Цикл ДВС со смешанным подводом тепла

Этот цикл относится к быстроходным дизелям. Изображение цикла со смешанным подводом тепла представлено на рисунке 4.

V₂ = V₃ V₁ = V₅ S₁ = S₂ S₄ = S₅

Рисунок 4 – Изображение цикла со смешанным подводом тепла в P-V и T-S диаграммах.

Рассмотрим процессы, из которых составлен этот цикл.

Процесс 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела.

Процесс 2-3 – изохорный подвод части тепла.

Процесс 3-4 – изобарный подвод оставшейся части тепла.

Процесс 4-5 – адиабатное расширение рабочего тела.

Процесс 5-1 – изохорный отвод тепла.

Характеристиками этого цикла являются степень сжатия , степень повышения давления и степень предварительного расширения

Как и раньше, температуры в характерных точках цикла могут быть выражены через его характеристики и температуру . Поскольку подробное вычисление этих температур было рассмотрено в циклах с изохорным подводом и изобарным подводом тепла, то в данном цикле ограничимся минимальными пояснениями.

Определяем . Рассматриваем процесс 1-2.Он адиабатный, следовательно справедливо выражение

; .(28)

Вычисляем .Рассматриваем процесс 2-3,который является изохорным. Для данного процесса справедливо

; = .

. (29)

Вычисляем , для этого рассматриваем процесс 3-4, который является изобарным. Для этого процесса справедливо

.

. (30)

Вычисляем , рассматривая процесс 4-5, который является адиабатным. Для процесса справедливо соотношение

; .

Заменяя объём на (они равны) и учитывая, это ,и , можно записать, что , отсюда будет определяться по выражению

.

Подставляя вместо выражение (30), получим

.

. (31)

Имея все необходимые температуры, можем перейти к выводу формулы термического к.п.д. цикла со смешанным подводом тепла. Для этого вновь воспользуемся выражением(5).

.

Подведенная теплота состоит из 2-х частей и определяется следующим образом

, (32)

где – теплота, подведенная к рабочему телу в изохорном процессе 2-3;

– теплота, подведенная к рабочему телу в изобарном процессе 3-4.

Тогда

. (33)

Поскольку теплота отводится в изохорном процессе, то ее можно вычислить по формуле

. (34)

С учетом выражений и , формула для термического к.п.д. принимают вид

. (35)

Подставив в выражение (35) значения температур из (28), из (29), из (30) и из (31), получим

Из полученного выражения можно сделать вывод, что термический к.п.д. увеличивается с повышением степени сжатия , показателя адиабаты и степени повышения давления . При увеличении степени предварительного расширения термический к.п.д. цикла уменьшается.

Рассмотренные ранее циклы ДВС с изохорным и изобарным подводом тепла являются частными случаями цикла со смешанным подводом тепла. Из анализа выражений для всех трёх циклов можно сделать вывод, что при одинаковой степени сжатия и одинаковом рабочем теле термический к.п.д. цикла Отто будет наибольшим для трёх сравниваемых циклов. Б.С. Стечкиным было доказано, что с точки зрения теплоиспользования этот цикл является наиболее выгодным среди любых циклов, имеющих одинаковую степень сжатия и заканчивающихся отводом тепла по изохоре.

При сравнении циклов с разными степенями сжатия цикла со смешанным подводом тепла будет больше, чем цикла с изохорным подводом тепла. Полученный результат отвечает практике: дизели более экономичны, чем бензиновые двигатели, но уступают им по своим удельным мощностным показателям.

Недостатки ДВС

Следует выделить пять основных недостатков, которые присущи ДВС, а именно:

1 - невозможность создания большой мощности в одном цилиндре двигателя.

2 - невысокий к.п.д.

3 - невозможность адиабатного расширения рабочего тела до атмосферного давления.

4 - повышенные требования к качеству топлива.

5 - интенсивное загрязнение воздушного бассейна и окружающей среды.

Вопросы для самопроверки

1 Какие принимаются допущения при разработке идеальных циклов ДВС?

2 Как изображается в P-V и T-S диаграммах идеальный цикл ДВС с изохорным подводом тепла?

3 Что понимается под степенью сжатия , как величина степени сжатия влияет на термический к.п.д. цикла с изохорным подводом тепла?

4 Как изображается в P-V и T-S диаграммах цикл ДВС с изобарным подводом тепла?

5 По какой формуле вычисляется термический к.п.д. цикла с изобарным подводом тепла?

6 Как изображается в P-V и T-S диаграммах цикл ДВС со смешанным подводом тепла?

7 Как сказывается на величине термического к.п.д. цикла со смешанным подводом тепла повышение степени сжатия , степени повышения давления и степени предварительного расширения ?

8 При одинаковой степени сжатия и одинаковом рабочем теле какой из трёх циклов ДВС будет иметь больший к.п.д.?

9 При разных степенях сжатия цикл с изохорным подводом тепла или со смешанным подводом тепла будет иметь больший термический к.п.д.?

10 Какие основные недостатки присущи ДВС?

Газотурбинные установки (ГТУ)