Цикл со смешанным подводом теплоты

Двигатели с постепенным сгоранием топлива при р = const имеют некоторые недостатки. Одним из них является наличие компрессора, применяемого для подачи топлива, на работу которого расходуется от общей мощности двигателя 6—10%, что усложняет конструкцию и уменьшает экономичность двигателя. Кроме того, необходимо иметь сложные устройства насоса, форсунки и т. д. Установка имеет боль­шой вес.

Стремление упростить и улучшить работу таких двигателей при­вело к созданию бескомпрессорных двигателей, в которых производит­ся механическое распыливание топлива при давлениях 500 — 700 бар. Проект бескомпрессорного двигателя высокого сжатия со смешанным подводом теплоты разработал русский инженер Г. В. Тринклер. Этот двигатель лишен недостатков обоих разобранных типов двигателей. Жидкое топливо топливным насосом подается через топливную форсун­ку в головку цилиндра в виде мельчайших капелек. Попадая в нагре­тый воздух, топливо самовоспламеняется и горит в течение всего периода, пока открыта форсунка: в начале при постоянном объеме, а за­тем при постоянном давлении.

Идеальный цикл двигателя со смешанным подводом теплоты изобра­жен на pu- и Тs-диаграммах на рис. 7.8. Рабочее тело с пара­метрами p₁, u₁ и Т₁ сжимается по адиабате 1-2 до точки 2. По изохоре 2-3 к рабочему телу подводится первая доля теплоты q₁¢. По изобаре 3-4 подводится вторая доля теплоты q₁". От точки 4 рабочее тело расширя­ется по адиабате 4-5. И, наконец, по изохоре 5-1 рабочее тело возвра­щается в первоначальное состояние — в точку 1, при этом отводится теплота q₂ и теплоприемник.

Рис. 7.8 Идеальный цикл двигателя со смешанным подводом теплоты.

Характеристиками цикла являются:

- степень сжатия ,

- степень повышения давления ,

- степень предварительного расширения r = u₃/u₂

Определим термический КПД цикла, полагая, что теплоемкости c_u и с_р и их отношение k = с_р/с_u постоянны.

Термический КПД цикла равен:

.

Первая доля подведенной теплоты составляет

.

Вторая доля подведенной теплоты равна

.

Количество отведенной теплоты

.

Термический КПД равен:

.

Параметры рабочего тела во всех характерных точках цикла равны:

в точке 2

; ;

Þ

в точке 3

; ;

Þ ;

в точке 4

; ;

Þ ;

в точке 5

; ;

, но

.

Подставив полученные значения температур всех типичных точек в выражение для термического КПД цикла, получим

Или

.*

Из полученного уравнения следует, что КПД цикла зависит от величи­ны k, от степеней сжатия, повышения давления и предварительного расширения. С увеличением e, k и l КПД цикла возрастает, а с уве­личением r КПД уменьшается.

Для этих двигателей обычно принимают e = 12…18, l = 1,2…1,7 и r = 1,1…1,5. Цикл со смешанным подводом теплоты обобщает два исследованных цикла и из уравнения (*) можно получить КПД циклов с изохорным и изобарным подводом теплоты.

Если допустить, что l = 1, то цикл со смешанным подводом теплоты превращается в цикл с изобарным подводом теплоты, а из уравнения (*) получаем уравнение КПД этого цикла. Если принять, что r = 1, то цикл со смешанным подводом теплоты превращается в цикл с изохорным подводом теплоты, а из уравнения (*) получаем уравнение КПД этого цикла.

Теоретическая полезная работа l', которую производит 1 кг рабо­чего тела за один цикл, равна разности работ расширения и сжатия:

Среднее индикаторное давление в цикле со смешанным подводом теплоты равно:

.