Материал: семинар 13
6 РАСЧЕТ ЦИКЛОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – такая машина, в которой подвод теплоты к рабочему телу осуществляется за счет сжигания топлива внутри самого двигателя.
Расчет циклов ДВС производится с учетом следующих допущений:
1.Рабочее тело установки - идеальный газ;
2.Рабочее тело установки обладает свойствами воздуха.
Различают три основных вида циклов поршневых ДВС (рис. 26):
1-2а-3-4-1 - цикл Отто (сгорание при V = const); 1-2b-3-4-1 - цикл Дизеля (сгорание при р = const); 1-2-5-3-4-1 - цикл Тринклера (сгорание при V = const и затем при p = const)
Рис. 26. Основные виды циклов поршневых ДВС
Термический КПД обратимого цикла Отто равен
|
t |
|
= 1 − |
q |
2 |
|
||
|
|
|
|
q |
|
|
|
1 |
= 1 − |
u |
|
− u |
||
|
|
4 |
|
1 |
|
|
|
|
|
||
|
u |
3 |
− u |
2а |
|
|
|
|
|||
.
(13.1)
Если теплоемкость рабочего тела в цикле принимается постоянной сυ = const, то (13.1) принимает вид:
где
|
|
|
t =1 − |
|
1 |
, |
|
|
|
|
|
k −1 |
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
/ |
2 |
- степень сжатия; k |
- показатель адиабаты. |
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Термический КПД обратимого цикла Дизеля равен
(13.2)
|
|
q2 |
|
u |
4 |
− u |
|
|
t |
= 1 − |
|
= 1 − |
|
1 |
. |
(13.3) |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
q1 |
|
h3 − h2b |
|
|||
Если теплоемкости рабочего тела в цикле принимаются постоянными сυ = const и ср = const, то (13.3) принимает вид:
где
|
|
|
k |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t =1 − |
k ( −1) |
k −1 |
, |
||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
= 3 / 2 |
- степень предварительного расширения. |
|||||
Термический КПД обратимого цикла Тринклера равен
(13.4)
|
|
= 1 − |
q |
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
t |
|
q |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1 |
= 1 − |
|
(u |
5 |
|
u |
4 |
− u |
|
|
|
1 |
|
− u |
2 |
)+ (h |
|
|
|
3 |
|
−
h |
) |
5 |
|
.
(13.5)
Если теплоемкости рабочего тела в цикле принимаются постоянными сυ = const и ср = const, то (13.5) принимает вид:
|
|
k |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t =1 − |
( −1)+ k ( −1) |
k −1 |
. |
(13.6) |
||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
Задача № 30.1
Для цикла ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме (цикла Отто) известны: t1 = 70 °С, р1 = 0,09 МПа, р2 = 1,3 МПа. В процессе подвода
теплоты температура рабочего тела возрастает на t = 700 °С.
Определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла, степень сжатия, полезную работу и термический КПД цикла.
Рабочее тело считать воздухом, теплоемкость которого зависит от температуры.
Задача № 30.2
Рассчитать цикл ДВС с изобарным подводом теплоты (цикл Дизеля),
если начальные параметры рабочего тела: |
р |
= 0,1 МПа, |
t |
1 |
= 0 °С, степень |
|
1 |
|
|
|
сжатия =15, а количество отведенной теплоты q2 = 400 кДж/кг. Определить
параметры рабочего тела в характерных точках цикла, количество подведенной теплоты, работу и термический КПД цикла, а также термический КПД цикла Карно в том же интервале температур.
Задача 30.3
Для цикла ДВС с комбинированным подводом теплоты расход топлива составляет 0,035 кг на 1 кг рабочего тела. Начальные параметры: р1 = 0,0882 МПа; t1 = 50 °С. Степень сжатия ε = 10. Максимальное давление в цикле 4
МПа.
Определите термический КПД и долю теплоты топлива, подведенной в процессе p = const. Теплота сгорания топлива Qнр = 29,26 МДж/кг. Рабочее тело
обладает свойствами воздуха.