Внутреннего сгорания

Степень совершенства любого цикла определяется значением его термического КПД. Обычно сравнение циклов проводится на - диаграмме. При этом применяется два метода: первый заключается в сравнении площадей на - диаграмме, а второй – в сравнении среднеинтегральных температур в процессах подвода и отвода

количества теплоты в циклах.

На рис. 10.5 изображен цикл с изохорным подводом теплоты пл. 1234 и цикл с изобарным подводом количества теплоты – пл. 1534; максимальные температуры у них одинаковы. Количество отведенной теплоты в обоих циклах соответствует пл. 6147. Так как подведенное количество теплоты в цикле с изобарным подводом теплоты соответствует большей площади, чем в цикле с изохорным подводом количества теплоты, т.е. пл. 6537 > пл. 6237, то КПД цикла с изобарным подводом количества теплоты больше КПД цикла с изохорным подводом количества теплоты.

Рис. 10.5. Сравнение циклов ДВС с изохорным и изобарным

подводом количества теплоты

При сравнении циклов по второму способу – по среднеинтегральным температурам, учтем, что термический КПД циклов определяется по одному и тому же уравнению

,

где , - среднеинтегральные температуры процессов подвода и отвода количества теплоты, соответственно.

При сравнении циклов с разными степенями сжатия (рис. 10.5) получаем, что температура изобарного подвода теплоты больше, чем в цикле с изохорным подводом количества теплоты, а температура изохорного процесса отвода теплоты в обоих циклах одинакова.

Отсюда следует, что .

Пример 10.1. Для идеального цикла поршневого двигателя с подводом теплоты при (рис. 10.2) определить параметры всех основных точек, полезную удельную работу, удельное количество подведенной и отведенной теплоты, термический КПД цикла и цикла Карно по условиям задачи, термический КПД, среднее индикаторное давление, если даны МПа; Т ₁ = 320 К; степень сжатия , степень повышения давления . Рабочее тело – воздух с газовой постоянной Дж /(кг×К), показатель адиабаты k = 1,4. Теплоемкость воздуха принять постоянной.

Р е ш е н и е.Начальные параметры рабочего тела в точке 1: МПа; К; м ³/ кг.

Параметры точки 2:

м ³/ кг;

МПа; К.

Параметры точки 3: м ³/ кг;

МПа; К.

Параметры точки 4: м ³/ кг;

К; =

Па @ 0,4 МПа.

Удельная работа расширения:

Дж/кг.

Удельная работа сжатия:

Дж/кг.

Полезная удельная работа:

Дж / кг = 510,7 кДж / кг.

Удельное количество подведенной теплоты:

кДж/кг.

Удельное количество отведенной теплоты:

кДж/кг.

Удельное количество полезно затраченной теплоты:

кДж/кг.

Термический КПД цикла: .

Проверка термического КПД цикла:

.

Термический КПД цикла Карно:

.

Среднее индикаторное давление:

Па = 0,74 МПа.

Пример 10.2. Для идеального цикла поршневого двигателя с подводом теплоты при (рис. 10.3) определить параметры всех основных точек, полезную удельную работу, удельное количество подведенной и отведенной теплоты, термический КПД цикла и цикла Карно по условиям задачи, термический КПД, среднее индикаторное давление, если даны МПа; Т ₁ = 350 К; степень сжатия , степень изобарного расширения . Рабочее тело – воздух с газовой постоянной Дж /(кг×К), показатель адиабаты k = 1,4. Теплоемкость воздуха принять постоянной.

Р е ш е н и е.Начальные параметры рабочего тела в точке 1: МПа; К; м ³/ кг.

Параметры точки 2:

м ³/ кг;

МПа; К.

Параметры точки 3:

К; МПа; м ³/ кг.

Параметры точки 4: м ³/ кг;

К; =

Па @ 0,264 МПа.

Удельная работа расширения:

Дж/кг = 1329 кДж / кг.

Удельная работа сжатия:

Дж/кг = - 578,75 кДж / кг.

Полезная удельная работа:

кДж / кг.

Удельное количество подведенной теплоты:

кДж/кг.

Удельное количество отведенной теплоты:

кДж/кг.

Удельное количество полезно затраченной теплоты:

кДж/кг.

Термический КПД цикла: .

Проверка термического КПД цикла:

.

Термический КПД цикла Карно:

.

Среднее индикаторное давление:

кПа = 0,79 МПа.

Пример 10.3. В цикле поршневого двигателя со смешанным подводом теплоты (рис. 10.4) начальное давление МПа, начальная температура ° С, степень сжатия , степень повышения давления , степень предварительного расширения . Рабочее тело – воздух с газовой постоянной Дж / кг × К; теплоемкости – постоянные: кДж / кг × К, кДж / кг × К; показатель адиабаты . Определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла, работу расширения, сжатия и полезную, термический КПД цикла, удельное количество подведенной и отведенной теплоты, термический КПД цикла Карно по условию задачи, среднее индикаторное давление.

Р е ш е н и е.Параметры рабочего тела в точке 1: МПа; К, м ³/ кг.

Параметры в точке 2: м ³/ кг, К,

Па @ 3,51 МПа.

Параметры рабочего тела в точке 3:

м ³/ кг, МПа,

К.

Параметры в точке 4: МПа,

м ³/ кг, К.

Параметры рабочего тела в точке 5: м ³/ кг,

МПа,

К.

Удельная работа сжатия:

Дж / кг =

@ - 380 кДж / кг.

Удельная работа расширения:

Дж / кг @ 950,5 кДж / кг.

Полезная работа цикла:

950,5 - 380 = 570,5 кДж / кг.

Удельное количество подведенной теплоты в изохорном процессе: кДж / кг.

Удельное количество теплоты, подведенное в изобарном процессе: кДж / кг.

Удельное количество отведенной теплоты:

кДж / кг.

Полезно использованная теплота:

кДж / кг.

Термический КПД цикла: .

Проверка КПД цикла:

.

Термический КПД цикла Карно по условию задачи:

Среднее индикаторное давление:

кПа @ 0,72 МПа.