4.2.2. Термодинамический изохорный процесс подвода тепловой энергии

В термодинамическом изохорном процессе c-y (рис.1) энергия в тепловой форме подводится к рабочему телу. Подвод энергии в этом процессе в двигателях внутреннего сгорания происходит в результате окисления (сгорания) топлива. Горение топлива происходит настолько быстро, что его большая часть сгорает при весьма малых перемещениях поршня. Это обстоятельство и позволяет рассматривать этот процесс как изохорный.

Из условия V = const (по определению изохорного процесса) и из уравнения состояния идеального газа 4.2 следует

P = const*T 4.12

Эта зависимость позволяет определять параметры состояния рабочего тела в изохорном процессе.

Из определения работы изменения объёма (уравнение 4.5) следует, что в изохорном процессе рабочее тело не обменивается энергией в механической форме с окружающей средой. Действительно, в изохорном процессе поршень расширительной машины неподвижен и, значит, рабочее тело не совершает механическую работу и над рабочим телом не совершается работа.

Wc-y = 0 4.13

Обмен энергией между рабочим телом и окружающей средой в тепловой форме в изохорном термодинамическом процессе может быть рассчитан непосредственно из определения теплоёмкости рабочего тела – уравнение 4.7. Для изохорного процесса это уравнение принимает вид

dq = MCv*dT.

Интегрируя это уравнение при постоянном значении мольной теплоёмкости газа, получим

q = MCv*(Tk - Ts) 4.14

Используя определение энтропии, несложно получить и зависимость для расчёта изменения энтропии

∆s = MCv*ln(Tk / Ts) 4.15

4.2.3. Термодинамический изобарный процесс подвода тепловой энергии

В изохорном процессе с-y топливо сгорает не полностью; часть топлива сгорает при перемещающемся вниз от верхней мёртвой точки поршне. В термодинамическом изобарном процессе y-z (рис.1) энергия в тепловой форме подводится к рабочему телу именно в результате догорания части не сгоревшего ранее топлива.

Из условия P = const (по определению изобарного процесса) и из уравнения состояния идеального газа 4.2 следует

V = const*T 4.16

Эта зависимость позволяет определять параметры состояния рабочего тела в изобарном процессе.

Из определения работы изменения объёма (уравнение 4.5) для изобарного процесса может быть получено

Wy-z = Pz*(Vz - Vy), 4.17

где

Wy-z - энергия в механической форме, которую рабочее тело отдаёт окружающей среде в термодинамическом изобарном процессе расширения рабочего тела при подводе тепла. Иными словами – это работа, совершаемая рабочим телом. Знак этой работы положителен, т.к. Vz > Vy (см. рис.1), и это соответствует правилу знаков термодинамики;

P – давление рабочего тела в изобарном процессе y-z.

Vz и Vy - конечное и начальное значения объёма рабочего тела в изобарном процессе y-z.

Обмен энергией между рабочим телом и окружающей средой в тепловой форме в изобарном термодинамическом процессе может быть рассчитан непосредственно из определения теплоёмкости рабочего тела – уравнение 4.7. Для изобарного процесса это уравнение принимает вид

q = MCp*dT,

где

MCp – мольная теплоёмкость в термодинамическом процессе при постоянном давлении. MCp – это справочная величина.

Интегрируя это уравнение при постоянном значении мольной теплоёмкости газа, получим

q = MCp*(Tz - Ty) 4.18

Из уравнения 4.14, используя определение энтропии, несложно получить зависимость для изменения энтропии в изобарном процессе

∆s = MCp*ln(Tz / Ty) 4.19