Сравнительный анализ теоретич циклов ДВС

- сравнение при одинаковых степенях сжатия и одинак подводим теплоте

1234 (V=const)

123’4’ (P=const)

ε_v=ε_p

q1v=q1p

q2p>q2v

η_t=1-(q2/q1)

η_tv> η_tp

При данных условиях цикл Отто более эффективен, чем цикл Дизеля

Цикл Тринклера занимает промежуточное положение

- сравнение при различных степенях сжатия и при одинак макс темп цикла

1234 (V=const)

123’4’ (P=const)

ε_p >ε_v

T3=Tmax

q2p=q2v

η_t=1-(q2/q1)

q1p >q1v

24. Цикл ДВС с подводом теплоты при пост объеме в PV и TS координатах. Какие факторы и как влияют на термический КПД?

Степень сжатия ε=V1/V2

Степень повышения давления λ=P3/P2

Термич КПД η_t=1-(q2/q1)

Подведенная теплота q1=Cv(T3-T2)

Отведенная теплота q2=Сv(T4-T1)

Выразим температуру в т. 2,3,4 через T1

T2/T1=(V1/V2)^k-1 →T2=T1(V1/V2)^k-1=T1ε^k-1

T3/T2=P3/P2 →T3=T2λ= T1ε^k-1λ

T4/T3=(V3/V4)^k-1=(V2/v1)^k-1 → T4=T3(V2/V1)^k-1=T3/ ε^k-1=T1λ

q1=Cv(T1ε^k-1λ - T1ε^k-1)

q2=Сv(T1λ -T1)

η_t=1- (Сv(T1λ -T1))/(Cv(T1ε^k-1λ - T1ε^k-1))=1-1/ ε^k-1

Видно, что КПД не зависит от λ

ε↑,k↑, то и η_t ↑

При очень высоких значениях ε в двигателе может появиться детонация

ε1234<ε12’3’4’<ε12’’3’’4’’

При увел ε увел макс давление цикла, а давление выпуска уменьш

Получим среднее давление для цикла впуска

Среднее давление – некоторое пост давл, при кот за 1 ход поршня соверш такая же работа, как и в реал цикле

PцVh=lц → Pц=lц/Vh=q1 η_t/Vh

η_t=lц/q1 →lц= η_tq1

Vh=V1-V2

q1=Cv(T3-T2)= Cv(T1ε^k-1λ - T1ε^k-1)= Cv T1ε^k-1 (λ- 1)

k=Cp/Cv, Cp-Cv=R

kCv-Cv=R →Cv=R/k-1

Pц= Cv T1ε^k-1 (λ- 1) η_t/((V1/ε)(ε-1))=RT1ε ε^k-1(λ- 1)η_t/(k-1)* *V1(ε-1)=P1ε(λ-1)η_t/(k-1)(ε-1)

23. Цикл ДВС с смешанным подводом теплоты в PV и TS координатах. Какие факторы и как влияют на термический КПД?

η_t=1- (1/ε-1)*((λρ^k-1)/(λ-1)+kλ(ρ-1))

Pц= (P1ε^k /(k-1)(ε-1))*[(λ-1)+kλ(ρ-1)]η_t

Термический КПД характеризуется разницей темперутуры продуктов сгорания при толкании поршня в начале и в конце такта рабочего хода, а механический - характеризует величину потерь в кривошипно-шатунном механизме и на трение поршня о цилиндр.

Так, с повышением оборотов механический КПД сначала растет (т.к. трение качения значительно меньше трения покоя) приблизительно до оборотов МКМ, а затем - начинает плавно снижаться (в единицу времени поршнем проходятся большие растояния - следовательно потери на трение становятся больше).

Термический КПД - тоже сначала растет с оборотами (больше рабочих ходов - выше температура газов в начале рабочего хода), хотя зависит он от них в гораздо меньшей степени, чем механический, но опять-таки начинает снижаться, хотя и несколько выше оборотов МКМ (здесь влияют такие факторы, как качество топливо-воздушной смеси, температура сгорания топлива, характер и время его горения!!! - следовательно - октановое число топлива, угол опрежения зажигания, время впрыска).

27. Тепловой поток и его плотность. Чем отличается стационарное поле от не стационарного? Св-ва изотермических поверхностей и линий. Температурный градиент. Как направлены векторы теплового потока и темп градиента

Теплопередача – учение о самопроизвольных необратимых процессах распространения теплоты с неоднородным полем температуры.

- теплопроводность

- конвекция

- тепловое излучение

Тепловой поток – кол-во теплоты, передаваемое от источника к приемнику Q [Вт]

Плотность теплового потока – кол-во теплоты, передаваемое от источника к приемнику за единицу времени через ед пов-ти перпендикулярно направлению этого теплового потока q [Вт/м²]

Температурное поле – совокупность значений температуры в каждой точке рассматриваемого пространства для любого момента времени

t = f (x, y, z, t) - трехмерное нестационарное – изменяется во времени

t = f (x, y, z) – Если температура тела функция только координат и не изменяется с течением времени, то температурное поле называется стационарным

Изотермическая пов-ть – геометрическая пов-ть точек с одинак темп

Температурный градиент – предел отношения разности температур м/у 2-мя изотермами к расстоянию м/у ними, измеренными по нормали, при условии, что это расстояние стремится к нулю.

gradt=lim(∆t/∆n)= t/ðn [К/м]

28. Частные процессы передачи теплоты. Каковы механизмы передачи теплоты в металлах, строительных материалах и газах? Закон Фурье и знак «-»

Теплопроводность – передача теплоты на молекулярном уровне

В газах теплопроводность обусловлена соударением молекул.

В ТВ телах – диэлектриках теплопроводность обусловлена упругими колебаниями кристаллической решетки.

Наилучшей теплопроводностью обладают металлы благодаря наличию свободных электронов

Закон Фурье:

Вектор плотности теплового потока пропорционален градиенту температуры в той же точке в тот же момент времени

q= -λgradt=-λ t/ðn

Q=-λF t/ðn [Вт]

λ – коэф теплопроводности материала

λ=Q/F(- t/ðn) [Вт/м*К]

Коэф теплопроводности численно равен кол-ву теплоты передаваемого теплопроводностью через единицу пов-ти при величине температурного градиента 1К/м

Знак «-» указывает на встречное направление теплового потока и градиента температуры

Углеродистые стали хуже проводят теплоту, чем обычные

29. Каков механизм передачи теплоты конвекцией, что назыв теплоотдачей? Формула Ньютона-Рихмана. Отчего зависит величина коэф теплоотдачи?

Конвекция – перенос теплоты при перемещении макрообъектов жидкости или газа из области с одной температурой в область с другой.

Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью, т.к. неизбежно соприкосновение объемов различных температур.

Конвективная теплоотдача – теплообмен между твердой поверхностью и потоком жидкостей или газов, который ее омывает.

Q=αF(tж-tc) [Вт] – закон Ньютона-Рихмана

α – коэф теплоотдачи

F – площадь пов-ти контакта м/у жидкостью и стенкой

tж,tc – темп жидкости и стенки

α=Q/F(tж-tc) [Вт/м²К]

Коэф теплоотдачи численно равен кол-ву теплоты передаваемой за ед времени через ед пов-ти контакта м/у жидкостью и стенкой при разности температур м/у ними в 1К

Различают вынужденную и естественную конвекцию

Вынужденная происходит под действием сил насосы, вентилятор, ветер

Свободная (естественная) конвекция возникает за счет разности плотностей, кот в свою очередь вызвана разностью температур.