Расчет и анализ идеального цикла ДВС со смешанным подводом теплоты

Характеристики цикла. Характеристики цикла               q1

кДж/кг               q2

кДж/кг               q0

кДж/кг               lр

кДж/кг               lс

кДж/кг               l0

кДж/кг               ηt               pt

Па

Результаты расчетов               2248               -666               2914               984               -452               1437               0,63               1769

5. Исследование цикла

5.1 Влияние степени сжатия на теоретический КПД цикла

По формуле вычисляем ηt для нескольких значений:

ε=0,75ε-1,25ε

при постоянных (заданных) значениях λ и ρ: ε1=0,75*18,5=13,875

ε2=0,85*18,5=15,725

ε3=0,95*18,5=17,575               ε4=1,05*18,5=19,425

ε5=1,15*18,5=21,275

ε6=1,25*18,5=23,125

ηt=1-1/(εk-1)*(λ*ρk-1)/(λ-1+k*λ*(ρ-1))

ηt1=1-1/(13,8750,3717)*(1,5*21,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(2-1))=0,5761

ηt2=1-1/(15,7250,3717)*(1,5*21,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(2-1))=0,5954

η3=1-1/(17,5750,3717)*(1,5*21,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(2-1))=0,6118

ηt4=1-1/(19,4250,3717)*(1,5*21,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(2-1))=0,6260

ηt5=1-1/(21,2750,3717)*(1,5*21,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(2-1))=0,6384

ηt6=1-1/(23,1250,3717)*(1,5*21,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(2-1))=0,6494

Влияние степени сжатия на теоретический КПД цикла показано в приложении 2.

5.2 Влияние степени повышения давления на теоретический КПД цикла

По формуле ηt для нескольких значений:

λ=0,75λ-1,25λ

при постоянных значениях ε и ρ λ1=0,75*1,5=1,125

λ2=0,85*1,5=1,275

λ3=0,95*1,5=1,425               λ4=1,05*1,5=1,575

λ5=1,15*1,5=1,725

λ6=1,25*1,5=1,875

ηt=1-1/(εk-1)*(λ*ρk-1)/(λ-1+k*λ*(ρ-1))

ηt1=1-1/(18,50,3717)*(1,125*21,3717-1)/(1,125-1+1,3717*1,125*1)=0,6127

ηt2=1-1/(18,50,3717)*(1,275*21,3717-1)/(1,275-1+1,3717*1,275*1)=0,6159

ηt3=1-1/(18,50,3717)*(1,425*21,3717-1)/(1,425-1+1,3717*1,425*1)=0,6182

ηt4=1-1/(18,50,3717)*(1,575*21,3717-1)/(1,575-1+1,3717*1,575*1)=0,6199

ηt5=1-1/(18,50,3717)*(1,725*21,3717-1)/(1,725-1+1,3717*1,725*1)=0,6212

ηt6=1-1/(18,50,3717)*(1,875*21,3717-1)/(1,875-1+1,3717*1,875*1)=0,6222

Влияние степени повышения давления на термический КПД цикла показано в приложении 2.

5.3 Влияние степени изобарного расширения на термический КПД цикла

По формуле ηt для нескольких значений:

ρ=0,75ρ-1,25ρ

при постоянных значениях λ и ε ρ1=0,75*2=1,5

ρ2=0,85*2=1,7

ρ3=0,95*2=1,9               ρ4=1,05*2=2,1

ρ5=1,15*2=2,3

ρ6=1,25*2=2,5

ηt=1-1/(εk-1)*(λ*ρk-1)/(λ-1+k*λ*(ρ-1))

ηt1=1-0,338*(1,5*1,51,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(1,5-1))=0,6427

ηt2=1-0,338*(1,7*1,51,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(1,7-1))=0,6331

ηt3=1-0,338*(1,9*1,51,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(1,9-1))=0,6237

ηt4=1-0,338*(2,1*1,51,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(2,1-1))=0,6146

ηt5=1-0,338*(2,3*1,51,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(2,3-1))=0,6058

ηt6=1-0,338*(2,5*1,51,3717-1)/(1,5-1+1,3717*1,5*(2,5-1))=0,5974

Влияние степени изобарного расширения на термический КПД цикла показано в приложении 2.

Результаты расчетов представлены в виде таблицы.

Результаты исследования цикла ДВС. Характеристики цикла               Постоянные параметры

λ               ρ               ε               λ               ε               ρ

1,5               1,7               13,5               1,5               13,5               1,7

Переменные параметры и их значения

ε1               ε2               ε3               ε4               ε5               ε6               ρ1               ρ2               ρ3               ρ4               ρ5               ρ6               λ1               λ2               λ3               λ4               λ5               λ6

13,875               15,725               17,575               19,425               21,275               23,125               1,5               1,7               1,9               2,1               2,3               2,5               1,125               1,275               1,425               1,575               1,725               1,875

ηt

%               57,6               59,5               61,2               62,6               63,8               64,9               64,3               63,3               62,4               61,5               60,6               59,7               61,3               61,6               61,8               62,0               62,1               62,2

5.4 Анализ

В ДВС с воспламенением рабочей смеси (около ВМТ) от электрической искры время сгорания очень мало, в связи, с чем допустимо принять, что процесс подвода теплоты осуществляется при постоянном объеме (процесс 3 – 2 и процесс 5 – 1). В рассматриваемом цикле степень предварительного расширения ρ равна единице.

Таким образом, термический КПД цикла с подводом теплоты при постоянном объеме зависит от свойств рабочего тела и конструкции двигателя. Это иллюстрируется графиком (приложение 2), который показывает, что термический КПД двигателя увеличивается по мере увеличения степени сжатия ε.

Нагрузка на двигатель в термодинамическом цикле характеризуется количеством теплоты, подводимый к рабочему телу от горячего источника. Для цикла с подводом теплоты при постоянном объеме(V=const).

Следовательно, нагрузка при заданных значениях Сv и Т2 пропорциональна степени повышения давления λ и не зависит от степени сжатия ε. Это свидетельствует о том, что термический КПД при изменении нагрузки не меняется.

Показывает, что с увеличением количества подведенной теплоты (степень повышения давления λ) среднее давление цикла ρ также увеличивается.

В цилиндрах двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия при такте сжатия сжимается чистый воздух. Вблизи от ВМТ в цилиндр двигателя через форсунку впрыскивается распыленное топливо, которое в среде горячего воздуха самовоспламеняется и сгорает.

Процесс подвода теплоты к рабочему телу принимается в этом случае изобарным (Р=const).

ηt=1-1/(εk-1)*(λ*ρk-1)/(λ-1+k*λ*(ρ-1)).

Данная формула показывает, что термический КПД рассматриваемого цикла увеличивается при возрастании степени сжатия ε (приложение 2) и уменьшается при возрастании степени предварительного расширения ρ (приложение 2).

При увеличении нагрузки двигателя, то есть при увеличении количества подведенной теплоты, увеличивается степень предварительного расширения ρ и не изменяется степень сжатия. Следовательно, по мере увеличения нагрузки двигателя термический КПД цикла при постоянном давлении уменьшается (приложение 2). Это подтверждается sT – диаграммой (приложение 1), показывающей, что по мере увеличения подвода теплоты выигрыш в работе цикла от дополнительных количеств теплоты постепенно уменьшается.

Список используемой литературы

1.  Бошнякович Ф.В., Техническая термодинамика. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1955.-ч1; 1956.-ч2.

2.  Бродянский В.М., Эксергетический метод и его изложение. – М.: Мир, 1967. -247с.

3.  Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. -2-е. – М.: Наука, 1972г.