Цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания пожарного автомобиля имеет следующие характеристики

Уточнение теплофизических свойств рабочего тела (продуктов сгорания)
Идеальный газ является двух параметрическим веществом. Применительно к его теплофизическим свойствам это означает, что два параметра определяют все остальные.
Например, если в качестве базовых параметров назначаются удельная изобарная теплоёмкость cp=1050 Дж/кг∙К и молярная масса продуктов сгорания μ=35 кг/кмоль, остальные параметры будут следующие:
Газовая постоянная продуктов сгорания
R=R0μ=8314,4635=237,56Джкг∙К;
Удельная изохорная теплоёмкость продуктов сгорания
cv=cp-R=1050-237,56=812,44 Джкг∙К ;
Показатель адиабаты продуктов сгорания
k=cpcv=1050812,44 =1,292 .
Если в качестве базовых параметров выбрать удельную изобарную теплоёмкость cp=1050 Дж/кг∙К и удельную изохорную теплоёмкость продуктов сгорания cv=720 Дж/кг∙К, получим:
Показатель адиабаты продуктов сгорания
k=cpcv=1050720 =1,458 ;
Газовая постоянная продуктов сгорания
R=cp-cv=1050-720=330Джкг∙К;
Молрная масса продуктов сгорания
μ=R0R=8314,46330=25,195кгкмоль .
Наконец, если в качестве базовых параметров выбрать удельную изохорную теплоёмкость cv=720 Дж/кг∙К и молярную массу продуктов сгорания μ=35 кг/кмоль, остальные параметры будут следующие:
Газовая постоянная продуктов сгорания
R=R0μ=8314,4635=237,56Джкг∙К;
Удельная изобарная теплоёмкость продуктов сгорания
cp=cv+R=720+237,56=957,54 Джкг∙К ;
Показатель адиабаты продуктов сгорания
k=cpcv=957,54 720 =1,330 .
Для горячих продуктов сгорания наиболее правдоподобно выглядит первый вариант параметров, где за основу были выбраны cp и μ.
Просто, если cp, cv, R и k не будут согласованы, у нас не выполнится условие ∆sij=0 для процессов цикла.
Имеем:
Таблица 8.2 . Теплофизические свойства продуктов сгорания
Параметр Значение
молярная масса μ, кгкмоль
35
удельная изобарная теплоёмкость cp, Джкг∙К
1050
удельная изохорная теплоёмкость cv , Джкг∙К
812,44
газовая постоянная R , Джкг∙К;
237,56
показатель адиабаты k=cpcv
1,292
Предложенный для расчета цикл – это цикл с изохорным подводом теплоты, или цикл Отто, характерный для бензиновых карбюраторных двигателей, двигателей, работающих на сжиженном газе или двигателей с инжекторным впрыском топлива.
Расчет основных точек цикла
Точка 1 — начало политропного сжатия воздушно-бензиновой смеси
Для расчета используем термическое и калорическое уравнение состояния идеального газа.
p1=99 кПа.
T1=t1+273=-10+273=263 K .
v1=RT1p1=237,56∙26399∙103=0,6311 м3кг.
u1=u0+cvT1-T0=cv∙t1=0,81244∙-10==-8,1244кДжкг.
s1=s0+cplnT1T0-Rlnp1p0=0+1050∙ln263273-237,56∙ln99101,325=-33,67 Джкг∙К.
где s0T0;p0=0- обозначает тот факт, что нулевой уровень энтропии назначен при температуре T0 и давлении p0. За нулевые выбраны нормальные условия:
T0=0 ℃=273,15 K; p0=760 мм рт.ст.=101,325 кПа.
Точно также нулевым уровнем внутренней энергии u0=0 принята внуренняя энергии при температуре T0=0 ℃=273,15 K.
Точка 2 — конец политропного сжатия воздушно-бензиновой смеси, начало изохорного сгорания
v2=v1ε=0,6311 7,5=0,0841 м3кг .
p2p1=v1v2n1=εn1;
p2=p1v1v2n1=p1εn1=99∙7,51,31=1386,6 кПа .
T2=p2v2R=1386,6∙103∙0,0841237,56=491,2 K .
t2=T2-273=491,2-273-218,2 ℃.
u2=cv∙t2=0,81244∙218,2=177,24кДжкг.
s2=cplnT2T0-Rlnp2p0=1050∙ln491,2273-237,56∙ln1386,6101,325=
=-4,85 Джкг∙К.
Точка 3 — конец изохорного сгорания, начало расширения (рабочего процесса)
v3=v2=0,0841 м3кг .
p3=λ∙p2=4∙1386,6=5546,6 кПа .
T3=λ∙T2=4∙491,2=1964,6 K .
t3=T3-273=1964,6-273=1691,6 ℃.
u3=cv∙t3=0,81244∙1691,6=1374,37кДжкг.
s3=cplnT3T0-Rlnp3p0=1050∙ln1964,6273-237,56∙ln5546,6101,325=
=1121,43 Джкг∙К.
Точка 4 — конец политропного расширения (рабочего процесса), начало отвода теплоты
v4=v1=0,6311 м3кг.
p4=p3v3v4n2=p31εn2=p3εn2=5546,67,51,28=420,7 кПа .
T4=p4v4R=420,7∙103∙0,6311237,56=1117,6 K .
Иначе, для проверки
T4=T3v3v4n2-1=T31εn2-1=T3εn2-1=1964,67,51,28-1=1117,55 K .
t4=T4-273=1117,55-273=844,6 ℃.
u4=cv∙t4=0,81244∙844,6=686,15кДжкг.
s4=cplnT4T0-Rlnp4p0=1050∙ln1117,55273-237,56∙ln420,7101,325=
=1141,73 Джкг∙К.
Результаты расчета занесем в таблицу 8.3
Таблица 8.3