Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты

Одним из недостатков двигателей, в которых применяется цикл с подводом теплоты при постоянном давлении, является необходимость использования компрессора, применяемого для подачи топлива. Наличие компрессора усложняет конструкцию и уменьшает экономичность двигателя, т.к. на его работу затрачивается 6-10 % от общей мощности двигателя.

С целью упрощения конструкции и увеличения экономичности двигателя русский инженер Г.В.Тринклер разработал проект бескомпрессорного двигателя высокого сжатия. Этот двигатель лишен недостатков рассмотренных выше двух типов двигателей. Основное его отличие в том, что жидкое топливо с помощью топливного насоса подается через форсунку в головку цилиндра, где оно воспламеняется и горит вначале при постоянном объеме, а потом при постоянном давлении. На рис. 4 представлен идеальный цикл двигателя со смешанным подводом теплоты в pv - координатах.

Рис 4.

В адиабатном процессе 1-2 рабочее тело сжимается до параметров в точке 2. В изохорном процессе 2-3 к нему подводится первая доля теплоты q1 штрих , а в изобарном процессе 3-4 - вторая - q1 два штриха. В процессе 4-5 происходит адиабатное расширение рабочего тела и по изохоре 5-1 оно возвращается в исходное состояние с отводом теплоты q₂ в теплоприемник.

Характеристиками цикла являются :

Степень сжатия -

Степень повышения давления -

Степень предварительного расширения -

Количества подведенной

и отведеннойq₂теплот определяются по формулам:

Термический кпд цикла будет:

Найдем параметры рабочего тела в характерных точках цикла.

Точка 2.

откуда получаем

Точка 3.

Точка 4.

Точка 5.

Подставив найденные значения температур в формулу для кпд, будем иметь:

Формула 3

Отсюда следует, что с увеличением k, e и l кпд цикла возрастает, а с увеличением r уменьшается.

Цикл со смешанным подводом теплоты обобщает циклы с изобарным и изохорным подводом теплоты. Если положить что лямбда = 1 (что означает отсутствие подвода теплоты при постоянном объеме ( P2 =P3 )), то формула (3) приводится к формуле (2), т.е. к формуле для кпд цикла ДВС с изобарным подводом теплоты. Если принять p=1(что означает отсутствие подвода теплоты при постоянном давлении ( V3 = V4 )), то формула (3) приводится к формуле (1) для кпд цикла с изохорным подводом теплоты.

Цикл со смешанным подводом теплоты лежит в основе работы большинства современных дизелей.

36 Сравнительный анализ циклов поршневых ДВС.

Сравнение рассмотренных циклов – цикла с подводом теплоты при V = const цикла с подводом теплоты при р = const и цикла со смешанным подводом теплоты – целесообразно провести в равных условиях, т. е. при одинаковых степенях сжатия е и одинаковых количествах теплоты AQ2, отведенной от рабочего тела. Учитывая, что смешанный цикл является промежуточным между циклами с подводом теплоты при V = const и р = const, можно ограничиться рассмотрением двух последних. Цикл со смешанным подводом теплоты в одинаковых условиях сравнения имеет показатели с промежуточными значениями по отношению к циклам с подводом теплоты при V – const и р = const.

Результаты проведенных исследований показывают, что при одинаковых степенях сжатия наиболее экономичен цикл с подводом теплоты при V – const, так как в этом случае подвод теплоты осуществляется при наиболее высокой температуре и сообщенная рабочему телу теплота обладает наибольшей начальной работоспособностью.

Если степень повышения давления к – 1, т. е. когда цикл протекает с подводом теплоты при р – const, термический КПД т)4 имеет минимальное значение. Для цикла со смешанным подводом теплоты в рассматриваемых условиях сравнения щ будет иметь промежуточные значения между КПД циклов с подводом теплоты при V = constup – const.

При одинаковых степенях сжатия максимальное давление цикла рг – р0к наименьшее для цикла с подводом теплоты при р – const и наибольшее для цикла с подводом теплоты при V = const. Следовательно, увеличение к такого цикла сопровождается значительным повышением pz, а значит, и большими нагрузками от действия сил давления газов на элементы кривошипно-шатунного механизма двигателя. Поэтому можно считать, что повышение максимального давления в цикле с подводом теплоты при V = const не всегда компенсируется приростом t\t.

Заметим, что сравнение циклов при одинаковых степенях сжатия е не соответствует действительным условиям работы двигателей. Поэтому циклы поршневых ДВС целесообразно сравнивать при одинаковых максимальных давлениях р2 = рск и одинаковом количестве подведенной теплоты AQX. В этом случае при одинаковых pt максимальная степень сжатия е, следовательно, и наибольший термический КПД будут соответствовать циклу с подводом теплоты при р – const; цикл с подводом теплоты при V = const окажется менее экономичным.

Так как в реальных условиях смешанный цикл и цикл с подводом теплоты при р – const осуществляются с одинаковыми степенями сжатия, максимальное давление и термический КПД смешанного цикла оказываются более высокими, Конкретные значения для термодинамического КПД r\t и для среднего давления цикла могут быть рассчитаны по приведенным выше формулам. Следует иметь в виду, что в тех случаях, когда процессы сжатия и расширения политропные и теплоемкость рабочего тела не остается постоянной, необходимо пользоваться формулами соотношений параметров для политропного процесса, а КПД цикла определять по выражению , причем под значениями AQX и AQ2 следует понимать суммарные количества соответственно подведенной и отведенной теплоты в течение, цикла.

37. Тепловой поток. Температурное поле. Градиент температуры.

Теория теплопередачи изучает з-ны переноса теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Теплообмен- это самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным полем температур. Объектом исследования в теории теплообмена является температурное поле. Его изменение во времени и пространстве. Под температурным полем понимается значение температур во всех точках пространства. Если температура в любой точке тела не изменяется по времени, а изменяется по координате , то данное температурное поле наз. Стационарным. , одномерное поле. Поверхность, все точки которой, имеют одинаковую температуру наз. Изотермической. Наибольший перепад температуры на участке ед. длины происходит по нормали к изотермической пов-ти. , где - градиент температуры. Градиент температуры- есть вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности и модуль которого численно равен частной производной от температуры по нормали. Теория теплообмена использ. Понятие теплового потока  и понятие плотности теплового потока . Тепловой поток- это отношение количества теплоты, передаваемое через рассматриваемую поверхность к продолжительности передачи . Плотность теплового потока- это тепловой поток, отнесенный к площади поверхности. Вектор теплового потока направлен по нормали к изотермич. поверхности в сторону убывания температур.

38. Основные процессы теплопереноса. Теплопроводность.

Теория теплопередачи изучает з-ны переноса теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Теплообмен- это самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным полем температур. Различают следующие формы передачи тепла: Теплопроводность- это процесс переноса тепла(энергии), соприкасающимися, беспорядно движущимися структурными частицами вещества. Теплопроводность может осуществляться в любых изотермических телах или системе тел. В металлах основной перенос осуществляется за счет диффузии электронов. Для описания молекулярного переноса используется следующие законы:

Закон Фурье: Тепловой поток равен коэффициенту теплопроводности ( характеризует интенсивность процесса теплопроводности в веществе и численно равен плотности тепловому потоку при ) . Закон диффузии Фика: -вектор диффузии. D- коэффициент диффузии. C- концентрация вещества. Закон Ньютона:  , где -динамическая вязкость, n- нормаль к направл. движению, w- скорость.