Расчёт циклов двигателя внутреннего сгорания. Определение параметров рабочего тела в характерных точках. Расчет положений промежуточных точек по каждому процессу. Расчет основных параметров рабочего тела

I.  Начальные параметры и степени сжатия

Р₁=

T₁=

       - степень сжатия

        -степень повышения давления в цилиндре

       - степень предварительного расширения

II. Определение параметров рабочего тела в характерных точках (1,2,3,4,5).

Процесс 1-2.

Адиабатное сжатие рабочего тела в цилиндре в начальном положении поршня (точка1) всасывающий клапан закрыт, после чего при ходе поршня верх (точка2) рабочая смесь в цилиндре сжимается адиабатно (линия 1-2).

В ходе расчетов трение и теплообмен поршня с цилиндром не учитывается. В конце сжатия (точка2) смесь воспламеняется при помощи электрической свечи. Горение смеси происходит мгновенно, поэтому теоретически считают, что горение происходит при постоянном объеме.

Между температурами и объемами для адиабаты 1-2 существуют следующие зависимости.

Из уравнения  состояния  идеального газа Р_1*V₁=R*T₁, находим: V₁=R*T₁/Р₁

V₁=R*T₁/Р₁=

 

молекулярная масса воздуха

Так как  P_2*V₂₌ R_*T₂

 

P₂=RT₂/V₂=

Процесс  2-3.

Изохорный подвод тепла q₁ к рабочему телу в цилиндре. При расширении термодинамического цикла процесс горения заменяют условно обратимым подводом тепла к телу от горячего источника (без изменения состава тела). В результате выделения  теплоты при сгорании (подвода теплоты) давление увеличивается  по линии V=const (изохора 2-3) от Р₂ до Р₃.

Между температурами и давлениями для изохорного процесса существуют следующие зависимости:

Т₃=*Т₂=

Р₃=*Р₂=

V₂=V₃=

Процесс 3-4

Изобарный подвод тепла  к рабочему телу в цилиндре. Этот процесс характерен для дизельных двигателей при Р=const . В конце сжатия в камеру впрыскивается распыленное жидкое топливо, которое воспламеняется и горит при постоянном давлении, при этом в цикле подводится теплота .

При расчете характерной точки 4 следует учесть, что Р₃=Р₄, V₂=V_3.

Т4=Т3*=

V₄=T₄*V₃/T₃=

Процесс 4-5

Адиабатное расширение рабочего тела в цилиндре.

Этот процесс называется рабочим ходом, при этом совершается положительная работа расширения за счет внутренней энергии газов. В конце расширения

(точка 5) открывается впускной клапан. После этого мгновенно падает давление.

Для процесса 4-5  принимает соотношения для адиабатического расширения.

С учетом V₅=V₁=

Из уравнения состояния идеального газа

Процесс 5-1.

Изохорный отвод тепла q₂от рабочего тела.

В действительном процессе двигателя падение давления обусловлено выпуском части газов в атмосферу. Падение давления  происходит по изохоре V=const

Для удобства, полученные значения характерных точек  занесем в таблицу 1.

Таблица 1. Значения характерных точек цикла.

параметр	Точка 1	Точка 2	Точка 3	Точка 4	Точка 5
V, м3/кг Удел. объем
Т, К температура
Р, Па давление

III. Расчет положений промежуточных точек по каждому процессу.

Процесс 1-2.

Адиабатическое сжатие.

, где Т и V – меняющиеся параметры в интервале 1-2, т.е. промежуточные точки.

        

 Таблица 2. Промежуточные  значения  для процесса 1-2

параметр	Точка 1	11	12	13	14	15	16	Точка 2
V, м3/кг Удел. объем
Т, К температура
Р, Па давление

Объем уменьшается, давление увеличивается.

Температура  увеличивается.

Процесс 4-5.

Адиабатическое расширение.

Т  и V – меняющиеся параметры в соответствующих интервалах 4-5 (промежуточные точки)

      

Таблица 3. Промежуточные  значения  для процесса 4-5

параметр	Точка 4	41	42	43	44	45	46	Точка 5
V, м3/кг Удел. объем
Т, К температура
Р, Па давление

Объем увеличивается, давление уменьшается.

Температура уменьшается.

IV. Расчет основных параметров рабочего тела.

Процесс 1-2. Адиабатическое сжатие.

1). Теплоемкость рабочего тела С=0, т. к.  для адиабатического процесса q=0, следовательно: ,  где .

2). Показатель политропы n=к=1,41; т. к. С=0, то,

при n-k=0  ( - коэффициент распределения энергии). Значит n=к=1,41.

3). Изменение Энтальпии.

Т. к. - параметр состояния рабочего тела, который изменяется пропорционально изменению температуры, то 

Здесь изобарная и изохорная теплоемкости находятся из системы:

,
	Ср=К*СV=
=	Т=Т2-Т1=

4). Изменение энтропии

, т. к.

5) Работа процесса 1-2.

6). Располагаемая работа.

7). Подведенное и отведенное тепло q= 0, т.к. процесс адиабатический.

Сводная таблица по процессу  1-2

Теплоемкость рабочего тела: С=СV	Показатель политропы n	Изменение энтальпии.	Изменение энтропии	Работа процесса.	Располагаемая работа.	Подведенное тепло

Процесс 2-3.

Изохорный процесс  тепла

1). Теплоемкость рабочего тела:   С=С_V=

2). Показатель политропы n=, т. к.   n=

3).Изменение энтальпии.

 

4). Изменение энтропии

5). Работа процесса.

, т.к. V= const, значит dV=0. отсюда следует то, что вся теплота  идет на повышение температуры и давления.

6). Располагаемая работа.

7). Подведенное тепло

Сводная таблица по процессу  2-3

Теплоемкость рабочего тела: С=СV	Показатель политропы n	Изменение энтальпии.	Изменение энтропии	Работа процесса.	Располагаемая работа.	Подведенное тепло