Расчет теоретического цикла ДВС
Расчет теоретического цикла ДВС
Исходные данные
Рассчитать цикл поршневого двигателя
внутреннего сгорания, если начальное давление - P1=0,09МПа, начальная температура - T1=270К, степень сжатия - e=16, степень повышения давления - l=1,6, степень предварительного расширения - r=1,9. Рабочее тело - воздух. Rв=287Дж/(кг·К); Ср=1,01 кДж/(кг·К);
Сv=0,72кДж/(кг·К);
n1=1,32 (сжатие); n2=1,4 (расширение);
А. Цикл ДВС с подводом теплоты при
р=const.
Б. Цикл ДВС с подводом
теплоты при .
В. Цикл ДВС со смешанным
подводом теплоты.
Г. Цикл ДВС с
турбонаддувом и продолженным расширением газов.
Определить:
- параметры состояния
(p, v, T) рабочего тела в характерных точках
цикла;
- удельную работу
расширения, сжатия, работу цикла;
- удельное количество
подведенной и отведенной теплоты;
- изменение
внутренней энергии (u), энтальпии (h) и энтропии (s) в процессах, входящих в цикл;
- среднее
индикаторное давление в цикле (pi);
- термический КПД
цикла;
- термический КПД
цикла Карно по условию задачи.
Для того чтобы рассматривать
термодинамические циклы необходимо работу тепловых машин идеализировать. Эта
идеализация сводится к тому, что в идеальных термодинамических циклах:
процессы протекают во всех своих
стадиях с постоянным количеством рабочего тела;
отбрасывается возможность сгорания
топлива, в связи с чем химический состав рабочего тела принимается постоянным
при всех стадиях термодинамического цикла. Процесс сгорания при этом заменяется
подводом теплоты к рабочему телу через стенки цилиндра от некоторого фиктивного
горячего источника теплоты;
процессы сжатия и расширения
рабочего тела принимаются адиабатными;
удаление отработавшего рабочего тела
не учитывается и заменяется отводом теплоты от рабочего тела через стенки
цилиндра к так называемому холодному источнику теплоты (холодильнику);
теплоемкости рабочих тел принимаются
не зависящими от температуры;
рабочим телом является идеальный
газ.
1. Цикл ДВС с подводом
теплоты при р=const
Параметры точки 1:
Р1=0,09МПа; Т1=270К;
Параметры точки 2:
Параметры точки 3:
Р2=Р3=3,5МПа;
Параметры точки 4:
Удельная работа
расширения:
Удельная работа сжатия:
Полезная удельная
работа:
Удельное количество
подведенной теплоты:
Удельное количество
отведенной теплоты:
Полезно использованное
удельное количество теплоты:
Среднее индикаторное
давление в цикле:
Термический КПД цикла:
КПД цикла Карно:
Изменение внутренней
энергии:
Изменение энтальпии:
Изменение энтропии:
Средняя интегральная
температура подвода теплоты:
Средняя интегральная
температура отвода теплоты:
2. Цикл ДВС с подводом
теплоты при
Параметры точки 1:
Р1=0,09МПа; Т1=270К;
Параметры точки 2:
Параметры точки 4:
Удельная работа
расширения:
Удельная работа сжатия:
Полезная удельная
работа:
Удельное количество
подведенной теплоты:
Удельное количество
отведенной теплоты:
Полезно использованное
удельное количество теплоты:
Среднее индикаторное
давление в цикле:
Термический КПД цикла:
КПД цикла Карно:
Изменение внутренней
энергии:
Изменение энтропии:
Средняя интегральная
температура подвода теплоты:
Средняя интегральная
температура отвода теплоты:
3. Цикл ДВС со смешанным
подводом теплоты
Параметры точки 1:
Р1=0,09МПа; Т1=270К;
Параметры точки 2:
Параметры точки 3:
Параметры точки 4:
Параметры точки 5:
Удельная работа сжатия:
Удельная работа
расширения:
Полезная удельная
работа:
Удельное количество
подведенной теплоты:
Удельное количество
отведенной теплоты:
Полезно использованное
удельное количество теплоты:
Среднее индикаторное
давление в цикле:
Термический КПД цикла:
КПД цикла Карно:
Изменение энтропии:
Средняя интегральная
температура подвода теплоты:
Средняя интегральная
температура отвода теплоты:
4. Цикл ДВС с
турбонаддувом и продолженным расширением газов
Термодинамический цикл с
продолженным расширением может быть осуществлен в комплексной установке
двигателя и турбонагнетателя, состоящего из газовой турбины и компрессора (рис.
1, рис. 2). В газовой турбине происходит дальнейшее расширение газов, а
полученная при этом энергия расходуется на привод нагнетателя для наддува
двигателя. Циклы установки с продолженным расширением, переменным и постоянным
давлением газов перед турбиной представлены соответственно на рис. 1 и на рис.
2. Расчет характерных точек аналогичен, рассмотрен выше циклам. Определим
термический КПД цикла с продолженным расширением, переменным и постоянным
давлением газов перед турбиной:
где bf - продолженное
расширение газа на лопатках турбины; f0 - отвод теплоты при р = const; 0а -
адиабатное сжатие воздуха в нагнетателе; - общая степень сжатия.
Из сравнения выражений
для КПД обобщенного цикла и цикла с продолженным расширением газов видно, что
КПД последнего выше. Это относится также к циклу с продолженным расширением,
когда давление перед турбиной поддерживается постоянным, и кинетическая энергия
отработавших газов не используется на лопатках турбины (рис. 2).
Список
литературы
1. В.В.
Нащекин. Техническая термодинамика и теплопередача.
.
Методическое пособие и задания для студентов специальностей 1-43 01 05
«Промышленная теплоэнергетика», Минск 2010.