Расчет термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания

Преобразование тепловой энергии в механическую работу осуществляется в тепловых двигателях (поршневые двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, реактивные двигатели и т.д.).

При изучении процессов превращения теплоты в работу, происходящих в тепловых двигателях, и выявлении основных факторов, влияющих на их экономичность, применяют термо­динамический метод исследования. Этот метод состоит в том, что, отождествляя процессы, осуществляющиеся в реальных машинах, с той или иной степенью приближения с тер­модинамическими процессами, определяют наиболее возможное с термодинамической точки зрения значение коэффициента полезного действия (доля превращения теплоты в работу в рассматриваемых условиях).

Реальные процессы сжатия и расширения рабочего тела характеризуются наличием потерь и теплообменом со стенками цилиндра. В цилиндре двигателя происходит сгорание рабочей смеси, в результате чего образуется новое вещество — про­дукты сгорания.

Учитывая вышесказанное, провести анализ работы, выявить основные факторы, влияющие на экономичность, и сравнить между собой различные двигатели затруднительно. Поэтому рабочие циклы реальных двигателей заменяют соответству­ющими идеальными термодинамическими циклами, при иссле­довании которых принимаются следующие основные допу­щения:

1) изменение химического состава рабочего тела не принимается во внимание, так как газовые постоянные про­дуктов сгорания и рабочего тела до сгорания практически одинаковы;

2) количество рабочего тела за цикл остается постоянным, поэтому в цикле отсутствуют процессы наполнения цилиндра свежим зарядом и очистки его от отработанных газов;

3) процессы сжатия и расширения протекают по адиа­батическому

закону, т.е. без теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра;

4) сгорание рассматривается как процесс подвода тепла к рабочему телу, а процесс удаления отработавших газов из цилиндра заменяется эквивалентным процессом отвода тепла;

5) все процессы, составляющие идеальный термодинами­ческий цикл, являются обратимыми, т.е. в цикле отсутствуют всякие потери, кроме отдачи теплоты теплоприемнику.

К основным характеристикам циклов относятся:

степень сжатия - отношение объема в начале сжатия к объему в конце сжатия ;

степень повышения давления - отношение давления в конце подвода тепла к давлению в конце сжатия ;

степень предварительного расширения - отношение объе­ма в конце подвода теплоты к объему в конце сжатия .

Исследование циклов обычно включает следующие вопросы:

а) определение параметров p, v, Т рабочего тела в харак­терных точках цикла;

6) определение основных термодинамических величин цикла - количества подведенного и отведенного тепла, совер­шенной работы, изменение энтропии, энтальпии, внутренней энергии рабочего тела в отдельных термодинамических про­цессах, составляющих цикл;

в) получение термического к.п.д. цикла.