Цикл с подводом количества теплоты в процессе постоянного объема

Исследование работы теплового двигателя целесообразно производить по диаграмме, в которой даются изменения давления в цилиндре в зависимости от положения поршня за весь цикл.

В качестве горючего для этих двигателей применяют бензин, генераторный газ, спирт и др. В ходе поршня из левого «мертвого» положения в правое (от 0 до 1) через всасывающий клапан засасывает горючую смесь, состоящую из паров и мелких частиц топлива и воздуха. При обратном движении поршня (от 1 до 2) всасывающий клапан закрывается и происходит сжатие горючей смеси. В точке 2 поршень не дошел до левого «мертвого» положения. Здесь происходит воспламенение горючей смеси от искры. Участок 2-3 характеризуется сгоранием горючей смеси, при этом температура резко возрастает, а давление увеличивается (т.3). Затем продукты сгорания расширяются, поршень перемещается в правое «мертвое» положение и газы совершают полезную работу (3-4). В точке 4 открывается выпускной клапан, и давление в цилиндре падает почти до наружного давления. При движении справа налево из цилиндра удаляются продукты сгорания через выхлопной клапан.

Характеристиками цикла являются степень сжатия (ε = V₁/V₂), и степень повышения давления (λ = P₃/P₂), термический КПД с подводом теплоты (η_t = 1 – (1/ε^k-1)). Построим график зависимости температуры от энтропии. Энтропия – физическая величина, характеризующая направленность процессов в природе.

dS = δq[Дж/К]

T

Для построения зависимости T = f(S), отложим по оси абсцисс удельную энтропию, а по оси ординат температуру (T). Получаем TS-диаграмму, где состояние газа графически изображается точкой, а процесс в виде кривой.

В соответствии с TS-диаграммой термический КПД определяется из соотношения площадей

η_t = (q₁-q₂) = (пл6235 – пл6145)

q₁ пл6235

Если увеличить степень сжатия, то зависимость КПД от увеличения сжатия наглядно отображается на TS-диаграмме. При равенстве площадей подведенного количества теплоты в двух циклах (пл.67810 = пл6235), но при различных степенях сжатия КПД будет больше U-цикла большего степени сжатия, так как на теплоприемник отводится меньше теплоты (пл61910 < пл6145). Однако увеличение степени сжатия ограничивается возможностью преждевременного самовозгорания горючей смеси. Кроме того, при высокой степени сжатия скорость сгорания топлива резко возрастает, что может вызвать детонацию (взрывное горение), приводящей к поломке двигателя. В таких двигателях, в зависимости от рода топлива, степень сжатия (ε) изменяется от 1 до 9. В двигателях с подводом количества теплоты при постоянном объеме нельзя применять высокие степени сжатия, а значит, эти двигатели имеют низкий КПД.