,
преподаватель физики и технической термодинамики
филиала ДВФУ в г. Большой Камень
Конспект занятия по технической термодинамике для студентов второго курса технического направления СПО
на тему «Термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания»
Мало знать - надо уметь применять!
Р. Декарт
Цели занятия:
Дидактические цели
- формирование технической грамотности и усвоение понятий термодинамических характеристик ДВС;
- формирование критического мышления;
- формирование навыков работы со схемами и диаграммами;
- формирование компетентностей в сфере самостоятельной познавательной деятельности, основанных на усвоении способов приобретения знаний из разных источников информации, на умении увидеть проблему и наметить пути её решения;
Методические задачи
- научить обрабатывать и обобщать полученную информацию и применять ее при решении задач;
- научить применять новые компьютерные технологии.
Тип занятия: комбинированный.
Ресурсы: компьютер, видеопроектор, экран, модель ДВС, диск с документальным фильмом «Гибридный авто», презентация на тему занятия (собственная разработка); карточки-задания для проверки домашнего задания.
Оргмомент: создание психологического настроя, обсуждение плана работы.
Слайд 1 
План занятия:
Проверка домашнего задания. Объяснение нового материала. Просмотр документального фильма. Решение задач. Закрепление изученного материала. Домашние задание. Подведение итогов занятия.Слайд 2 
Ход занятия:
Проверка домашнего задания.Проведение теста на тему «Второй закон термодинамики. Энтропия».
Слайд 3 
Пример тестового задания:
Математическое выражение второго закона термодинамики:1) | 2) | 3) | 4) |
;
;
;
.1) ДS > 0; | 2) ДS = 0; | 3) ДS < 0; | 4) |
.1) ДS> 0; | 2) ДS = 0; | 3) ДS< 0; | 4) |
.1) | 2) | 3) | 4) |
;
;
;
.1) | 2) | 3) | 4) |
;
;
;
.1) | 2) | 3) | 4) |
;
;
;
.1) Дж/К; | 2) Дж/кг; | 3) Дж кг/К; | 4) Дж К/кг. |
1) | 2) | 3) | 4) |
;
;
;
.1) | 2) | 3) | 4) |
;
;
; 
.1) | 3) |
2) | 4) |
;
;
;
.
1) х = Const; | 2) P = Const; | 3) T = Const; | 4) pхk = Const. |
1) х = Const; | 2) P = Const; | 3) T = Const; | 4) pхk = Const. |
1) х = Const; | 2) P = Const; | 3) T = Const; | 4) pхk = Const. |
1) х = Const; | 2) P = Const; | 3) T = Const; | 4) pхk = Const. |
1) | 2) | 3) | 4) |
;
;
;
.1) | 2) | 3) | 4) |
;
;
;
.1) ДS = 0; | 2) | 3) | 4) |
;
;
.1) | 2) ДS = 0; | 3) | 4) |
;
;
.1) ДS = 0; | 2) | 3) | 4) |
;
;
.1) ДS< 0; | 2) ДS = 0; | 3) ДS> 0; | 4) ДS<=0. |
1) отводится; | 2) подводится. |
1) 1 – 2; | 2) 3 – 2; | 3) 1 – 3. |
1) ДS> 0, Дq>0; | 2) ДS< 0, Дq<0; | 3) ДS>0, Дq<0; | 4) ДS<0, Дq>0. |
1) 1 – 2 – 3 – 4 – 1; | 2) 1 – 4 – 3 – 2 – 1. |
Объяснение нового материала
Объяснение материала происходит в виде лекции с применением презентации. В презентации представлены определения, интерактивные модели ДВС, схемы, диаграммы, рисунки, основные формулы и технические характеристики ДВС.
Слайд 4
Определение ДВС.
Слайд 5
Индикаторной диаграммой весьма наглядно представляется рабочий цикл двигателят. е. некоторое вполне закономерное чередование различных процессов, протекающих в рабочем объеме его цилиндра за один или два оборота вала.
При этом следует иметь в виду, что в число процессов, составляющих рабочий цикл реального двигателя, входят процессы, в течение которых количество рабочего тела меняется (впуск и выпуск), а также процессы изменения химического состава вещества (горение).
Поэтому рабочий цикл двигателя не следует смешивать с термодинамическим циклом, характеризуемым постоянным количеством вещества не изменяющегося химического состава.
Слайд 6
Интерактивная модель четырехтактного ДВС.
Слайд 7
Идеальные условия работы ДВС.
Слайд 8
Термодинамические процессы входящие в цикл четырехтактного ДВС.
Слайд 9
Слайд 10
Слайд 11 
Реальные условия работы ДВС.
Слайд 12 
Рассмотренный двигатель называют двигателем с воспламенением от сжатия или, дизелем. Другого типа двигатели являются двигателем с принудительным зажиганием. В цилиндры такого двигателя подают уже готовую смесь топлива с воздухом, приготовленную вне цилиндра в специальных устройствах – карбюраторах. Подобные двигатели не нуждаются в топливных клапанах, но имеют особое устройство для зажигания горючей смеси в конце сжатия – электрозажигание.
Если рабочий цикл двигателя совершается за четыре хода поршня (два оборота вала), то двигатель называют четырехтактным, если – за два хода поршня (один оборот вала), двигатель называют двухтактным.
Слайд 13 
В одной половине окружности цилиндра расположены выпускные окна, в другой – продувочные. Первые имеют большую высоту и открываются, поэтому раньше вторых. К тому моменту, когда поршень открывает продувочные окна, значительная часть газов уже удалена из цилиндра через выпускные окна в выпускной коллектор и из последнего в атмосферу.
После открытия продувочных окон воздух из продувочного ресивера под давлением вдувается в цилиндр, при этом из цилиндра удаляется большая часть оставшихся после выпуска продуктов сгорания (процесс 6-1).При движении поршня от нижней мертвой точки (НМТ) он в положении, соответствует точке 1, закрывает выпускные окна. Продувочные окна закрываются несколько раньше.
От точки 1 начинается сжатие, и дальше рабочий процесс протекает так, как он протекал у четырехтактного двигателя. Так как рабочие циклы двигателей четырех - и двухтактных включает в себя процессы, в течение которых меняется количество рабочего тела и его химический состав, то непосредственный термодинамический анализ этих процессов невозможен.
Слайд 14 
Слайд 15 
Слайд 16 
Слайд 17 
Поэтому в термодинамике рабочие циклы реальных двигателей заменяют соответствующими идеальными термодинамическими циклами двигателя, предполагая, что при осуществлении цикла химический состав рабочего тела не меняется.
В таком цикле процессы сгорания топлива и выпуска продуктов сгорания заменяют соответственно процессами подвода и отвода теплоты.
Само собой разумеется, что идеальный термодинамический цикл не может быть осуществлен в реальном двигателе, даже если представить теоретические условия его работы.
Идеальный термодинамический цикл можно осуществить в двигателе, если из крышки цилиндра удалить клапаны, между крышкой и поршнем поместить 1 кг рабочего тела, а процессы сгорания топлива и выпуска заменить соответственно процессами подвода и отвода теплоты.
Слайд 18 
Слайд 19 
Слайд 20 
Характеристики термодинамических циклов.
Слайд 21 
Слайд 22 
Слайд 23 
Слайд 24 
Слайд 25 
Просмотр документального фильма
После изложения теоретического материала студентам предлагается 15 минутный документальный фильм «Гибридный авто» из цикла «Как работают машины?». Для проведения параллелей между изученным материалом и увиденным в фильме. Узнать, какие существуют еще ДВС в современном автопроме. Какое у них устройство, и как они работают. Затем ответить на следующие вопросы:
- что интересного вы увидели в ролике?
- как на ваш взгляд, какие ДВС экономичнее, и почему?
- какие перспективы у гибридных авто в России?
Решение задачи
Студентам предлагается решить задачу у доски, вместе с преподавателем.
Слайд 26 
Задача:Воздух массой 1 кг совершает идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме. Начальные параметры цикла: Р1=117,7 кПа; 
=17 °С. Степень сжатия 
= 4,5. Подводимое к циклу количество теплоты составляет 
=1,34 МДж/кг. Определить параметры воздуха в характерных точках цикла и полезную работу, производимую за цикл.
Дано: | Решение:Изобразим идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме |
=1,34 МДж / кг
Для определения объема 
воспользуемся характеристическим уравнением р1
= RТ1,
откуда получаем
Используя соотношение для определения степени сжатия 
получим величину удельного объема 
в точке 2:
Температура Т2в конце процесса адиабатного сжатия:
Зависимость между параметрами 
иТ в адиабатном процесса определяется на основании характеристического уравнения, из которого следует, что при всех состояниях газа.
откуда давление
Учитывая, что процесс 2 –З– изохорный, то удельные объемы в точках 2 и З будут одинаковы т. е. 
Температуру Т3 определяем из формулы подведенной теплоты
тогда 
Давление в точке 3 определяем из соотношения между параметрами р иТв изохорном процессе
Температуру в конце адиабатного расширения определяем из соотношения
Из уравнения изохорного процесса 1 – 4 находим давление в точке 4
Полезная работа, производимая за цикл:
Ответ:
Закрепление изученного материала
Студентам предлагается изучить устройство и принцип работы модели ДВС.
Модель четырехтактного двигателя внутреннего сгорания
Затем ответить на следующие вопросы:
- к какому виду относится данный ДВС?
- сколько цилиндров имеет ДВС?
- объяснить, что происходит в каждом такте ДВС на модели.
- по какому циклу работает модель, и из каких процессов состоит этот цикл?
- по какой формуле можно определить термический КПД?
- какое устройство или машина может работать с помощью этого ДВС?
Домашние задание
Слайд 27 
3. Для слабых студентов подготовить рефераты на темы:
- История развития ДВС;
- Жизнь и открытия знаменитых людей (С. Карно, Р. Дизель, , Н. Отто);
- Вечный двигатель;
- Тепловые машины;
- Двигатели внутреннего сгорания.
Подведение итогов занятия
Слайд 28 
Благодарю за сотрудничество. Занятие ставит вас в позицию творческого исследователя физической реальности в существующих технических устройствах и машинах, следовательно, в процессе обучения должен найти отражение цикл научного познания: от наблюдений – к выдвижению гипотезы, от гипотезы – к теоретическому обоснованию и практическому применению.
Выставление оценок более активным студентам работающих на занятии, студентам решающих задачи у доски, отвечающих на вопросы. После проверки тестов, также выставляются оценки в журнал.
Список литературы:
1. , Теоретические основы теплотехники: Учебник для студентов учреждений СПО – М.: Изд. центр «Академия», 2004.
2. Сборник задач по технической термодинамике – М: Машиностроение, 1973.
