Цикл с подводом количества теплоты в процессе при постоянном объеме и постоянном давлении

Двигатели, с постепенным сгоранием топлива при постоянном объеме, имеют некоторые недостатки. Одним из них является наличие компрессора, применяемого при подаче топлива, на работу которого расходуется 6-10% от общей мощности двигателя. Это усложняет конструкцию и уменьшает экономичность. Стремление упростить и улучшить работу таких двигателей привело к созданию безкомпрес-

сорных двигателей, в которых топливо механически распыляется при давлении равном 50-70 МПа.

Рабочее тело с параметрами P₁,V₁,T₁ сжимается по адиабате 1-2 до т.2. По изохоре 2-3 к рабочему телу подводится 1-я доля теплоты Q₁¹. По изобаре 3-4 к телу подводится 2-я порция теплоты Q₁². От т.4 рабочее тело расширяется по адиабате 4-5, и затем по изохоре 5-1 рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, при этом отводится теплота Q₂. Характеристиками цикла является степень сжатия (ε = V₁/V₂), степень повышения давления (λ = P₃/P₂), степень предварительного расширения (ρ = V₂/V₀). Термический КПД цикла определяется

η_t = (q₁-q₂)/q₁ = 1 – [q₂/(q₁¹ + q₁²)]

На TS-диаграмме КПД определяется соотношением площадей: η_t = (пл6247 – пл6157)/пл6247. Для этих двигателей обычно степень сжатия (10-14); λ=1,2-1,7; ρ=1,1-1,5. Цикл со смешанной подачей теплоты обобщает два исследовавших ранее двигателя и можно получить КПД цикла с изохорным или изобарным подводом количества теплоты. Если допустить, что λ=1, то цикл со смешанным подводом теплоты превращается в цикл с изобарным подводом количества теплоты. Если принять ρ=1, то получится цикл с изохорным подводом теплоты, то есть V=const. Степень совершенно любого цикла определяется значением термического КПД.

Понятие водяного пара

Насыщенный пар

Насыщенный пар, в котором отсутствуют взвешанные высокодисперсные мельчайшие частицы жидкой фазы, называется сухим насыщенным паром. Насыщенный пар, в котором содержатся взвешанные высокодисперсные частицы жидкой фазы, равномерно распределенные по всей массе пара, называются влажным паром. Отношение массы сухого насыщенного пара к суммарной массе влажного насыщенного пара (смеси пар-жидкость) обозначается X и называется массовой долей сухого насыщенного пара или степенью сухости пара или паросодержания.

Для кипящей жидкости при температуре насыщения X=0, для сухого насыщенного пара X=1.

Фазовая PV-диаграмма системы, состоит из жидкости и пара представляет собой график зависимости удельных объемов воды от давления пара.

Кривая АЕ выражает зависимость удельного объема воды от давления при t=0^оС. Так как вода почти не сжимается, то кривая АЕ почти параллельно оси ординат, если при постоянном давлении сообщается воде теплота, то её температура будет повышаться, и удельный объем V увеличится до V₁. В случае дальнейшего подвода теплоты при постоянном давлении начнется процесс парообразования, при этом количество воды уменьшится, а количество пара увеличится. В момент окончания парообразования т.С, пар будет сухим, насыщенным при объеме V₂. Кривая КВ является степенью сухости Х=1 и называется пограничной кривой пара. т.А соответствует состоянию кипящей воды, если к сухому насыщенному пару подводить теплоту при постоянном давлении, то температура и объем будут увеличиваться и пар из сухого насыщенного перейдет в перегретый (т.Д). Обе кривые АК и КВ делят диаграмму на 3 части. Влево от пограничной кривой жидкости АК до нулевой изотермы располагается область жидкости, между кривыми АК и КВ располагается двухфазная система, состоящая из двух составляющих воды и сухого пара. Вправо от кривой КВ и вверх от т.К располагается область перегретого пара или изображается состояние газа. Обе кривые, сходящиеся в т.А, называются критической точкой. Удельное количество теплоты, расходуемое на нагревание воды от t=0⁰C до температуры кипения, определяется при соответствующем давлении как

q = ί¹ – ί₀¹

где ί¹ –удельная энтальпия кипящей жидкости [кДж/кг]

ί₀¹ – удельная энтальпия воды при 0⁰С. Энтальпия кипящей жидкости определяется по давлению или по температуре воды и берётся из таблиц насыщенного водяного пара. Количество теплоты, затраченное на парообразование 1кг воды при температуре кипения до сухого насыщенного пара, называется удельной теплотой парообразования и обозначается [кДж/кг].