сгоранием топлива (цикл Тринклера)
В 1898г. запатентовал, а в 1904г. построен двигатель, в котором сочетались основные положительные стороны двигателей Отто и Дизеля.
1. Камера сгорания топлива (К);
2. Предкамера сгорания (П);
3. Форсунки;
4. Канал малого сечения.
При сжатии воздуха его давление в камере сгорания увеличивается быстрее чем давление в предкамере вследствие того, что при перетекании воздуха из камеры в предкамеру в каналах малого сечения 4 возникает большое сопротивление истечению. Струи воздуха, врывающиеся в предкамеру, способствуют распылению топлива. При подходе поршня к крайнему левому положению топливо самовоспламеняется ( Рвоздуха=30÷40атм, ε=18÷20, t=600÷800°C) и частично сгорает при постоянном объеме (в предкамере). Давление в предкамере быстро растет и направление потока изменяется . Несгоревшее топливо перетекает из предкамеры в камеру и догорает там при постоянном давлении.
Таким образом, двигатель Тринклера отличается от двигателя Дизеля лишь способом распыления топлива. Дорогой, ненадежный, съедающего часть мощности двигателя Дизеля компрессор заменен в двигателе Тринклера дешевой, надежной и не требующей мощности предкамерой.
| |
(2-3) изохорный процесс частичного сгорания топлива в предкамере;
(3-4) изобарное догорания топлива в камере;
(4-5) адиабатное расширение продуктов сгорания;
(5-1) изохорный выхлоп.
Параметры цикла:
; 
; 
;
Термический КПД двигателя Тринклера при k=const растет с увеличением εиλи уменьшением 
. Процесс 2-3 для этого нужно удлинять, а 3-4 - сокращать. Цикл Тринклера – обобщающий, а циклы Отто и Дизеля являются его частными случаями. Так, при 
он превращается в цикл Отто, при 
– в цикл Дизеля.
Двигатели Отто менее экономичны, чем двигатели Дизеля и Тринклера. Они применяются в легковом транспорте только из-за малых габаритов. Большинство современных ДВС работают на тяжелом топливе по циклу Тринклера, так как эти двигатели проще и надежнее, чем Дизели из-за отсутствия компрессора.
Так, двигатели Тринклера применяются на большегрузных автомо-билях (МАЗ, КРАЗ, КАМАЗ и т.д.), автобусах (Икарус и т.д.), тепловозах и т.д., тогда как двигатель Дизеля из широко известных моделей применяется лишь на японском большегрузном автомобиле фирмы КАМАЦУ.
Сравнение циклов ДВС
(у Тринклера) растет с увеличением 
, 
и уменьшением . Циклы ДВС целесообразно сравнивать в условиях одинаковых допустимых термических и механических напряжений. При этом Т отводимого тепла, количество продуктов сгорания, как и весь процесс выхлопа, во всех циклах тоже одинаковы.
Тmax= const
(1-2-3-4) – цикл Отто;
(1-2'-3-4) – цикл Дизеля;
(1-2''-3'-4) – цикл Тринклера.
Двигатели Отто менее экономичны, чем двигатели Дизеля. Они применяются в легковом транспорте. Большинство современных ДВС работают на тяжелом топливе по циклу Тринклера, так как эти двигатели проще и надежнее чем Дизели из-за отсутствия компрессора.
Способы увеличения мощности ДВС.
Форсировка – это увеличение частоты вращения вала и/или увеличение среднего давления в цилиндре. Она достигается увеличением количества сжигаемого топлива, для чего следует увеличивать и весовой заряд водуха поступающего в цилиндр. На это направлены:
– надув-подача воздуха в цилиндр под давлением;
– повышение плотности воздуха путем его охлаждения перед поступлением в цилиндр;
– продувка – очистка камеры сжатия от остатков продуктов сгорания.
Различают следующие виды надува:
– механический с приводом воздушного нагнетателя (поршневого или ротационного) от двигателя;
– газотурбинный с использованием энергии отработанных газов (труба надув).
– комбинированный.
Двухтактный карбюраторный двигатель
внутреннего сгорания
1 такт: расширение – выпуск (совершается работа)
2 такт: впрыск – сжатие.
1. Впускное окно;
2. Выпускное окно;
3. Компрессор.
При движении поршня НМТ – ВМТ поршень отсекает камеры сжатия, оба окна сжимают горючую смесь, которая в конце такта воспламеняется от искры.
Преимущества:
– теоретическая мощность выше в два раза (фактическая в 1,5 раза вследствие потери рабочего хода поршня на выхлоп);
– простота конструкции (нет клапанов, маховика);
– равномерность хода.
Недостатки:
– большие термические и механические напряжения в деталях двигателя;
– потеря свежей горечей смеси через выпускное окно.
Работают по тем же циклам.
Применяются в: мопедах, мотоциклах, лодочных и других малогабаритных установках. Гораздо шире применяются двухтактные дизельные двигатели, в которых продукты сгорания вытесняются воздухом, что позволяет избежать потерь смеси.
ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК
(ГТУ)
Преимущества ГТУ перед ДВС:
– ротационный (вращательный) принцип работы. Возможность увеличения мощности за счет увеличения частоты вращения ротора;
– полное расширение продуктов сгорания до давления окружающей среды;
– отсутствие водяного охлаждения, малый расход смазочных материалов;
– простота конструкции и эксплуатации;
– малые габариты и вес.
Различают следующие циклы ГТУ:
– со сгоранием топлива при постоянном давлении;
– со сгоранием топлива при постоянном объеме.
Циклы ГТУ со сгоранием топлива
при р= const
1. камера сгорания;
2. газовая турбина;
3. воздушный компрессор;
4. выходные сопла;
5. топливный насос;
6. топливный бак;
7. воспламенение;
8. форсунки;
9. потребитель.
Атмосферный воздух поступает в компрессор 3, где адиабатно сжимается и подается в камеру сгорания 1, сюда же поступает топливо из бака 6, через форсунки 8 с помощью насоса 5. Горючая смесь горит постоянно. Продукты сгорания попадают в сопла 4, где адиабатно расширяются и одновременно разгоняются до большой скорости. Из сопел 4 газ попадает на лопатки турбины 2 и выбрасывается в атмосферу.
– степень повышения давления воздуха в камере.
(1-2) адиабатное сжатие воздуха в камере;
(2-3) изохорное сгорание топлива в камере;
(3-4) адиабатное расширение продуктов сгорания;
(4-1) условно вводимый процесс охлаждения системы до первоначального состояния.
– термический КПД ГТУ.
КПД ГТУ растет при увеличении степени давления в компрессоре, но при этом увеличивается расход мощности на привод компрессора. будет расти и при увеличении t воздуха поступающего компрессором в камеру сгорания t2. Поэтому для его нагревания на выходе из турбины устанавливают теплообменник, в котором тепло отработанных газов [t=400-5000C] нагревает воздух от компрессора.
Таким образом, осуществляется регенерация тепла в пределах цикла.
Цикл ГТУ со сгоранием топлива
при v= const
Схема такая же как и р= const.
Камера сгорания – импульсное устройство зажигания топлива и три запорные клапана:
1. 
топливный;
2. воздушный;
3. сопловый.
Клапаны поочередно открываются и обеспечивают постоянный объем при сгорании топлива 2-3 изохорное сгорание топлива в камере сгорания.
Остальные процессы те же, что и при р= const.
ЦИКЛЫ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Классификация реактивных двигателей:
1. воздушно-реактивные двигатели (ВРД), в которых для горения топлива используется кислород атмосферно воздуха:
– прямоточные ВРД (ПВРД);
– импульсные ВРД (ИВРД);
2. турбовоздушный РД (ТВРД)
3. мото-реактивне двигатели (МРД);
4. турбовинтовой двигатель (ТД);
5. ракетные двигатели (РД), в которых необходимый для топлива окислитель (находится на борту летательного аппарата):
– жидкостные РД (ЖРД);
–твердотопливные РД (ТРД).
Цикл ПВРД
Встречный поток воздуха со скоростью W1 сжимается в диффузоре 1, только вследствие торможения. Затем воздух прямым потоком направляется в камеру сгорания 2, куда форсунками 4 подается топливо. Образующиеся продукты сгорания расширяются в выходных соплах 3 и совершают работу по перемещению летательного аппарата.
1-2 адиабатное сжатие воздуха в диффузоре;
2-3 изобарное сгорание;
3-4 адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах;
4-1 условный процесс.
– степень повышения давления воздуха в диффузоре.
Важной характеристикой реактивных двигателей является критерий Маха:
,
где а – скорость звука, м/с.
При до звуковых скоростях М<1.
ПВРД не экономичный.
Недостаток: отсутствие силы тяги при путевой скорости аппарата.
Цикл ТВРД
1. 
диффузор;
2. компрессор;
3. камера сгорания;
4. турбина;
5. сопла.
1-а адиабатное сжатие в диффузоре;
а-2 адиабатное сжатие в компрессоре;
2-3 изобарное сгорание топлива;
3-b адиабатное расширение в турбине;
b-4 адиабатное расширение в соплах;
4-1 условный процесс.
– степень повышения давления в диффузоре и компрессоре.
КПД ТВРД выше чем у прямоточных за счет дополнительного сжатия воздуха в компрессоре, а число Маха ниже в следствии частичного расширения продуктов сгорания в турбине.
Жидкостно-ракетный двигатель
1. жидкое топливо;
2. жидкий окислитель;
3. насосы;
4. камера окисления;
5. сопла.
ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
В холодильных установках тепло переходит от тел менее нагретых к более нагретым. Такой не естественный процесс, по второму закону термодинамики требует компенсирующего процесса связанного с притоком энергии извне в виде работы, теплоты, электроэнергии и так далее.
Эффективность работы оценивается холодильным коэффициентом:
,
где 
– тепло отнятое от теплового объекта;
– энергия, затраченная на совершение цикла извне.
Холодильные установки работают по обратным циклам. Идеальный цикл – обратный цикл Карно.
Применяемые рабочие тела, хладагенты:
– аммиак;
– углекислота;
– фреоны (Hn), низко кипящие жидкости с большой удельной теплотой преобразования (вода, воздух и т.д.).
Воздушно-холодильная установка
1. воздушный компрессор;
2. охладитель воздуха;
3. расширительная камера;
4. холодильная камера.
1-2 адиабатное сжатие воздуха в компрессоре;
2-3 изобарное охлаждение воздуха в охладителе;
3-4 адиабатное охлаждение воздуха в детандере;
4-1 изобарный процесс отвода тепла в охлаждающий объект.
Паровая компрессорная холодильная установка
Насыщенный пар хладагента адиабатно сжимается в компрессоре 1 и поступает в конденсатор 2, где охлаждается и полностью конденсируется. При дроссилировании 3 жидкий хладагент частично испаряется с понижением температуры и давления. Процесс испарения завершается в испарителе 4, где и отнимается тепло у охлаждающихся объектов (аммиак 
фреон).
Абсорбционая холодильная установка
В парогенераторе 1 из концентрированного водоаммиачного раствора за счет подвода теплоты 
до выпаривается аммиак. В конденсаторе 2 пар охлаждается и конденсируется. При дросселировании 3 жидкий аммиак частично испаряется с понижением температуры и давления. В испарителе 4 парожидкостная смесь продолжает испаряться, отнимая тепло от охлаждающегося тела. Образовавшийся пар направляется в абсорбер 5 и растворяется в охлажденной воде поступающей через дроссель 7. Полученный раствор перекачивается насосом 6 в парогенератор 1. Цикл повторяется.
НОВЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА
Установка Ранка-Гильша
(вихревая труба)
В трубу 2 через сопла 1 тангенциально (по касательной) подводится сжатый воздух от компрессора. Приобретая сложное винтовое движение, периферийные слои воздуха нагреваются, а в центральной части трубы падает и температура снижается. Холодный воздух отводится.
Термоэлектрический метод
Термоэлектрический метод основан на использовании эффекта Пельтье
|
При прохождении тока через спаянные проводники в метах спаек возникает разность температур. Применяемые материалы – полупроводники (сурьма, висмут).
Тепловой насос
Принцип работы, как и у холодильника. Но работает тепловой насос в другом температурном диапазоне.
Холодильник: теплоотдача – охлаждающийся объект – теплоприемник – атмосфера.
Тепловой насос: теплоотдача – атмосфера – теплоприемник – обогреваемый объект.
Дата добавления: 2016-01-29; просмотров: 3779;