием.
К двигателям с внешним смесеобразованием относятся карбюраторные и газовые двигатели. Рабочая смесь в них приготавливается в специальном устройстве – карбюраторе (при работе на бензине или керосине) или смесителе (при работе на газовом топливе). В этом случае в камеру сгорания подается уже готовая рабочая смесь, которая воспламеняется принудительно от электрической искры (свечи зажигания).
В двигателях с внутренним смесеобразованием приготовление рабочей смеси происходит внутри рабочего цилиндра, куда воздух и топливо подаются раздельно. Сначала поршень сжимает чистый воздух до давления 3-4 МПа, вследствие чего его температура в конце сжатия достигает 600-650 °С, затем в камеру сгорания через форсунку впрыскивается жидкое топливо (дизельное или моторное), которое воспламеняется при смешении с раскаленным воздухом.
По способу осуществления цикла ДВС могут быть двух- и четырехтактными. В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня (такта), т.е. за два оборота вала, а в двухтактном двигателе – за два хода (такта) поршня, т.е. один оборот коленчатого вала.
Исследование работы реального поршневого двигателя проводят по диаграмме, в которой дается изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня (объема) за весь цикл. Такую диаграмму, снятую с помощью прибора – индикатора, называют индикаторной диаграммой (рис.2).
Рис. 2. Действительная индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя
Рассмотрим диаграмму:
0-1 – заполнение цилиндра воздухом (при внутреннем смесеобразова-нии) или рабочей смесью (при внешнем смесеобразовании) при давлении несколько ниже атмосферного из-за гидродинамического сопротивления впускных клапанов и всасывающего трубопровода,
1-2 – сжатие воздуха или рабочей смеси,
2-3'-3 – период горения рабочей смеси,
3-4 – рабочий ход поршня (расширение продуктов сгорания), совершается механическая работа,
4-5 – выхлоп отработавших газов, падение давления до атмосферного происходит практически при постоянном объеме,
5-0 – освобождение цилиндра от продуктов сгорания.
В реальных тепловых двигателях преобразование теплоты в работу связано с протеканием сложных необратимых процессов (имеются трение, химические реакции в рабочем теле, конечные скорости поршня, теплообмен и др.) Термодинамический анализ такого цикла невозможен.
В связи с этим для выявления основных факторов, влияющих на эффективность работы установок, действительные процессы заменяют обратимыми термодинамическими процессами, допускающими применение для их анализа термодинамических методов. Такие циклы называют теоретическими.
Допущения, используемые для теоретических циклов:
1) циклы замкнуты (в действительности продукты сгорания удаляются в атмосферу, а на их место поступает новое рабочее тело).
2) Рабочее тело – идеальный газ с постоянной теплоемкостью
3) Подвод теплоты осуществляется от внешних источников теплоты, а не за счет сжигания топлива (аналогично отвод теплоты)
4) Механические потери (трение, потери теплоты) отсутствуют.
5) Процессы 0-1 и 5-0 исключают из рассмотрения, т.к. работа в них практически одинаковая, только имеет разный знак.
Анализ циклов тепловых двигателей проводится в два этапа: сначала анализируется эффективность теоретического (обратимого) цикла, а затем - реальный (необратимый) цикл с учетом основных источников необратимости.
Для ДВС рассматривают следующие основные циклы:
а) цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (v = const) - цикл Отто;
б) цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (р = const) - цикл Дизеля;
в) цикл со смешанным подводом теплоты, как при v =const и р=const - цикл Тринклера.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
zdamsam.ru
Двигатель Стирлинга – газовый двигатель поршневого типа с внешним подводом теплоты, которая получается в результате сгорания твердых, жидких, газообразных топлив. Внешний подвод теплоты осуществляется через теплопроводящую стенку. Рабочее тело (водород, гелий, аргон, углекислый газ) находится в замкнутом пространстве и во время работы не заменяется.
Одна из возможных конструктивных схем двигателя Стирлинга, когда рабочий 5 (рис. 9.29) и вытеснительный 1 поршни находятся в одном цилиндре.
В процессе перекачки в горячую полость (над рабочим поршнем) рабочее тело в регенераторе 3 и нагревателе 4 получает теплоту, а в процессе перекачки в холодную полость (под рабочим поршнем) отдает теплоту в регенераторе 3 и охладителе 2. Для осуществления этих процессов движение вытеснительного поршня 1 сдвинуто по фазе по отношению к движению рабочего поршня 5.
Рис. 9.29. Конструктивная схема двигателя Стирлинга
Идеальный цикл Стирлинга состоит из четырех процессов (рис. 9.30). В процессе а–с холодное рабочее тело сжимается в изотермическом процессе Та = Тс = Т2при интенсивном отводе теплоты q2". В процессе c–z поршень-вытеснитель перемещает рабочее тело из холодной полости в горячую, так что vc= vz(изохорный процесс), а температура увеличивается от ТС = Т2до Tz = T1при подводе теплоты q1‘.
В изотермическом процессе расширения Tz= Te= T1к рабочему телу подводится теплота q1". Затем поршень-вытеснитель, перемещаясь в обратном направлении, выталкивает рабочее тело из горячей полости в холодную (ve= va= const) с отводом теплоты q2‘. Отличительной особенностью цикла Стирлинга является то, что рабочее
тело, перемещаясь из холодной полости в горячую и обратно через регенератор, то воспринимает теплоту от рабочего тела, то, охлаждаясь, отдает теплоту рабочему телу.
Рис. 9.30. Диаграмма работы идеального цикла Стирлинга
Работа в цикле Стирлинга представляет собой разность работы, полученной в процессе изотермического расширения (подвод теплоты q1"), и работы, затраченной в процессе изотермического сжатия с отводом теплоты (q2"):
.
При полной регенерации 
, так как
;
.
Термический КПД цикла при идеальном регенераторе равен:
. (9.14)
Подставив выражения для q1" и q2" в уравнение (9.14), получим:
.
Так как изохоры идеального газа на TS-диаграмме эквидистантны, то
.
Следовательно:
.
Таким образом, термический КПД цикла Стирлинга с полной регенерацией теплоты равен термическому КПД цикла Карно.
Если ввести параметры цикла: 
= va/vc – степень сжатия и
– степень повышения температуры, то термический КПД цикла может быть преобразован к виду:
.
Среднее давление цикла равно:
или
.
Двигатели Стирлинга завоевали право на широкое применение. Они достигли уровня современных дизелей, а по некоторым показателям превзошли их:
· менее токсичны;
· меньше уровень шума;
· могут работать с практически любыми источниками теплоты.
Так, был создан и испытан в космическом пространстве для привода регенератора двигатель Стирлинга, в котором в качестве источника теплоты использовалась энергия солнечных лучей.
libraryno.ru
КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Первым, кто указал на возможность создания двигателей внутреннего сгорания, является Сади Карно. Идеи, высказанные им в работе «Размышления о движущей силе огня», в дальнейшем были полностью реализованы.
В 1860 г. Француз Ленуар построил двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работавший на газе. Однако он не получил широкого распространения ввиду того, что имел низкий кпд (не выше, чем кпд паровых машин). В 1862 г. французский инженер Бо-де-Роша предложил (запатентовал) двигатель, принципы создания которого совпадали с идеями Карно. Эти принципы были осуществлены немецким инженером Отто в созданном им в 1877 г. бензиновом двигателе.
В 1897 г. немецким инженером Дизелем был разработан двигатель высокого сжатия, который работал на керосине. Распыление керосина осуществлялось воздухом высокого давления, получаемого от компрессора.
В 1904 г. русский инженер Г.В.Тринклер построил бескомпрессорный двигатель со смешанным сгоранием топлива - сначала при постоянном объеме, а затем при постоянном давлении. Такой двигатель получил в настоящее время широкое распространение.
КЛАССИФИКАЦИЯ ДВС
Все современные двигатели внутреннего сгорания подразделяются на три основные группы:
1. Двигатели, в которых используется цикл с подводом тепла при постоянном объеме v=const (цикл Отто).
2. Двигатели, в которых используется цикл с подводом тепла при постоянном давлении p=const (цикл Дизеля).
3. Двигатели, в которых используется смешанный цикл с подводом тепла как при v=const, так и при p=const (цикл Тринклера).
При исследовании идеальных термодинамических циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания к числу определяемых величин относятся: количество подведенной и отведенной теплоты, основные параметры состояния в характерных точках цикла, термический кпд цикла.
§ 9.3. ЦИКЛЫ ДВС С ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЁМЕ
Исследование работы реального поршневого двигателя целесообразно производить по так называемой индикаторной диаграмме (снятой с помощью специального прибора - индикатора). Индикаторная диаграмма двигателя, работающего со сгоранием топлива при постоянном объеме, представлена на рис. 9.1.
Рис. 9.1
При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней происходит всасывание горючей смеси (линия 0-1). Эта линия не является термодинамическим процессом, так как основные параметры при всасывании не изменяются, а изменяются только масса и объем смеси в цилиндре. Кривой 1-2 (линия сжатия) изображается процесс сжатия (поршень движется от нижней мертвой точки к верхней). В точке 2 от электрической искры происходит мгновенное воспламенение горючей смеси (при постоянном объеме). Этот процесс изображается кривой 2-3. В ходе этого процесса температура и давление резко возрастают. Процесс расширения продуктов сгорания на индикаторной диаграмме изображается кривой 3-4, называемой линией расширения. В точке 4 происходит открытие выхлопного клапана, и давление в цилиндре уменьшается до наружного давления. При дальнейшем движении поршня (от нижней мертвой точки к верхней) через выхлопной клапан происходит удаление продуктов сгорания из цилиндра при давлении несколько большем давления окружающей среды. Этот процесс на диаграмме изображается кривой 4-0 и называется линией выхлопа.
В данном случае рабочий процесс совершается за четыре хода поршня (такта). Коленчатый вал делает за это время два оборота. В связи с чем рассмотренные двигатели называются четырехтактными.
Из анализа работы реального двигателя видно, что рабочий процесс не является замкнутым и в нем присутствуют все признаки необратимых процессов: трение, теплообмен при конечной разности температур, конечные скорости поршня и проч.
Так как в термодинамике исследуются лишь идеальные обратимые циклы, то для исследования цикла ДВС примем следующие допущения: рабочее тело -идеальный газ с постоянной теплоемкостью; количество рабочего тела постоянно; между рабочим телом и источниками теплоты имеет место бесконечно малая разность температур; подвод теплоты к рабочему телу производится не за счет сжигания топлива, а от внешних источников теплоты. То же самое справедливо и для отвода теплоты.
Принятые допущения приводят к изучению идеальных термодинамических циклов ДВС, что позволяет производить сравнение различных двигателей и определять факторы, влияющие на их кпд. Диаграмма, построенная с учетом указанных выше допущений, будет уже не индикаторной диаграммой двигателя, a pv - диаграммой его цикла.
Рассмотрим идеальный термодинамический цикл ДВС с изохорным подзолом теплоты. Цикл pv - координатах представлен на рис. 9.2.
Идеальный газ с начальными параметрами р1, v1, T1сжимается по адиабате 1-2. В изохорном процессе 2-3 рабочему телу от внешнего источника теплоты передается количество теплоты q1. В адиабатном процессе 3-4 рабочее тело расширяется до первоначального объема v4= v1. В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в исходное состояние с отводом от него теплоты q2в теплоприемник.
Характеристиками цикла являются: 
- степень сжатия; 
- степень повышения давления.
Рис. 9.2
Количество подведенной и отведенной теплоты определяется по формулам
;
.
Подставляя эти значения теплоты в формулу для термического кпд, получим
.
Найдем параметры рабочего тела во всех характерных точках цикла.
Точка 2.
;
;
.
Отсюда
.
Точка 3.
;
;
.
Отсюда
.
Точка 4.
;
;
.
Отсюда
.
С учетом найденных значений температур формула для кпд примет вид
. (9.1)
Из последнего соотношения следует, что термический кпд увеличивается с возрастанием степени сжатия ε и показателя адиабаты k.
Однако повышение степени сжатия в двигателях данного типа ограничивается возможностью преждевременного самовоспламенения горючей смеси. В связи с чем рассматриваемые типы двигателей имеют относительно низкие кпд. В зависимости от рода топлива степень сжатия в таких двигателях изменяется от 4 до 9.
Работа цикла определяется по формуле
.
Циклы с подводом теплоты при постоянном объеме применяются в карбюраторных типах двигателей с использованием принудительного воспламенения от электрической искры.
poznayka.org
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1. Задание по курсовой работе …………………………………………………………...3
2. Расчёт параметров рабочего тела в характерных точках…………………………5
3. Расчёт положений промежуточных точек…………………………………………...7
4. Расчёт основных параметров каждого процесса…………………………………....8
5. Расчёт положений промежуточных точек в масштабе TS - координат…………11
6. Сравнение циклов Отто, Дизеля, Тринклера
а) когда подводимое тепло и степень сжатия одинаковы…………………………..12
б) когда двигатели работают при одинаковых условиях…………………………...12
7. Вывод о работе………………………………………………………………………….14
8. Список использованной литературы………………………………………………..15
1. Задание по курсовой работе
1. Провести расчёт идеального цикла ДВС со смешанным подводом тепла
а) задан цикл
q1”
P
3 4
dq = 0
q1’
2
5
q2
1
б) исходные данные выбрать из таблиц 1,2,3
в) объяснить почему цикл называется идеальным?
2. Определить:
1) Параметры рабочего тела в характерных точках 1; 2; 3; 4; 5.
2) На миллиметровой бумаге в масштабе расставить положения узловых точек в PV –
координатах
3) Для изображения процессов рассчитать положения 5-6 промежуточных точек для
каждого процесса.
4) По каждому процессу рассчитать:
- теплоёмкость рабочего тела, С;
- показатель политропы, n;
- изменение энтальпии, i;
- работу процесса, l;
- распологаемую работу, l0;
- подведённое и отведённое тепло, q;
- термический КПД цикла, η;
- работу цикла, ∑L i = Lц;
- произвести проверку результатов расчёта, S23 + S34 = S51.
5) Изобразить характерные точки в масштабе TS – координатах на миллиметровой
бумаге.
6) При построении процессов в TS – координатах рассчитать положения 5-6
промежуточных точек для каждого процесса (начальную точку взять на оси ординат).
7) Расчёты выполнить в развёрнутом виде с соответствующими пояснениями.
Конечные результаты расчётов привести в соответствующих таблицах.
8) Провести сравнения циклов Отто, Дизеля и Тринклера для двух случаев:
а) когда подводимое тепло и степень сжатия одинаковы;
б) когда двигатели работают при одинаковых условиях (максимальная температура
и максимальное давление газа в цикле одинаковы, давление окружающей среды и
начальная температура для заданных циклов тоже одинаковы).
Сравнение циклов производить на TS – диаграмме с расчётом положений
дополнительных точек. Дать вывод по приведённым циклам.
3. Исходные данные:
Таблица 1.
| Р1, кг/см3 | 1,0 |
| t1, °C | -10 |
| ε, степень сжатия | 16,7 |
Таблица 2.
| λ, степень повышения давления в цилиндре | 1,9 |
Таблица3.
| ρ, степень предвари - тельного расширения | 1,3 |
2. Расчёт параметров рабочего тела в характерных точках.
Проведём расчёт идеального цикла ДВС со смешанным подводом тепла . Определим параметры рабочего тела в характерных точках 1, 2, 3, 4 ,5.
Процесс 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела в цилиндре. В начальном положении поршня (положение 1) впускной клапан закрывается, после чего при ходе поршня вверх (такт сжатия) рабочая смесь в цилиндре сжимается адиабатически. В теоретической диаграмме предполагается обратимое адиабатное сжатие без трения и теплообмена со стенками цилиндра. В конце сжатия (точка 2) смесь воспламеняется с помощью электрической искры. Сгорание смеси происходит мгновенно, поэтому теоретически считают, что процесс горения происходит при постоянном объёме. Между температурами для адиабаты 1-2 существуют следующие зависимости:
Следовательно, 
или 
К.
Из уравнения состояния идеального газа 
находим, что
м3/кг.
Так как 
, то 
м3/кг.
Тогда 
Па.
Процесс 2-3 – изохорный подвод тепла q1” к рабочему телу в цилиндре. При рассмотрении термодинамического цикла процесса горения заменяют условнообратимым подводом теплоты к телу от горячего источника в изохорном процессе (без изменения состава тепла). В результате выделения теплоты при сгорании (подвода теплоты) давление увеличивается по линии 2-3 при постоянном объёме от Р2 до Р3. Между температурами и давлениями для изохоры 2-3 существуют следующие зависимости:
, отсюда Т3 = Т2 · λ, или 
К.
Р3 = Р2 · λ = 53,15 · 105 ·1,9 = 101 · 105 Па.
V3 = V2 = 0,045 м3/кг.
Процесс 3-4 – изобарный подвод тепла q’1 к рабочему телу в цилиндре. Этот процесс характерен для дизельных ДВС при постоянном давлении. В конце такта сжатия в камеру впрыскивается и горит топливо при постоянном давлении, при этом в цикле подводится теплота q’1. Между объёмами и температурами для изобары 3-4 существуют следующие зависимости:
ρ ; 
Па;
Находим Т4 = Т3 · ρ = 1585 · 1,3 = 2061 К,
а также V4 = V3 · ρ = 0,045 · 1,3 = 0,059 м3/кг.
Процесс 4-5 – адиабатное расширение рабочего тела в цилиндре. Этот процесс называется рабочим ходом. При этом совершается положительная работа расширение за счёт, внутренней энергии газов. В конце рабочего хода (точка 5) открывается выпускной клапан, при этом мгновенно падает давление . для процесса 4-5 принимаем соотношения, аналогичные процессу 1-2 :
, или 
· ρк · λ
К , V5 =V1 = 0,754 м3/кг.
Из уравнения состояния идеального газа найдём давление:
Па.
Процесс 5-1 изохорный отвод тепла q2 от рабочего тела из цилиндра. В действительном процессе двигателя падение давления обусловлено выпуском части газов в атмосферу. Падение давления происходит по линии V = const.
Полученные значения характерных точек занесём в таблицу 1.
Таблица 4.
vunivere.ru
