- •Содержание
- •Введение
- •Требования к выполнению домашнего задания по расчету термодинамических циклов тепловых двигателей
- •Основные понятия и расчетные соотношения
- •Первое начало термодинамики
- •Термодинамические процессы изменения состояния
- •Круговые процессы (циклы)
- •Второе начало термодинамики
- •Термодинамические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
- •Термодинамические циклы газотурбинных установок
- •Пример расчета термодинамического цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания
- •Пример расчета термодинамического цикла газотурбинной установки
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Термодинамические циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания
В термодинамических циклах поршневых ДВС процессы сжатия и расширения рабочего тела принимаются адиабатными, а рабочим телом является идеальный газ. Различают термодинамические циклы поршневых ДВС с изохорным подводом теплоты – цикл Отто (рис. 3а), изобарным подводом теплоты – цикл Дизеля (рис. 3б) и со смешанным подводом теплоты – цикл Сабатэ–Тринклера (рис. 3в).
Основными характеристиками термодинамических циклов поршневых ДВС являются:
– степень сжатия, ;
– степень повышения давления в процессе подвода теплоты при , ;
– степень предварительного расширения в процессе подвода теплоты при , (для цикла Дизеля), (для цикла Сабатэ–Тринклера).
Рис. 3. Термодинамические циклы поршневых ДВС:
а) Отто, б) Дизеля, в) Сабатэ–Тринклера
Термический КПД цикла ДВС со смешанным подводом теплоты определяется по соотношению
. (36)
Анализ соотношения (36) свидетельствует, что термический КПД цикла возрастает с повышением степени сжатия , показателя адиабаты , степени повышения давления и с уменьшением степени предварительного расширения .
При одинаковых исходных значениях параметров рабочего тела и степени сжатия справедливо следующее неравенство:
. (37)
В то же время следует отметить, что более корректно проводить сравнение значений термического коэффициента полезного действия циклов в условиях одинаковых максимальных параметров рабочего тела ( , ).
В этом случае справедливо неравенство
. (37а)
Термический КПД циклов ДВС может достигать 60–65%.
В реальных двигателях внутреннего сгорания, вследствие необратимых потерь работы, действительный КПД меньше термического и в среднем составляет 30-40% для дизелей и 20-30% для карбюраторных двигателей.
Термодинамические циклы газотурбинных установок
Различают два термодинамических цикла ГТУ: циклы с изобарным подводом теплоты – цикл Брайтона (рис. 4а) и с изохорным подводом теплоты – цикл Гемфри (рис. 4б).
Рис. 4. Термодинамические циклы ГТУ:
а) Брайтона, б) Гемфри
Основными характеристиками термодинамических циклов ГТУ являются:
– степень повышения давления рабочего тела в процессе сжатия в компрессоре ;
– соотношение давлений в процессе подвода теплоты при , ;
– степень предварительного расширения в процессе подвода теплоты при , ;
Термический коэффициент полезного действия цикла Гемфри может быть определен из соотношения
, (38)
а термический КПД цикла Брайтона по формуле
. (39)
Сопоставление значений термических КПД циклов газотурбинных установок при одинаковых исходных параметрах и степени повышения давления рабочего тела в процессе сжатия показывает, что
. (40)
Следует отметить, что циклы поршневых ДВС характеризуются изохорным отводом, а циклы ГТУ – изобарным отводом теплоты.
В реальных ГТУ и ДВС процессы сжатия и расширения не являются адиабатными. С достаточной для технических расчетов точностью их можно считать политропными с постоянными показателями политропы.