Термодинамічні цикли поршневих двигунів

Лекція 2. Термодинамічні і робочі цикли поршневих двигунів

У ДВЗ перетворення теплової енергії в механічну роботу здійснюється відповідно до кругових термодинамічних процесів.

Згідно з другим законом термодинаміки навіть у ідеальній тепловій машині оборотні термодинамічні цикли неможливі без передачі частини теплової енергії холодному джерелу. Такі цикли називають термодинамічними або теоретичними (ідеальними). Стосовно ДВЗ їх досліджують з метою оцінки найбільшої потужності та економічності при реалізації конкретного циклу, визначення можливого коефіцієнта корисної дії тощо.

Термодинамічні цикли ДВЗ залежно від способу відведенням теплоти ділять на цикли з неповним та повним розширенням робочого тіла.

За циклом з неповним розширенням робочого тіла працюють двигуни без наддуву. У свою чергу за способом підведення теплоти вони діляться на три групи:

– підведеням теплоти при сталому об’ємі (V = const). За цим циклом працюють двигуни з іскровим запалюванням (рис. 2.1 а);

– з підведенням теплоти при сталому тиску (р = const). За цим циклом працюють компресорні дизелі, в яких впорскування палива в циліндр здійснюється стиснутим повітрям (рис. 2.1 б);

– із змішаним підведенням теплоти, коли одна частина теплоти Q^ʹ₁ підводиться при сталому об’ємі, а друга Q^”₁ – при сталому тиску. За цим циклом працюють сучасні безкомпресорні дизелі (рис. 2.1 в).

У всіх трьох циклах теплота відводиться при V = const.

Рис. 2.1 Термодинамічні цикли з неповним розширенням робочого тіла

На рисунку 2.1 інтервали між характерними точками означають:

1 – 2 – адіабатний стиск; 2 – 3 – підведення теплоти; 3 – 4 – адіабатне розширення; 4 – 1 – відведення теплоти. Q₁ (Q₁= Q^ʹ₁+ Q^”₁ – при змішаному підведенні теплоти) – кількість підведеної теплоти,. Q₂ – кількість відведеної теплоти.

Термодинамічні цикли з повним розширенням робочого тіла за способом підведення теплоти Q₁ діляться на два види:

– з підведенням теплоти при V = const (рис. 2.2 а);

– з підведенням теплоти при р = const (рис. 2.2 б).

В обох випадках відведення теплоти здійснюється при р = const. За вказаними циклами працюють газотурбінні і реактивні двигуни (переривчастої – рис. 2.2 а і безперервної – рис. 2.2 б дії).

Рис. 2.2 Термодинамічні цикли з повним розширенням робочого тіла

У двигунів з газотурбінним наддувом отримують цикли з продовженим розширенням і відведенням теплоти при сталому тиску. При цьому неповне розширення відбувається в циліндрах ДВЗ, а наступне повне – у газовій турбіні турбокомпресора. Такі ДВЗ називають комбінованими.

У газовій турбіні може здійснюватись цикл підведення теплоти за сталого об’єму (імпульсна газова турбіна, на яку безпосередньо спрямовуються з циліндрів ДВЗ відпрацьовані гази), або цикл підведення теплоти за сталого тиску (відпрацьовані гази з циліндрів спочатку надходять у випускний колектор збільшеного об’єму, а з нього – у газову турбіну).

У циклі ДВЗ з імпульсною турбіною використовується кінетична енергія відпрацьованих газів.

На рис. 2.3 а s –а – адіабатний стиск у компресорі; а – с – адіабатний стиск у циліндрі двигуна; c – z – z^’ – змішане підведення теплоти; z – b – адіабатне розширення газів у циліндрі двигуна; b – f – продовжене розширення газів у випускному трубопроводі й газовій турбіні; f – s – відведення теплоти при сталому тиску.

Рис. 2.3 Термодинамічні цикли двигунів з газотурбінним наддувом

На рис. 2.3 б наведено цикл з надходженням газів на турбіну при сталому тиску: s –а – адіабатний стиск у компресорі; а – с – адіабатний стиск у циліндрі двигуна; c – z^’ – z – змішане підведення теплоти; z – b – адіабатне розширення газів у циліндрі двигуна; b – a – відведення теплоти при V = const із циліндра; а – е – підведення теплоти, відведеної з циліндра, у газову турбіну при р = const; продовжене розширення газів у випускному трубопроводі й газовій турбіні; е – f – адіабатне розширення в турбіні; f – s – відведення теплоти при сталому тиску.

Дата добавления: 2014-01-15