ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Игровые автоматы с быстрым выводом

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Расчет параметров индикаторной диаграммы ДВС

Расчетно-графическая работа № 2

Тема:

Термодинамический анализ идеализированного цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Дано:

- идеальный цикл ДВС;

- начальные параметры цикла p_а, v_а, T_а (приведены в таблице);

- безразмерные характеристики цикла ε, λ, ρ (приведены в таблице).

Определить:

- параметры p, v, T во всех характерных точках индикаторной диаграммы;

- количество подведенной теплоты q_подв;

- количество отведенной теплоты q_отв;

- работу цикла l_цикла;

- термический КПД η_t.

Построить:

- индикаторную диаграмму идеального цикла ДВС в координатах p-v;

- зависимости термического КПД η_t. от безразмерных коэффициентов ε, λ, ρ ;

(график строить по шести значениям переменной величины).

Дополнительные замечания:

- рабочее тело идеального цикла ДВС – воздух;

- процессы сжатия и расширения считать политропными;

- теплоемкость не зависит от температуры;

- политропы сжатия и расширения построить, как минимум, по трем промежуточным точкам.

Основные положения

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, внутри которого происходит сжигание топлива и преобразование части выделившейся теплоты в механическую работу.

ДВС отличаются высокой экономичностью, компактностью, надежностью в эксплуатации, хорошей приспособляемостью к потребителю. К недостаткам ДВС по сравнению с паровыми и газовыми турбинами следует отнести ограниченную мощность, относительно высокий уровень шума, большую частоту вращения коленчатого вала при пуске, токсичность отработанных газов и ряд других. Однако, достаточно большой срок службы, малая масса ДВС, возможность соединения его практически с любым потребителем энергии позволяет широко использовать двигатели, как в стационарной теплоэнергетике, так и в транспортных установках, в сельскохозяйственных машинах, в авиации, на строительно-дорожных машинах.

Задачей термодинамического исследования цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания (ПДВС) является анализ зависимости основных показателей работы цикла от степени сжатия, природы рабочего тела, количества подводимой теплоты и способа ее подвода.

Основными идеализированными циклами ДВС являются: цикл Отто (рисунок 1), цикл Дизеля (рисунок 2) и цикл Тринклера (рисунок 3).

Параметрами цикла являются:

- степень сжатия рабочего тела (рис. 1,2,3);

- степень повышения давления (рис. 1,3);

(рис. 2) и (рис. 3) – степень предварительного расширения.

Важнейшими показателями работы ДВС, зависящими от параметров цикла и природы рабочего тела ( ) являются:

- термический коэффициент полезного действия (КПД) (1),

где q_отв=Δq₅₁ - количество тепла, отведенное от рабочего тела и переданное холодному приемнику тепла; q_подв=Δq₂₃+Δq₃₄ - количество тепла, подведенное к рабочему телу от горячего источника тепла;

- среднее цикловое давление, определяемое отношением работы цикла l_ц к рабочему объему цилиндра двигателя v_h (рис. 3) (2), где ; .

Рисунок 1. Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания

На рисунке приведена индикаторная диаграмма идеального поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Диаграмма построена в координатах P-V (давление, МПа – удельный объем, м³/кг).

На диаграмме обозначены следующие основные точки:

1 – точка начала сжатия;

2 – точка конца сжатия;

3 – точка максимального давления;

4 – точка начала расширения;

5 – точка конца расширения.

На диаграмме обозначены следующие характерные процессы:

1-2 процесс политропного сжатия (характеризуется степенью сжатия ε и показателем политропы n₁) ;

2-3 процеесс изохорного подвода теплоты при горении топлива (характеризуется коэффициентом повышения давления λ);

3-4 процесс изобарного подвода теплоты при горении топлива (характеризуется степенью предварительного расширения ρ);

4-5 процесс политропного расширения (характеризуется показателем политропы n₂);

5-1 процесс выпуска отработавших газов.

Если коэффициенты λ или ρравны 0, то данные процессы отсутствуют.

Ниже приведены обозначения и порядок расчета характерных точек индикаторной диаграммы.

Обозначения параметров рабочего процесса ДВС:

Р₁ – начальное давление газового цикла, МПа,

Т₁ – начальная температура газового цикла, К,

μ – молекулярный вес вещества, кг/Кмоль,

ε – степень сжатия ДВС,

λ – степень повышения давления,

ρ – степень предварительного расширения,

n₁ – показатель политропы сжатия,

n₂ – показатель политропы расширения,

Т_max – максимальная температура газа, К,

с_р – изобарная теплоемкость, кДж/(кг.К) (в расчетах принять с_р=1,0057);

с_v – изохорная теплоемкость, кДж/(кг.К) (в расчетах принять с_v=0,7184);

Расчет параметров индикаторной диаграммы ДВС

Политропное сжатие.

Политропное сжатие осуществляется в поршневом двигателе при движении поршня от нижней до верхней мертвой точки.

Необходимо определить все параметры рабочего тела в точке 1 – начале политропного сжатия (рис. 1) Удельный объем рассчитывается по уравнению газового состояния

, м³/кг, (1)

где R = 8314 Дж/кг.К– универсальная газовая постоянная,

m= 29 – молекулярный вес воздуха, кг/Кмоль,

Р₁ , Т₁ – давление, МПа, и температура, К – исходные данные

Определение параметров рабочего тела в конце политропного сжатия – точке 2 осуществляется по формуле политропного процесса

, (2)

где n₁ – показатель политропы сжатия – исходные данные.

Преобразуем выражение (2)

. (3)

Однако v₁/v₂ = e - степень сжатия (исходные данные), поэтому удельный объем рабочего тела во второй точке (конец сжатия)

, м³/кг. (4)

Давление рабочего тела во второй точке

, Па. (5)

Температура рабочего тела определится исходя из уравнения газового состояния (1).

Теплоперепад в процессе политропного сжатия определится из выражения

, кДж/кг (6)

Отрицательное значение теплоперепада не должно вызывать вопросов, поскольку работа при сжатии затрачивается.

Удельная работа политропного сжатия

, кДж/кг. (7)

Построение кривой 1-2 (рис. 1) должно производиться как минимум по трем точкам. Давление рабочего тела в промежуточных точках определяют из выражения

, (8)

где v_пр – промежуточное значение удельного объема, выбирается произвольно между точками 1 и 2.

Изохорный подвод теплоты

Изохорный подвод теплоты осуществляется в цилиндре ПДВС. Он подлежит расчету, если в исходных данных дана степень повышения давления l. Если дана лишь степень предварительного расширения r, то этот подраздел необходимо пропустить, если даны обе величины, следует считать сначала изохорный процесс, затем изобарный.

Изохорный подвод теплоты представлен прямой 2 - 3 на рис. 1.

Давление рабочего тела в третьей точке (конец изохорного нагрева)

, Па. (9)

Температура рабочего тела определится из уравнения газового состояния (1).

(14)

Теплоперепад в изохорном процессе определится из выражения

, кДж/кг (10)

Удельная работа изохорного процесса

, кДж/кг. (11)

Изобарный подвод теплоты

Изобарный подвод теплоты осуществляется в цилиндре ДВС, он подлежит расчету, если в исходных данных есть степень предварительного расширения r, если этого показателя нет, подраздел необходимо пропустить.

Изобарный подвод теплоты изображен прямой 3-4 на рис.1.

Удельный объем рабочего тела в четвертой точке (конец изобарного нагрева)

, м³/кг (12)

Температура рабочего тела определится из уравнения газового состояния (1).

Теплоперепад в изобарном процессе определится из выражения

, кДж/кг (13)

Удельная работа изобарного процесса

, кДж/кг. (14)

Политропное расширение

Политропное расширение осуществляется в цилиндре ДВС и называется рабочим тактом. Поршень при этом перемещается от верхней мертвой точки к нижней. Если рабочее тело из цилиндра ДВС удаляется в атмосферу, процесс 5-1 считать не нужно, поскольку энергия адиабатного расширения теряется безвозвратно, поэтому необходимо подсчитать потерю энергии, то есть принять условно, что процесс 5-1 изохорный.

Давление рабочего тела в конце рабочего такта в цилиндре ДВС рассчитывается по формуле политропного процесса

, Па (15)

где n₂ – показатель политропы расширения – исходные данные.

Температура рабочего тела определится из уравнения газового состояния (1).

Теплоперепад в процессе политропного расширения определится из выражения

, кДж/кг (16)

Удельная работа политропного расширения

, кДж/кг. (17)

Потеря теплоты при удалении рабочего тела из цилиндра ДВС в атмосферу

, кДж/кг (18)