Сравнительный анализ теоретических циклов
Видно, что в цикле с подводом теплоты при V=const зависит только от 
и k, возрастая с увеличением этих величин. Характер этих зависимостей такой:
Рис. 3.5. Зависимость 
от в цикле с подводом теплоты при V=const
Из графиков следует, что наиболее интенсивный рост термического КПД происходит при увеличении степени сжатия 7...10, при больших значениях степени сжатия интенсивность роста снижается.
В этом цикле не зависит от степени повышения давления , если при этом не изменяется степень сжатия.
При увеличении степени сжатия повышается не только , но и среднее давление, значит и работа цикла. С увеличением степени сжатия снижается и давление газов в конце расширения, следовательно понижается и их температура, что приводит к уменьшению отдачи тепла теплоприемнику, т.е. к повышению .
Следовательно, повышение степени сжатия в двигателе целесообразно как с точки зрения повышения мощности, так и с точки зрения повышения его экономичности.
Анализируя выражение для термического КПД, можно сравнить экономичность трех рассмотренных теоретических циклов.
Соотношение множителей в выражении для показывает, что при одинаковых степенях сжатия наибольшим является термический КПД цикла с подводом тепла при V=const, наименьшим - с подводом тепла при p=const.
Однако при сравнении термических КПД различных циклов, при одинаковых степенях сжатия, не учитывается ряд условий, определяющих конструктивные особенности реального двигателя.
|
|
|
В связи с этим целесообразно сравнивать циклы поршневых двигателей не при одинаковых степенях сжатия, а при одинаковых максимальных давлениях. Такое сравнение показывает, что наиболее высокая степень сжатия может быть применена для цикла с подводом теплоты при p=const, а самая низкая - для цикла с подводом теплоты при V=const. Так как термический КПД в основном зависит от , то следовательно, для цикла с подводом тепла при p=const будет наибольшим, для цикла с подводом тепла при V=const - наименьшим.
Термодинамические циклы двигателей с наддувом
Анализ зависимостей 
при V=const и p=const показывает, что в термодинамических циклах среднее давление станет больше, если повысить начальное давление 
(см. рис.3.1). Увеличение этого давления в двигателях достигается с помощью подачи воздуха в цилиндры под избыточным давлением. Такой метод увеличения мощности двигателей называют наддувом. Рассмотрим в отличие от обобщенного цикла (рис.3.1) случай, когда теплота отводится только при постоянном давлении (линия fl на рис.3.6).
Преимущества такого цикла по сравнению с циклом со смешанным подводом теплоты и отводом при V=const очевидны. Заштрихованная площадь диаграммы bfla в координатах p-v определят дополнительную работу при том же количестве подведенной теплоты.
|
|
|
В реально существующих циклах с продолженным расширением в цилиндре эффект от дополнительной механической работы незначителен, т.к. ее величина не намного больше вызываемых при этом потерь.
Поэтому для достижения эффекта в реальном поршневом двигателе, где после каждого совершенного рабочего цикла происходит смена рабочего тела, процесс продолженного расширения осуществляется на рабочем колесе турбины, сочлененной с компрессором.
После адиабатного расширения в цилиндре (процесс zb) газы направляются в турбину, где продолжают расширятся также адиабатно (процесс bf), совершая при этом работу. Затем при постоянном давлении отводится теплота 
(процесс fl). Адиабатное сжатие в компрессоре характеризуется линией (la).
Рис. 3.6. Цикл со смешанным подводом теплоты, продолженным расширением и переменным давлением газов перед турбиной, отводом теплоты при p=const.
Рассмотрим цикл с продолженным расширением, происходящим в газотурбине, соединенной с компрессором. Степень сжатия в компрессоре 
, тогда общая степень сжатия 
.
Значение термического КПД для смешанного подвода теплоты с наддувом определяется по формуле
|
|
|
и для случая подвода теплоты по изохоре V=const
Значение целесообразно определять для поршневой части диаграммы.
Особенность рассматриваемого способа наддува заключается в работе турбины при переменном давлении на входе, т.е. в использовании кинетической энергии газов, отработавших в цилиндре поршневого двигателя. Такую систему наддува называют импульсной.
В реальных условиях осуществление импульсной системы наддува затрудняется организацией работы турбины при переменных давлениях и скоростях газов.
Более простым и распространенным является способ газотурбинного наддува с постоянным давлением газов перед турбиной.
Рис. 3.7. Термодинамический цикл со смешанным подводом теплоты и постоянным давлением газов перед турбиной.
После окончания расширения газов в цилиндре от них при постоянном объеме отводится теплота 
(процесс ba), затем используемая в газовой турбине, на входе в которую поддерживается постоянное давление (am). Адиабатное расширение газов в турбине изображено линией (mf). Затем теплота 
отводится при p=const (линия fl). Адиабатное сжатие воздуха в компрессоре происходит по линии (la).
|
|
|
Анализ этих систем наддува показывает большую эффективность при импульсном наддуве, однако, сложно организовать отвод отработанных газов из цилиндра в газовую турбину без потерь, что осложняет конструкцию двигателя.
В случае повышения 
осуществляется промежуточное охлаждение воздуха после компрессора. В результате этого плотность поступающего в цилиндр заряда увеличивается, работа сжатия уменьшается, а среднее давление цикла 
значительно повышается, при небольшом снижении КПД.
Вопросы для самоконтроля:
1. 1. При каких допущениях выполняется анализ термодинамических циклов ДВС?
2. 2. Какие теоретические циклы известны в качестве циклов-протоколов реальных ДВС?
3. 3. Какой теоретический цикл имеет большее значение КПД?
4. 4. Какие термодинамические циклы двигателей с наддувом известны? Который из них используется на практике?
Лекция 4
Рабочие тела и их свойства
План
4.1. Топливо и его физико-химические свойства.
4.2. Химические реакции при сгорании жидкого топлива.
4.3. Коэффициент избытка воздуха.
4. 4. Горючая смесь и состав продуктов сгорания при 
(полное сгорание).
5. 5. Горючая смесь и состав продуктов сгорания при 
(неполное сгорание).
6. 6. Теплота сгорания.
7. 7. Изменение объема сгорания.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 521; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!