13. Многоступенчатое сжатие. Его преимущество перед одноступенчатым сжатием.

Многоступенчатое сжатие позволяет получить больше давление газа. Это выгодно. Низотермическое сжатие всегда сопровождается повышением температуры газов. Повышение температуры к конце сжатия выше 200 °С не допустимо из-за возможности коксования и воспламенения смазки. Поэтому после каждой ступени сжимаемый газ направляется в холодильник, где охлаждается при постоянном давлении до температуры близкой к первоначальной.

1 – 2 – политропное сжатие в первой ступени,

2 – 3 – изобарное охлаждение,

3 – 4 – политропное сжатие во второй ступени,

4 – 5 – изобарное охлаждение,

5 – 6 – политропное сжатие в третьей ступени,

6 – 7 – изобарное охлаждение,

1 – 2’ – политропное сжатие в одноступенчатом компрессоре.

Вывод: промежуточное охлаждение газа приближает процесс сжатия к изотермическому, промежуточное охлаждение газа в совокупности с многоступенчатым сжатием существенно уменьшает техническую работу на привод компрессора.

14. Пояснить целесообразность охлаждения поршневого компрессора. Имеет ли одноступенчатый поршневой компрессор предел сжатия?

Для экономичности процесса, процесс сжатия должен быть изотермическим, так как при изотермическом сжатие работа, потребляемая компрессором, меньше чем при других видах сжатия. То есть, для того чтобы снизить потребляемую компрессором работу, его цилиндр интенсивно охлаждается водой. В реальном компрессоре осуществить изотермическое сжатие не удается, так как охлаждающий цилиндр вода не может отвести всю теплоту, выделяющую при сжатии воздуха. Поэтому реальный процесс протекает по политропе. Но из сказанного выше следует что повышение температуры газа в цилиндре приводит к уменьшению производительности компрессора.

Кроме того, охлаждение цилиндра необходимо также для понижения температуры сжимаемого газа, чтобы предупредить самовоспламенение распыленного и смешенного с воздухом смазочного масла.

В реальном компрессоре поршень не подходит к крышке цилиндра в плотную, между ними остаётся «вредное пространство». В результате не весь сжатый газ выталкивается из цилиндра и производительность компрессора уменьшается, чем меньше конечное давление => чем меньше объём зажимает газ в конце сжатия, тем больше его доля остаётся во вредном пространстве. В противном случае, когда конечный объём газа сжатия равен объёму вредного пространства, производительность компрессора окажется нулевой.

V_n – объём вредного пространства.

15. Циклы двс. Сравнение циклов.

С термодинамической точки зрения ДВС представляет собой тепловую машину. Рабочее тело этой тепловой машины не постоянно. Первоначально это горючая смесь из воздуха и паров легко воспламеняющегося топлива(бензин). после её сжатия рабочее тело газообразным продуктом сгорания.

Теплота подводится к рабочему телу не из вне, а в результате сгорания смеси в самом ДВС. Различают 3 вида ДВС:

1 С подводом теплоты при постоянном объёме;

2 С подводом теплоты при постоянном давлении;

3 Со смешанным подводом теплоты.

Цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объёме.

Впервые представил Отто в 1876 году.

Цикл такого ДВС состоит из 4 тактов.

1 Всасывание горючей смеси,

2 Сжигание горючей смеси,

3 Расширение после сгорания смеси,

4 Выталкивание продуктов сгорания в атмосферу => реальный цикл такого ДВС является разомкнутым, так как в каждом новом цикле новая порция рабочего тела, необратимый хотя бы потому что имеются потери давления при всасывании и выпуске.

В дальнейшем будет рассматриваться идеализированный ДВС, в котором термодинамические процессы обратимы, а в цикле участвует одна и та же порция тела.

Индикаторная диаграмма идеализированного цикла Отто.

А – 1 – всасывание горючей смеси,

1 – 2 – сжатие смеси,

2 – 3 – сгорание смеси,

3 – 4 – расширение продуктов сгорания, 4 – 1 – открытие выпускного клапана,

1 – А – выпуск продуктов сгорания в атмосферу.

Поскольку в процессах А – 1 и 1 – А изменяется лишь количество рабочего тела, поэтому при термодинамическом анализе эти процессы учитываться не будут.

Цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении.

Предложил Дизель в 1897 году.

В отличии от Отто здесь сжимается не горючая смесь, а атмосферный воздух. Удаётся повысить степень сжатия, до 15-16 единиц. Топливо взрывается уже при расширении воздуха, а за счёт повышения температуры оно воспламеняется само и сгорает при постоянном давлении. Цикл Дизеля состоит почти из тех же тактов, что и цикл Отто.

Индикаторная диаграмма цикла Дизеля.

А – 1 – всасывание воздуха,

1 – 2 – сжигание воздуха,

2 – 3 – впрыск и сгорание топлива,

3 – 4 – расширение продуктов сгорания,

4 – 1 – открытие выпускного клапана,

1 – А – выпуск продуктов сгорания в атмосферу.

Сравнение цикла Отто и цикла Дизеля.

l_g>l_k

E _g>E_k

где к – конденсатор

g – дизель

E_g=E_k

l_g< l_k

Если принять что параметры рабочего тела в начальной точке циклов Отто и Дизеля одинаковое, количество теплоты Q₁ , то оказывается что степени сжатия в Дизельном двигателе больше, чем в карбюраторе и наоборот при одинаковой степени сжатия .