Читальный зал -->  Изменение энтропии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

JL±

a) V, V

Рис. 6.2. Циклы ДВС:

a - a p, в-координатах; б в Т. .s-координатах; в - схема цилиндра с поршнем

отвода теплоты 4-1 (рис. 6.2). В реальных двигателях подвод теплоты осуществляется путем сжигания топлива. Если пары бензина перемешаны с необходимым для горения воздухом до попадания в цилиндр, смесь сгорает в цилиндре практически мгновенно, подвод теплоты оказывается близким к изохорному. Если же в цилиндре сжимается только воздух и уже затем впрыскивается топливо, то его подачу можно отрегулировать таким образом, чтобы давление в процессе сгорания оставалось приблизительно постоянным, и условно можно говорить об изобарном подводе теплоты.

Чтобы не делать цилиндр двигателя очень длинным, а ход поршня слишком большим, расширение продуктов сгорания в ДВС осуществляют не до атмосферного давления р\, а до более высокого давления р, а затем открывают выпускной клапан и выбрасывают горячие (с температурой Та) продукты сгорания в атмосферу. Избыточное давление Р4-р1 при этом теряется бесполезно. В идеальном цикле этот процесс заменяется изобарным отводом теплоты 4-1.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя е. Применительно к идеальному циклу (см. рис. 6.2)

f = vjv.2. (6.3)

Степень сжатия является основным параметром, определяющим термический

КПД цикла. Рассмотрим два цикла с одинаковыми точками 1 и 4, один из которых {1-2-3-4) имеет большую степень сжатия f, чем другой (1-2-3-4). Большему значению е соответствует более высокая температура в конце сжатия 1-2. Следовательно, изохора 2-3 расположена в Т, .s-диаграмме выше, чем изохора 2-3. Из рис. 6.2, б видно, что количество теплоты q[, подведенной в цикле 1-2-3-4 (площадь 2-3-5-6), больше, чем количество теплоты, подведенной в цикле 1-2-3-4 (площадь 2-3-5-6). Количество отведенной теплоты q2 в обоих циклах одинаково (площадь 4-5-6-1). Следовательно, термический КПД rii= 1-2/1 больше в цикле 1-2-3-4.

Термический КПД цикла двигателя внутреннего сгорания увеличивается с ростом степени сжатия е. Нетрудно получить аналитическую зависимость г, от в, например, для цикла со сгоранием при у = const. При постоянной теплоемкости

Т1/=1---=1--7- =

Qi Си{Тл-Т2)

{TJT,-\)T, {TJT,-\)T;

При одинаковых показателях адиабаты к процессов сжатия и расширения в соответствии с (4.18)

t.jt, = t.jt,

T,/T.,= TJT,=y. Тогда для рассматриваемого цикла

(6.4)

На рис. 6.3 приведены кривые зависимости термического КПД цикла со сго-

72 !6

Рис. б.ч. И:4менение 1/ ДВ(! с подводом теплоты при у = const в зависимости от степени сжатия при ра;1личных значениях показателя адиабаты k

ранием при у = const от степени сжатия при различных показателях адиабаты.

Увеличение КПД ДВС с ростом степени сжатия е объясняется связанным с этим повышением максимальной температуры цикла, т. е. уменьшением потерь эксергии от неравновесного горения. Максимальная степень сжатия в карбюраторных двигателях ограничивается самовоспламенением топливовоздушной смеси и не превышает 9-10. В дизелях, в которых поршень сжимает воздух, е 18, что позволяет существенно повысить КПД цикла. Однако при одинаковых степенях сжатия цикл с подводом теплоты при р =const, реализуемый в дизелях, имеет меньший КПД, чем цикл с подводом теплоты при ц = const, поскольку при одинаковом количестве отданной холодному источнику теплоты количество подведенной при и = const (по линии 2-3 на рис. 6.2, б) теплоты больше, чем при р = const (линия 2-7). При сгорании при p = const максимальная температура горения, как это видно из рис. 6.2, б, оказывается меньше, чем при у = const, а значит, потери эксергии от неравновесного горения выше.

Используя в качестве рабочего тела неразбавленные продукты сгорания (с максимальной эксергией), ДВС имеют самый высокий из всех тепловых машин КПД. Однако инерционные силы, связанные с возвратно-поступательным движением поршня, возрастают с увеличением как размеров цилиндра, так и частоты вращения вала, что затрудняет создание ДВС большой мощности. Большим их недостатком являются и высокие требования к качеству потребляемого топлива (жидкого или газа).

ДВС оказываются незаменимыми на транспортных установках (прежде всего автомобили, тепловозы и небольшие самолеты) и применяются в качестве небольших стационарных двигателей.

.,3. ЦИКЛ ГА.30ТУРБИНН0Й УСТАНОВКИ

В циклах ДВС рабочее тело выбрасывается из цилиндра с температурой Ti и давлением р, которые превышают

Топливо

Рис. 6.4. Схема газотурбинной установки

соответствующие параметры окружающей среды Ро, Го, практически совпадающие с Pi, Т\. Поэтому циклам ДВС присущи потери эксергии из-за недорасши-рения газов до параметров окружающей среды. Их удается значительно сократить в циклах газотурбинных установок.

Принципиальная схема газотурбинной установки (ГТУ) представлена на рис. 6.4. Воздушный компрессор К сжимает атмосферный воздух, повышая его давление от pi до рг и непрерывно подает его в камеру сгорания КС. Туда же специальным нагнетателем Н непрерывно подается необходимое количество жидкого или газообразного топлива. Образующиеся в камере продукты сгорания выходят из нее с температурой Гз и практически с тем же давлением (если не учитывать сопротивления), что и на выходе из компрессора (рз = р2). Следовательно, горение топлива (т. е. подвод теплоты) происходит при постоянном давлении.

В газовой турбине Т продукты сгорания адиабатно расширяются, в результате чего их температура снижается до Ti, а давление уменьшается до атмосферного р]. Весь перепад давлений рл - р\ используется для получения технической работы в турбине /те . Большая часть этой работы /к расходуется на привод компрессора; разность /тех - / является полезной и используется, например, на производство электроэнергии в электрическом генераторе ЭГ или на другие цели (при использовании жидкого топлива расход энергии на привод топливного насоса невелик, и в первом приближении его можно не учитывать).

Рис. (i.T). Цикл гл.ютурбимиой установки; а и р, и-координ;пах; 6 в Т, -координатах

Заменив сгорание топлива изобар- нию давления воздуха после компрессо-ным подводом теплоты (линия 2-3 на ра к давлению перед ним pi, т. е. л = рис. 6.5), а охлаждение выброшенных =p2/pi. Выразим отнои]ение температур в атмосферу продуктов сгорания - изо- в формуле (6.5) через степень повыше-барным отводом теплоты (линия 4-1), ния давления из уравнения адиабаты: получим цикл газотурбинной установки г /г / / c-i)/*

1-2-3-4 \/ 2~\PlP2l - l/л

Полезная работа / изображается j- jj ) ,) (Т j -

площадью, заключенной внутри контура

цикла (площадь 1-2-3-4). На рис. 6.5, а =(р/р. )(* (Г/Г,) (р,/р )*

виднo, что полезная работа равна разно- yPIPv з/

сти между технической работой, полу- поскольку p4 = pi и р;, = р2, то Ti/T\ =

ченной в турбине (площадь 6-3-4-5), =Тз/Т2. и технической работой, затраченной на Из (6.5) получим

привод компрессора (площадь 6-2-1-5). [ - i)/* (g g)

Площадь цикла 1-2 3-4 в 7 , s-диаграмме

эквивалента этой же полезной работе При/г = 1,33 формула (6.6) дает сле-

(рис. 6.5, б). Теплота, превращенная дующие значения т), для различных ве-

в работу, получается как разность между личин л: количествами подведенной (площадь

8-2-3-7) и отведенной qi (площадь 1-4-7- л........ 2 ,Ч 4 .З (j

(?) теплоты. Коэффициент полезного дей- И) 24 29 3.3 , >

ствия идеального цикла ГТУ

Продолжение

= 1 1 п........ 7 8 9 10

q, CpiT-T) i %......38,.5 40 5 42 43 5

Г, (Т./Т. - I)

= I----AJll-(6,5)

Г.2 (Т.,/Г.2 - 1) Коэффициент полезного действия

идеального цикла непрерывно возрастает При этом теплоемкость с принята для с увеличением л. Это связано с унеличс-простоты постоянной. нием температуры в конце процесса сжа-Одной из основных характеристик тия и соотнетственно температуры га-цикла газотурбинной установки является зов перед турбиной Тз. На рис, 6,5, б от-с 1 е п е н ь повышения д а в л е- четливо видно, что цикл 1-2-3-4, и кото-н н я в компрессоре л, равная отноше- ром я больше, экономичнее цикла 1-2-3-

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.