Теплосиловые установки. Термодинамический анализ циклов ДВС

В качестве конструктивного параметра принимаем изменение отношения полного объема цилиндра к объему камеры сгорания ε = va/vc
Рисунок 8 – Цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме.
Рабочее тело - 1 кг воздуха (считать идеальным газом).
Параметры состояние рабочей смеси в исходной точке 1составляет
температура T1=273+3∙B = (273 + 3·9) = 300 0К,
давление P1=1∙105нм2 = 0,1 МПа.
Количество подведенной теплоты q1=700 Кдж..
Переменное значение степени сжатия принять из ряда:
ε=5+B4∙n+n , где n=1; 2; 3; тогда при В = 9, имеем:
при n1 =1; ε1 = 5 + 9·1/4 = 7,25;
при n2 =1; ε2 = 5 + 9·2/4 = 9,5;
при n3 =1; ε3 = 5 + 9·3/4 = 11,75.
Определите параметры состояния рабочей смеси в характерных точках цикла и термический КПД цикла при переменном значении степени сжатия:
Решение представить в письменной и табличной форме.
Цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме, состоит из следующих процессов:
(1-2) - адиабатическое сжатие; (2-3) - изохорное повышение давления ;
(3-4) - адиабатическое расширение; (4-1) - изохорное снижение давления.
Таблица 3 Результаты расчетов
Степень сжатия ε
Значения параметров в характерных точках цикла КПД
ηt
P1, МПа V1, м3 К P2, МПа V2, м3 T2, К P3, МПа V3, м3 T3, К P4, МПа V4, м3 T4, К ηt
7,25 0,1 0,861 300 1,601 0,119 663 3,963 0,119 1641 0,247 0,861 743 0,547
9,5 0,1 0,861 300 2,338 0,091 738 5,436 0,091 1716 0,233 0,861 697 0,594
11,75 0,1 0,861 300 3,148 0,073 804 6,977 0,073 1782 0,222 0,861 665 0,627
Для ДВС с подводом теплоты q1 при v = const, термический КПД определяется по формуле ηt = 1 - 1/εk-1 . Принимая для воздуха, как для идеального газа k = 1,4, производим расчет при переменном значении степени сжатия ε.
ηt1 = 1 - 1/7,251,4-1 = 0,547; ηt2 = 1 - 1/9,51,4-1 = 0,594; ηt3 = 1 - 1/11,751,4-1 = 0,627;
Вывод: С повышением степени сжатия, термический КПД - повышается.
Параметры точки 1: Р1 = 0,1 МПа (задано); T1 = 300 К (задано); V1 = R·T1/P1 = 287·300/(0,1·106) = 0,861 м3.
Параметры точки 2: V2 = V1/ε ; P2 = P1·εk; T2 = T1· εk-1;
ε1 = 7,25: P2 = P1·εk = 0,1·7,251,4 = 1,601 МПа; T2 = 300·7,251,4-1 = 663 К; V2 = 0,861/7,25 = 0,119 м3,
ε2 = 9,5: P2 = P1·εk = 0,1·9,51,4 = 2,338 МПа; T2 = 300·9,51,4-1 = 738 К; V2 = 0,861/9,5 = 0,091 м3,
ε3 = 11,75: P2 = P1·εk = 0,1·11,751,4 = 3,148 МПа; T2 = 300·11,751,4-1 = 804 К; V2 = 0,861/11,75 = 0,073 м3,
Вывод: С повышением степени сжатия, давление и температура - растут, а объем - уменьшается.
Параметры точки 3: Температуру точки 3, определим из формулы подвода заданной теплоты q1 = cv·(T3 - T2), отсюда находим:
T3 = T2 + q1/cv, где cv = 0,716 кДж/(кг·К) и q1 = 700 кДж (задано); V3 = V2; P3 = P2·T3/T2
ε1 = 7,25: T3 = 663 + 700/0,716 = 1641К; P3 =1,601·1641/663 = 3,963 МПа;
ε2 = 9,5: T3 = 738+ 700/0,716 = 1716К; P3 = 2,338·1716/738 = 5,436 МПа;
ε3 = 11,75: T3 = 804+ 700/0,716 = 1782 К; P3 = 3,148·1782/804 = 6,977 МПа.
Вывод: С повышением степени сжатия, давление и температура - растут, а объем - остается постоянным.
Параметры точки 4: V4 = V1 = 0,861 м3; P4 = P3/εk ; T4 = T3/εk-1.
ε1 = 7,25: P4 = 3,963/7,251,4 = 0,247 МПа; T4 =1641/7,250,4 = 743 К,
ε2 = 9,5: P4 = 5,436/9,51,4 = 0,233 МПа; T4 = 1716/9,50,4 = 697 К,
ε3 = 11,75: P4 = 6,977/11,751,4 = 0,222 МПа; T4 = 1782/11,750,4 = 665 К.
Результаты расчетов помещаем в таблицу 3.
Вывод: Так как основной показатель (параметр) эффективности (экономичности) является термический КПД двигателя, то на основании величин этого параметра можно сделать однозначный вывод, что с увеличением степени сжатия ε, его величина - увеличивается и следовательно ДВС более эффективен, так как более экономичен.