- •3. Циклы поршневых двигателй внутреннего сгорания (двс)
- •3.1. Принцип действия двс
- •3.2. Цикл со смешанным подводом тепла
- •3.4. Термодинамика идеального цикла Дизеля
- •3.5. Индивидуальное задание по термодинамическому расчету необратимых циклов поршневых двигателей
- •3.6. Указания к выполнению задания
- •3.7. Описание программы
- •3.8. Пример выполнения задания
- •4. Газотурбинные установки
- •4.1. Гту со сгоранием при постоянном давлении
- •4.2. Цикл газотурбинной установки с подводом тепла
- •4.3. Цикл газотурбинной установки со сгоранием
- •4.4. Газотурбинная установка со сгоранием при
- •4.5. Индивидуальное задание по термодинамическому
- •4.6. Указания к выполнению задания
- •4.7. Описание программы
- •4.8. Пример выполнения задания
- •0 Дж/кгДж/кгДж/кгДж/кг.
- •5. Элементы химической термодинамики
- •5.1. Закон Гесса и его следствия
- •5.2. Зависимость теплового эффекта химической
- •5.3. Задание по расчету теплового эффекта
- •5.4. Пример расчёта
- •5.5. Закон действующих масс. Константы равновесия
- •5.6. Степень завершенности реакции и состав
- •5.7. Термодинамические уравнения процесса протекания
- •5.8. Методы расчета констант равновесия
- •Метод Темкина-Шварцмана
- •5.9. Индивидуальные задания по определению
- •5.10. Примеры выполнения заданий
3. Циклы поршневых двигателй внутреннего сгорания (двс)
3.1. Принцип действия двс
Рабочим телом ДВС являются продукты сгорания углеводородных топлив в воздушной окислительной среде. При этом топливо может быть как в жидкой (бензин, дизтопливо), так и газовой фазе.
Тепло к рабочему телу подводится в камере сгорания цилиндра в процессе протекания химических окислительно-восстановительных реакций экзотермического характера (в процессе сгорания).
Существующие поршневые двигатели внутреннего сгорания подразделяются на:
– двигатели с подводом тепла в цикле при постоянном объёме, это идеальный цикл ДВС с изохорным подводом тепла или цикле Отто;
– двигатели с изобарным подводом тепла или идеальный цикл Дизеля;
– двигатели с изохорно-изобарным процессом подвода тепла или цикл со смешанным подводом тепла (цикл Тринклера).
При ходе поршня (цикл с подводом при ) (рис. 3.1a) слева направо от верхней (ВМТ) к нижней (НМТ) мёртвой точке давление падает и, начиная с некоторого момента, впускной клапан открывается и в цилиндр над поршнем начинает поступать подготовленная в специальном устройстве карбюраторе топливовоздушная смесь. Линия ab на индикаторной диаграмме.
После прохождения НМТ поршень перемещается справа налево, давление возрастает, впускной клапан закрывается и идёт процесс сжатия смеси bc. В точке c клапан закрывается. Подается искра зажигания, топливо воспламеняется и практически сгорает при постоянном объёме . Клапаны закрыты. В конце процесса сгорания поршень движется под действием возросшего давления от ВМТ к НМТ, совершая рабочий ход, при котором с коленчатого вала двигателя снимается полезная мощность – процесс. При прохождении района НМТ открывается выпускной клапан, отработавшие газы, процессвыбрасываются в окружающую среду, практически при небольшом превышении атмосферного давления. Затем цикл повторяется.
На рис. 3.4 б показана теоретическая индикаторная диаграмма цикла со смешанным подводом тепла. Отличие состоит в том, что в цилиндр засасывается не топливовоздушная смесь, а чистый воздух. Степень сжатия настолько велика, что в конце этого цикла температура достигает величины температуры самовоспламенения ~ 600 – 650 ºС, превышая её в конце процесса сжатия. При приближении поршня к ВМТ впрыскивается топливо, подводимое к форсункам под большим давлением (10 – 100 МПа). Распыленное форсункой дизельное топливо, соприкасаясь в горячим воздухом самовозгорается. При этом часть горючего сжигается практически при постоянном объёме, а затем другая часть догорает при постоянном давлении, когда поршень уже перемещается от ВМТ к НМТ. В точке d подача топлива прекращается и поршень, продолжая перемещаться, совершает работу, передаваемую шатуном на коленчатый вал.
а)
б)
Рис.
3.1. Индикаторные диаграммы циклов с
подводом тепла при
–а
и
–б
Вместо процесса выхлопа будем считать, что в цикле реализуется процесс изобарного отвода тепла обратимым путём. Процессы сжатия и расширения считаем адиабатными.