Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

Важной характеристикой любого цикла является его термический к.п.д., представляющий собой отношение тепла, преобразованного в механическую работы, ко всему количеству подведенного тепла; к.п.д. термодинамического цикла

\ = ЧЯ\ = (Яг ~ <7z)/7i'= 1 — Яг'Яу

Подставляя значения qt и q2 из (3-1) и (3-2), получаем после сокраще­ ний формулу для определения термического к.п.д. смешанного цикла

Сравним между собой оба цикла при равных е и qi и одинаковых

представляет количество подведенного тепла qt в изохорном цикле, площадка 1—а—с—z'—zt—3 — количество подведенного тепла в сме­ шанном цикле. Так как для обоих циклов были приняты равные ко-

245

=Ягалчш ?2изох>

изображенную на диаграмме заштрихованной площадкой 2—b-—Ьх—3. Отсюда следует, что работа и термический к.п.д. при изохорном ци­ кле больше, чем при смешанном цикле.

На рис. 3-11 пунктиром показан еще изобарный цикл а—с—z2—b2, где все тепло подводится при р = const. Из Т— s-диаграммы видно, что количество тепла, отведенного при изобарном цикле, больше, чем при смешанном цикле, на величину площадки 3—Ь±—Ъг—4. Сле­ довательно, работа и к.п.д. изобарного цикла будут меньше, чем в каждом из рассмотренных выше двух циклов, и среди всех трех цик­ лов смешанный цикл занимает в этом отношении промежуточное поло­ жение.

Из диаграммы рис. 3-11, построенной в предположении равенства соответствующих е и qi для всех трех циклов, видно, что в изохорном цикле значения максимальных давлений и температуры больше, а давления и температуры конца расширения меньше, чем в смешанном цикле. В действительности же двигатели, работающие по изохорному циклу, имеют е = 5-^-9, а двигатели, работающие по смешанному циклу, е = 134-20. Сравнение между собой этих циклов при одина­ ковой степени сжатия представляет,чисто теоретический интерес,

246

в изохорном цикле, площадка /—а—с—z—z—2 — количество под­ веденного тепла в смешанном цикле. Так как для обоих циклов были

s

Рис. 3-12, Смешанный и изохорный циклы при разных значениях е

тепла холодильнику в изохорном цикле определяется на Т—s-диа­ грамме площадкой J—а—bt—3, а в смешанном цикле — площадкой /—а—Ъ—2. Видно, что площадка 1—а—Ь4—3 больше площадки /—а—Ъ—2; следовательно, количество отведенного тепла в изохор­ ном цикле больше, чем в смешанном, на величину, изображенную на диаграмме заштрихованной площадкой 2—Ь—bt—3.

Отсюда следует, что в смешанном цикле при значительно большем е по сравнению с изохорным и работа, и термический к.п.д. гораздо больше, чем эти же параметры в изохорном цикле.

Обычно в двигателях, работающих по изохорному циклу (карбю­ раторных), количество подведенного тепла за цикл qi больше (коэф­ фициент избытка воздуха а меньше), чем у двигателей, работающих по смешанному циклу (дизелей). В связи с этим и температура конца сгорания в карбюраторных двигателях бывает выше, чем в дизелях. На рис. 3-12 площадкой а—ct—z2—Ьг—а показан такой цикл соответ­ ственно в р—V- и Т—s-диаграммах.

247

Исследование влияния отдельных параметров на термический к. п. д. цикла

Величина к.п.д. изохорного цикла, как видно из (3-4), определяет­ ся степенью сжатия s и показателем адиабаты k. Степень сжатия яв­ ляется конструктивным параметром, а показатель адиабаты зависит от температуры процесса и от природы рабочего тела. На рис. 3-13 приведены кривые зависимости термического к.п.д. изохорного цикла от степени сжатия е для различных значений показателя адиабаты k,

Ь

0,6

12

из которых видно, что при увеличении степени сжатия, а также с рос­ том показателя адиабаты значение к.п.д. увеличивается. Отсюда вы­ текает, что для получения большего к.п.д. и большей удельной рабо­ ты необходимо стремиться к повышению степени сжатия. Но в двига­ телях с искровым зажиганием повышение степени сжатия ограничива­ ется возникновением преждевременной вспышки и явлений детона­ ции.

Изменение величины получаемой работы за цикл связано с соот­ ветствующим изменением количества подведенного тепла, что опреде­ ляет изменения значений максимального давления и температуры цикла. Отсюда следует, что степень повышения давления является параметром, характеризующим количество подведенного тепла и ра­ боту цикла. Между тем, в (3-4) величина К не входит; следовательно, изменение работы (нагрузки) изохорного цикла не влияет на величину его термического к.п.д.

248

Значение q{ зависит от теплоты сгорания топлива QiJ, теоретически необходимого количества воздуха L 0 и коэффициента избытка воз­ духа а.

смешанного цикла от степени предварительного расширения для раз­ личных е при постоянном количестве подведенного тепла qx. Как вид­

практически не влияет на к.п.д. установки. Следовательно, работа и среднее давление цикла при изменении р — в указанных пределах, но при <7i = const будут практически неизменными.

На основании вышеизложенного можно сделать следующий прак­ тический вывод. При повышении р до 1,4 уменьшение т]г и L ,по срав­

как при меньшем давлении сгорания облегчаются условия работы ша-

249