Ответы на экзаменационные вопросы № 1-84 по дисциплине "Рабочие процессы, конструирование и основы расчета энергетических установок" (Термодинамические циклы ДВС их особенности. Способы автоматического регулирования температурного режима двигателя)

Вопрос №1. Термодинамические циклы ДВС их особенности, показатели эффективности и экономичности.

Термодинамический цикл- обратимый круговой процесс, в котором теплота превращается в мех. работу с минимальными потерями, этот минимум определяется 2-ым законом термодинамики.

При рассмотрении термодинамических циклов делают следующие допущения:

1.  Процесс преобразования теплоты происходит в замкнутом объеме с неизменным количеством рабочего тела;

2.  Состав рабочего тела и теплоемкость являются постоянными;

3.  Тепло в цикле подводится мгновенно в определенный момент;

4.  Процессы расширения и сжатия являются адиабатными, при чем с постоянным значением показателя адиабаты.

Использование теплоты в двигателе характеризуется КПД, а экономичность двигателя- количеством израсходованной теплоты на единицу мощности.

В соответствии со вторым законом термодинамики для теоретического цикла, совершаемого 1кг рабочего тела, термический КПД

абсолютное значение количества теплоты, отданной за цикл холодному источнику, Дж/кг; количество теплоты, подведенной за цикл; работа, совершаемая 1 кг рабочего тела за цикл, .

Для любого замкнутого цикла совершаемая опр. количеством кг рабочего тела работа:

,

В координатах P-V эта работа определяется площадью внутри контура, описывающего цикл. Для сопоставления рабочих циклов, совершаемых в двигателях с различными размерами цилиндров, работу принято относить к единице рабочего объема, т.е разности объемов V_max-V_min. С этой целью площадь, определяющую работу цикла L_Ц , можно условно заменить площадью прямоугольника с основанием V_max-V_min . Высота прямоугольника:

Характеризует удельную работу, т.е работу приходящуюся на единицу рабочего объема, МПа.(среднее давление цикл)

Выделяют  три основных цикла ДВС:

-цикл с подводом тепла при постоянном объеме (подвод и отвод тепла осуществляется при V=const, а уравнение процесса имеет вид pV^k=const);

-цикл с подводом тепла при постоянном давлении (подвод тепла в таком цикле осуществляется при P=const, а отвод при V=const, а уравнение процесса имеет вид

TV^k-1=const);

-цикл со смешанным подводом теплоты (часть теплоты подводиться при постоянном объеме, а часть при постоянном давлении, отводится теплота при постоянном объеме, а уравнение процесса имеет вид TV^k-1=const).

Вопрос №2. Теоретический цикл с подводом теплоты при V=const. Влияние различных факторов на показатели цикла.

Теоретический цикл с подводом теплоты при постоянном объеме- есть цикл, в котором подвод и отвод теплоты происходят только при постоянном объеме.

ac и zb- адиабатное расширение и сжатие.

pV^k=const; TV^k-1=const; ε=

λ=отношение давления в конце сжатия к давлению в начале сжатия- степень повышения давления.

термический КПД оценивает экономичность цикла.

Где: , тогда:

При ;

Аналогично посчитается работа адиабатного расширения:

….

Эффективность цикла оценивается средним давлением цикла (удельная работа цикла).

 -такое давление, при котором работа газа за один ход совершается: сколько работы снимаем с одного объема.

Факторы, влияющие на термический КПД.

,снижая , увеличиваем термический КПД.

k=1,3-продукты сгорания; k=1,35- продукты сгорания с воздухом.

; - прямая зависимость.

    С ростом степени сжатия больше 10-ти возникают детонационные способности топлива.

Для данного цикла повышение степени сжатия выше 12-ти нецелесообразно, поскольку прирост термического КПД  незначительный; в действительных циклах ужесточается антидетонационные требования к топливу.

Прирост КПД с повышением   до 20 единиц не больше 1,5%.

степень последующего расширения.

Вопрос№3. Теоретический цикл с подводом теплоты при P=const. Основные закономерности цикла.

Этот цикл использовался ранее для «компрессорных дизелей». Топливо вводилось в цилиндр и распиливалось за счет сжатого газа.

 ;  ;  ;

 ;

Данный цикл характеризуется тем, что как и в цикле с подводом теплоты при постоянном объеме и  возрастают с ростом и  , но при любых степенях сжатия этого цикла значение  всегда будет меньше аналогичного при цикле с подводом тепла при постоянном объеме;

При увеличении , термический КПД падает, т.к возрастает при этом  и снижается количество полезной работы;

При малых  и больших   цикл не существует , т.к  должно быть меньше ;

Цикл в реальном ДВС может исполняться только при  и при минимально возможных нагрузках.

В компрессорных двигателях, лучше всего работа без нагрузок