Исследование цикла Дизеля.

Из формулы для полезной работы цикла Дизеля следует, что она равна нулю при и (так же, как и в цикле Отто). Поэтому для цикла

Дизеля существует оптимальная степень сжатия , при которой полезная работа цикла максимальна .

Для того, чтобы получить зависимость для оптимальной степени сжатия в цикле Дизеля, необходимо взять производную и приравнять её нулю. Эта зависимость представляется формулой:

Максимальное значение полезной работы цикла Дизеля при оптимальной степени сжатия находится по формуле:

На рис.2.9 показан график зависимости отношения полезной работы цикла Дизеля к внутренней энергии в точке «1» от степени сжатия при двух значениях температур в точке «3» (ввиду меньшей калорийности дизельного топлива по сравнению с бензинами) (или, что то же самое при двух значениях степени подогрева ,

при стандартной температуре ). Видно, что оптимальная степень сжатия для идеального поршневого ДВС, работающего по циклу Дизеля, находится в диапазоне , а эксплуатационный интервал - (без наддува) и ( с наддувом).

Из рис.2.9 видно, что окрестность точки для цикла Дизеля представляется достаточно большой , в которой полезная работа цикла изменяется незначительно.

Эта особенность цикла Дизеля используется при выборе необходимой степени сжатия. То есть работоспособность рабочего тела в цикле Дизеля не является определяющей при выборе эксплуатационной степени сжатия.

На рис.2.10 показан график зависимости термического КПД цикла Дизеля от степени сжатия при различных степенях подогрева. Видно, что с увеличением степени подогрева термический КПД цикла Дизеля уменьшается, то есть на выходе из двигателя (в контрольной точке «4») возрастают тепловые потери (увеличивается количество отведенной теплоты в изохорном процессе «4 – 1»).

Рис.2.9. Изменение отношения полезной работы цикла Дизеля к

внутренней энергии в начальной точке цикла «1» от степени сжатия при

двух значениях температуры в точке «3»

Цикл Брайтона.

Рассматривается цикл теплового двигателя, в котором рабочее тело представляет собой открытую термодинамическую систему – поток газа с очень малой скоростью.

Цикл Брайтона состоит из двух изобарных и двух адиабатных процессов (рис.2.11, 2.12).

Исходными данными для расчёта цикла Брайтона являются:

параметры состояния в исходной точке «1» (начало цикла) степень повышения давления ; степень подогрева рабочего тела в цикле ; показатель адиабаты и газовая постоянная .

Рис.2.10. Изменение термического КПД цикла Дизеля от степени

сжатия при различных степенях подогрева рабочего тела

Рис.2.11. Изображение цикла Брайтона в координатах

Рис.2.12. Изображение цикла Брайтона в координатах

1.Порядок расчета параметров состояния в контрольных точках цикла Брайтона следующий:

(адиабатный процесс сжатия)

Точка «2»:

(изобарный процесс подвода теплоты к рабочему телу)

Точка «3»:

(адиабатный процесс расширения)

Точка «4»:

2.Расчёт энергий, участвующих в процессах цикла Брайтона, производится в следующей последовательности:

(работа сжатия, эквивалентная площади фигуры на рис.2.12).

(работа расширения, эквивалентная площади фигуры на рис.2.12);

(количество теплоты, подведенное к рабочему телу, эквивалентное площади фигуры на рис.2.12);

(количество теплоты, отведенное от рабочего тела в окружающую среду и эквивалентное площади фигуры на рис.2.12);

Полезная работа цикла Брайтона, эквивалентная площади фигуры на рис.2.12:

Термический КПД цикла Брайтона:

2.4.1. Особенности цикла Брайтона:

а) рабочее тело – поток воздуха (открытая термодинамическая система);

б) сжатие производится в компрессоре – лопаточной машине, в которой механическая работа, подводимая к ротору компрессора, преобразуется в энергию давления. Поэтому степень повышения давления или степень сжатия ограничивается напорностью лопаточных аппаратов;

в) температура газа в точке «3» ограничивается из-за прочности турбины – лопаточной машины, в которой происходит преобразование тепловой энергии рабочего тела в механическую работу на валу;

г) давление в точке «4» равно давлению в точке «1», то есть выхлопные газы имеют только более высокую температуру по сравнению с атмосферным воздухом.