Энерго-эксергетический анализ действительного рабочего цикла дизеля 4ЧН 12/14, страница 28

,                                  (4.1)

где , ,  - присоединяемый к рабочему телу М элемент соответственно в процессе наполнения, горения и отделяемый элемент в процессе выпуска.

В общем случае (для идеального рабочего тела) изменение энтропии имеет вид

,                           (4.1)

где  – внешний энергообмен рабочего тела М;

       ,  – изменение внутренней энергии и энтальпии рабочего тела М.

Выражение (4.1) в другом виде

.        (4.2)

При этом

;                                         (4.3)

;                                  (4.4)

.                                       (4.5)

Здесь , ,  – соответственно полное изменение энтропии единицы рабочего тела, изменение удельной энтропии вследствие тепловых взаимодействий в системе, изменение энтропии в результате массообменных взаимодействий в системе.

До поступления в цилиндр элемент рабочего тела  имел давление , температуру  и энтропию . После этапов вталкивания и слияния элемент  приобретает давление , температуру Т и энтропию . Кроме того, вследствие обмена теплотой между элементом  и телом М энтропия системы дополнительно изменится на . В целом изменение энтропии системы М и  в процессе наполнения за время

.                                 (4.5)

Анергия потока теплоты при теплообмене рабочего тела М со стенками цилиндра за время

.          (4.6)

В этом случае потери эксергии

.                            (4.7)

При горении топлива в цилиндре двигателя за время  вновь образуется элемент рабочего тела . После достижения им температуры  его энтальпия равна , а энтропия . С дальнейшим нагревом и достижением температуры Т и давления р энтропия элемента тела  возрастает до . В результате выделения теплоты при горении энтропия рабочего тела в цилиндре изменится на . Таким образом, анергия системы при горении за время  увеличится на

,               (4.8)

где  – анергия потока единицы вещества;

        – изменение энтропии при подводе теплоты .

После преобразования уравнение (4.8) примет вид

.                              (4.9)

Прирост эксергии рабочего тела вследствие подвода теплоты

.             (4.10)

Уравнения (4.7), (4.9) рекомендуются проф. Н.К. Шокотовым для определения потерь работоспособности, которые возникают в течение рабочего цикла в цилиндре двигателя [6].

4.2 Методика расчета энерго-эксергетического анализа процесса подвода теплоты в цикле дизеля

Метод проф. Н.К. Шокотова, изложенный в подразделе 4.1, принят за основу для разработки методики расчета энерго-эксергетического анализа действительного рабочего цикла дизеля. Отличие заключается в том, что анализу подвергается лишь рабочий цикл с выделением теплоты в процессе сгорания топлива в цилиндре дизеля на основе расчета характеристик тепловыделения в разделе 3, а не с подвод теплоты к рабочему телу, как предусмотрено Н.К. Шокотовым для идеальных циклов.

При работающем двигателе в цилиндре идут химические реакции окисления топлива и за шаг =1º п.к.в. выделяется химическая теплота

.                                 (4.11)

В свою очередь

,                                      (4.12)

где   − элементарное количество эксергии, полученной рабочим телом в цилиндре при сгорании топлива за период ;

         – элементарное количество анергии рабочего тела в цилиндре при горении топлива за период .

Из выражения (4.12)

,                                        (4.13)

где − изменение энтропии рабочего тела в процессе сгорания.

,                             (4.14)

где  − количество рабочего тела;

       − элементарное увеличение энтропии рабочего тела в процессе сгорания;

       − элементарное увеличение количества рабочего тела;

       − изменение энтропии всего рабочего тела за весь процесс.

Подставив выражение (4.14) в (4.13), получим

.                       (4.15)

Составляющие выражения (4.15):

− элементарное количество прироста анергии рабочего тела вследствие теплообмена

;                                      (4.16)