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 — =16, степень повышения давления — =1,6, степень предварительного расширения — =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 (p_i);

— 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 3:

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:

Изменение внутренней энергии:

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).

1. В. В. Нащекин. Техническая термодинамика и теплопередача.

2. Методическое пособие и задания для студентов специальностей 1−43 01 05 «Промышленная теплоэнергетика», Минск 2010.