Идеальным циклом двигателя называется круговой замкнутый обратимый цикл, представляющий собой совокупность последовательных процессов, совершаемых идеальным газом в цилиндре идеальной машины. При идеальном цикле допускаются следующие отступления: 1. с идеальным газом, находящимся в цилиндре, совершаются только физические, по не химические изменения, т. е. состав и масса газа остаются постоянными;
2. тепло подводится к газу извне, а не в процессе сгорания топлива в цилиндре;
3. процессы сжатия и расширения совершаются по адиабатам, т. е. без теплообмена с внешней средой (стенки цилиндра теплонепроницаемые и трение между поршнем и стенками цилиндра отсутствует);
4. теплоемкость газа не зависит от температуры;
5. выпуск отработавших газов заменяется передачей некоторого количества тепла холодному источнику при постоянном объеме. Идеальные циклы применяют для исследования действительных циклов, происходящих в реальных двигателях, и сравнения по степени использования тепла различных типов двигателей независимо от их конструктивных особенностей.
Различают идеальные циклы: с подводом тепла при постоянных объеме и давлении и смешанным подводом тепла. Лучшим для современных судовых двигателей внутреннего сгорания является цикл со смешанным подводом тепла. На рис. 198 показаны диаграммы этого цикла в координатах р, V и Т, s. Основными процессами цикла являются: ас — адиабатное сжатие: сz' — изохорный подвод тепла Qp1; z'z — изобарный подвод тепла Qp1; zе — адиабатное расширение и еа — отвод тепла Q2 к холодному источнику по изохоре.
Основные характеристики цикла следующие:Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра Va к объему в конце сжатия Vс
Степень повышения давления — отношение давления рz в конце подвода тепла к давлению рс в конце сжатия
Степень предварительного расширения — отношение объема Vz в конце подвода тепла к объему Vс в конце сжатия
Степень последующего расширения — отношение объема Vе в конце расширения к объему Vz в конце подвода тепла
Так как Vе=Vа, то из произведения
Термический к. п. д. — отношение количества тепла, превращенного в работу в цилиндре идеальной машины, к количеству тепла, затраченному на совершение работы:
Подставив значение для количества подведенного и отведенного тепла и произведя некоторые преобразования (из курса технической термодинамики), получим окончательное выражение для термического к. п. д. смешанного цикла:
Из этого выражения следует, что термический к. п. д. возрастает с повышением степени сжатия, показателя адиабаты k и степени повышения давления и уменьшается при увеличении степени предварительного расширения. При перегрузках вследствие повышенной подачи топлива величина возрастает, что приводит к уменьшению экономичности двигателя.
Расчетный или теоретический цикл отличается от идеального и действительного, занимая между ними промежуточное положение. В расчетном цикле учитывают все явления, имеющие место в действительном цикле, но полагают, что сжатие и расширение протекают с постоянными показателями политроп. Процессы наполнения и выпуска полагают протекающими при неизменных давлениях, причем начало и конец каждого процесса совпадают с моментом прихода поршня в крайние положения. Процессы сгорания топлива считают происходящими сперва при V = const, затем при р = const.
На рис. 199 приведены схемы действительного и расчетного циклов дизеля со смешанным подводом тепла.
Циклы двухтактных ДВС отличаются от циклов четырехтактных только процессами наполнения цилиндров и выпуска отработавших газов: у двухтактных ДВС они совмещены.
Действительный цикл ДВС, под которым понимают ряд последовательно повторяющихся в цилиндре процессов, обусловливающих работу двигателя, значительно отличается от идеального. Количество газа в действительном цикле меняется: с ним происходят не только физические, но и химические изменения. Подвод тепла осуществляется не извне, а за счет сжигания топлива внутри цилиндра. Вследствие теплообмена с окружающей- средой процессы расширения и сжатия происходят не адиабатно, а политропно, причем показатели политроп непрерывно изменяются. После окончания каждого действительного цикла отработавший газ не возвращается в первоначальное состояние, а удаляется из цилиндра. Вместо него цилиндр заполняется свежим зарядом. Процессы наполнения цилиндра и выпуска газов происходит при переменном давлении. Начало и конец процессов выпуска и наполнения не совпадают с моментами прихода поршня в крайние положения. Процесс сгорания происходит не при V = const и р = const как в идеальном цикле, а представляет более сложный процесс.
Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок - видео
Основы теплотехники. Круговой процесс. Циклы ДВС. Цикл Карно. Характеристики циклов - видео
1. с идеальным газом, находящимся в цилиндре, совершаются только физические, по не химические изменения, т. е. состав и масса газа остаются постоянными; 2. тепло подводится к газу извне, а не в процессе сгорания топлива в цилиндре; 3. процессы сжатия и расширения совершаются по адиабатам, т. е. без теплообмена с внешней средой (стенки цилиндра теплонепроницаемые и трение между поршнем и стенками цилиндра отсутствует); 4. теплоемкость газа не зависит от температуры; 5. выпуск отработавших газов заменяется передачей некоторого количества тепла холодному источнику при постоянном объеме. Идеальные циклы применяют для исследования действительных циклов, происходящих в реальных двигателях, и сравнения по степени использования тепла различных типов двигателей независимо от их конструктивных особенностей.
Различают идеальные циклы: с подводом тепла при постоянных объеме и давлении и смешанным подводом тепла. Лучшим для современных судовых двигателей внутреннего сгорания является цикл со смешанным подводом тепла. На рис. 198 показаны диаграммы этого цикла в координатах р, V и Т, s. Основными процессами цикла являются: ас — адиабатное сжатие: сz' — изохорный подвод тепла Qp1; z'z — изобарный подвод тепла Qp1; zе — адиабатное расширение и еа — отвод тепла Q2 к холодному источнику по изохоре. Основные характеристики цикла следующие: Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра Va к объему в конце сжатия Vс
Степень повышения давления — отношение давления рz в конце подвода тепла к давлению рс в конце сжатия
Степень предварительного расширения — отношение объема Vz в конце подвода тепла к объему Vс в конце сжатия
Степень последующего расширения — отношение объема Vе в конце расширения к объему Vz в конце подвода тепла
Так как Vе=Vа, то из произведения
Термический к. п. д. — отношение количества тепла, превращенного в работу в цилиндре идеальной машины, к количеству тепла, затраченному на совершение работы:
Подставив значение для количества подведенного и отведенного тепла и произведя некоторые преобразования (из курса технической термодинамики), получим окончательное выражение для термического к. п. д. смешанного цикла:
Из этого выражения следует, что термический к. п. д. возрастает с повышением степени сжатия, показателя адиабаты k и степени повышения давления и уменьшается при увеличении степени предварительного расширения. При перегрузках вследствие повышенной подачи топлива величина возрастает, что приводит к уменьшению экономичности двигателя. Расчетный или теоретический цикл отличается от идеального и действительного, занимая между ними промежуточное положение. В расчетном цикле учитывают все явления, имеющие место в действительном цикле, но полагают, что сжатие и расширение протекают с постоянными показателями политроп. Процессы наполнения и выпуска полагают протекающими при неизменных давлениях, причем начало и конец каждого процесса совпадают с моментом прихода поршня в крайние положения. Процессы сгорания топлива считают происходящими сперва при V = const, затем при р = const.
На рис. 199 приведены схемы действительного и расчетного циклов дизеля со смешанным подводом тепла. Циклы двухтактных ДВС отличаются от циклов четырехтактных только процессами наполнения цилиндров и выпуска отработавших газов: у двухтактных ДВС они совмещены. Действительный цикл ДВС, под которым понимают ряд последовательно повторяющихся в цилиндре процессов, обусловливающих работу двигателя, значительно отличается от идеального. Количество газа в действительном цикле меняется: с ним происходят не только физические, но и химические изменения. Подвод тепла осуществляется не извне, а за счет сжигания топлива внутри цилиндра. Вследствие теплообмена с окружающей- средой процессы расширения и сжатия происходят не адиабатно, а политропно, причем показатели политроп непрерывно изменяются. После окончания каждого действительного цикла отработавший газ не возвращается в первоначальное состояние, а удаляется из цилиндра. Вместо него цилиндр заполняется свежим зарядом. Процессы наполнения цилиндра и выпуска газов происходит при переменном давлении. Начало и конец процессов выпуска и наполнения не совпадают с моментами прихода поршня в крайние положения. Процесс сгорания происходит не при V = const и р = const как в идеальном цикле, а представляет более сложный процесс.
