Теоретичні основи теплотехніки (стр. 3 )

За цiєю ознакою цикли ДВЗ, що мають різні принципи роботи, можна звести до трьох основних видів:

1. Цикли з пiдведенням теплоти до робочого тiла при сталому об’ємi V = соnst (цикл Отто).

2. Цикли з пiдведенням теплоти при сталому тиску P =соnst (цикл Дизеля).

З. Змiшанi цикли – пiдведення теплоти проводять спочатку за V = соnst, а потiм за P = соnst (цикл Трінклера).

Цикл з пiдведенням теплоти до робочого тiла при сталому об’ємi V = соnst (карбюраторні ДВЗ) є прототипом робочого процесу в двигунах з вимушеним запалюванням. Особливістю таких двигунів є стиснення пальної суміші (суміші парів бензину з повітрям). Цей цикл складається з двох адіабат і двох ізохор (рис. 4.1.1).

Характеристиками циклу є:

Ступінь стиснення ;

Ступінь підвищення тиску ;

Кількість підведеної теплоти ;

Кількість відведеної теплоти (абсолютне значення): ;

Робота циклу:

Термічний ККД циклу:

Рис.4.1.1 – Цикл Отто (V=const)

а-1 (1 такт) – в циліндр через усмоктувальний клапан надходить суміш повітря і парів пального (нетермодинамічний процес);

такт) – адіабатне стискання суміші (підвищуються температура, тиск);

2-3 – згоряння пальної суміші, тиск швидко зростає за постійним об’ємом (підведення теплоти q1);

такт) – адіабатне розширення (робочий процес, виконується корисна робота);
4-а – відкривається вихлопний клапан і відпрацьовані гази залишають циліндр тиск у циліндрі падає (відведення теплоти q2).
1-а (4 такт) – виштовхування газів, що залишилися у циліндрі.

Цикл з пiдведенням теплоти при сталому тиску P =соnst (цикл Дизеля) скдадається з двох адіабат, ізобари та ізохори. Використовується у двигунах важкого палива, які називаються компресорними дизелями.

Характеристиками циклу є:

Ступінь стиснення ;

Ступінь попереднього розширення ;

Кількість підведеної теплоти ;

Кількість відведеної теплоти (абсолютне значення): ;

Робота циклу:

Термічний ККД циклу: .

Цикл зі змiшаним підведенням теплоти характерний для так званих безкомпресорних двигунів важкого палива з механічним розпилюванням палива – пiдведення теплоти проводять спочатку за V = соnst, а потiм – за P = соnst (рис.4.1.2).

Рис. 4.1.2 – Цикл Трінклера (V = соnst та P = соnst)

а-1 – у циліндр через усмоктувальний клапан надходить повітря (нетермодинамічний процес);

1-2 – чисте повітря з температурою Т1 стискається до температури Т2, яка більша за температуру запалення палива. В цей момент у циліндр через форсунки під тиском упорскується паливо.

2-3 – пальна суміш самозаймається і до робочого тіла підводиться теплота q1/=qv, тиск підвищується до Р3.

3-4 – поршень переміщується назад, надходження і згоряння палива продовжується при постійному тиску і підводиться теплота q1 //=qр.

4-5 – поршень продовжує переміщуватися до нижньої мертвої точки, тиск падає (адіабатне розширення);

5-1 – процес відводу теплоти q2 при постійному об'ємі (через випускний клапан відводяться відпрацьовані гази).

Характеристиками циклу ДВЗ є:

Ступінь стиснення ;

Ступінь підвищення тиску ;

Ступінь попереднього розширення .

4.2. Розрахунок параметрів в основних точках циклу

Наповнення (а – 1)

§ Температура повітря перед впускним клапаном , К:

§ Тиск наддування , МПа:

§ Коефіцієнт залишкових газів:

.

Стиснення (1 – 2)

§ Тиск і температура в кінці стиснення , МПа; , К:

;

§ Середня теплоємність при стисненні , кДж/кмоль*К:

.

Згоряння (2 – 4)

§ Маса повітря, теоретично необхідна для згоряння , кг:

§ Маса робочого тіла наприкінці стиснення , кг:

§ Маса продуктів згоряння , кг:

§ Теоретичний коефіцієнт молекулярного змінення :

§ Дійсний коефіцієнт молекулярного змінення :

§ Коефіцієнт молекулярного змінення :

§ Втрати теплоти від неповноти згоряння палива , кДж/кг:

§ Максимальна температура згоряння , К:

,

приймаємо

§ Теоретичний максимальний тиск , МПа:

Розширення (4 – 5)

§ Теплоємність робочого тіла за високих температур , кДж/кмоль*К:

§ Показник політропи розширення :

§ Температура і тиск наприкінці розширення , К; , МПа:

,

де - ступінь подальшого розширення ()

§ Температура залишкових газів (перевірка за формулою Є.К. Мазинга):

(відносна помилка повинна бути меншою за 15%).

4.3. Перевірочний розрахунок параметрів:

Точка 2

Температура обчислюється з рівняння:

Тиск наприкінці процесу адіабатного стиснення:

Точка 3

Ізохорне підведення теплоти. Температура обчислюється з рівняння:

.

Об’єм V3=V2.

Точка 4

Ізобарне підведення теплоти. Температура обчислюється з рівняння:

.

Тиск Р4 = Р3.

Точка 5

Адіабатне розширення. Температура обчислюється з рівняння:

Ентропія , Дж/К.

Кількість підведеної теплоти: .

Кількість відведеної теплоти (абсолютне значення): .

Робота циклу:

;

Термічний ККД циклу:

.

Індикаторні показники:

§ Середній індикаторний тиск теоретичного циклу , МПа:

§ Середній індикаторний тиск дійсного циклу , МПа:

§ Індикаторний к. к.д. :

§ Питома індикаторна витрата палива , кг/кВт*год:

.

Ефективні показники:

§ Середній ефективний тиск , МПа:

§ Ефективний к. к.д. :

§ Питомі ефективні витрати палива , кг/кВт*год:

.

Розміри циліндру

§ Робочий об¢єм одного циліндру , м3:

,

де m – коефіцієнт тактності

§ Діаметр циліндру , м: