Двигателя Стирлинга при повороте коленчатого вала:

1 – вытеснитель; 2 – регенератор; 3 – поршень; 4, 5 – условное изменение

объемов; 6, 7 – действительное изменение объемов

 

Особенностью двигателя Стирлинга является полная регенерация теплоты изохорных процессов. С этой целью перемещение рабочего тела из холодной в горячую полость осуществляется через регенератор 2. Регенератор, отдавая теплоту рабочему телу, охлаждается, а рабочее тело нагревается до температуры  (изохорный процесс 2–3, рис. 59).

V

Рис. 59. Цикл двигателя Стирлинга в p, V- и T, S-диаграммах

 

В горячей полости двигателя нагретое до температуры  рабочее тело расширяется, сохраняя свою температуру за счет подвода теплоты от горячего источника теплоты через поверхность верхней крышки цилиндра (изотермический процесс 3–4). Затем вытеснитель 1 перемещается вверх, вытесняя при постоянном объеме  рабочее тело из горячей полости в холодную через регенератор 2 (четвертая стадия). Регенератор нагревается, отбирая теплоту от рабочего тела и охлаждая его в изохорном процессе 4–1 до температуры . Стенки холодной полости сохраняют постоянную температуру  за счет отбора теплоты холодным источником. В изотермическом процессе 1–2, замыкающем рабочий цикл, сжатие рабочего тела происходит при более низкой температуре , чем расширение в процессе 3–4, поэтому в цикле совершается полезная работа. Все эти движения вытеснителя и поршня обеспечивают изменение объемов горячей и холодной полостей в соответствии с графиками 4 и 5 (рис. 58).

Удельная теплота подводится к рабочему телу при изохорном процессе 2–3 от регенератора в количестве  и при изотермическом процессе 3–4 от внешнего источника теплоты в количестве  Отвод теплоты производится вначале при изохорном процессе 4–1 в регенератор в количестве  и затем при изотермическом процессе 1–2 в холодной полости двигателя в количестве

Тогда удельная работа цикла

Известно, что изменение энтропии в изотермических процессах и . Так как  и  то , т. е. изохорные процессы эквидистантны. Следовательно, , т. е. регенератор двигателя Стирлинга в идеальном случае (без учета потерь) осуществляет полную передачу теплоты в изохорных процессах 4–1 и 2–3 от горячего рабочего тела к холодному. Тогда .

Термический КПД цикла .

Таким образом, термический КПД цикла Стирлинга равен термическому КПД цикла Карно. В этом второе его существенное положительное свойство.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит идеализация идеальных термодинамических от действительных циклов
тепловых машин?

2. Какова классификация двигателей внутреннего сгорания?

3. Как осуществляется и выглядит в p, V- и T, S-диаграммах действительный цикл ДВС
с изохорным подводом тепла?

4. Как выглядят идеализированный цикл ДВС с подводом теплоты при  в p, V- и T, S-диаграммах, термический КПД цикла?

5. Дать описание цикла ДВС с подводом теплоты при постоянном давлении и сравнить его циклом, где подводится теплота в изохорном процессе.

6. Чем вызвано создание ДВС со смешанным подводом теплоты, изобразите цикл в p, V- и T, S-диаграммах?

7. Сравнить цикл с подводом теплоты при  и  при разных степенях сжатия и одинаковых максимальных температурах, пользуясь методом сравнения площадей и методом среднеинтегральных температур.

Задачи

Задача 1. Для идеального цикла поршневого двигателя с подводом теплоты при  (рис. 53) определить параметры основных точек, полезную удельную работу, удельное количество подведенной и отведенной теплоты, термический КПД цикла, среднее индикаторное давление, если известны p₁ = 0,1 МПа, Т₁ = 320 K, степень сжатия e = 4, степень повышения давления l = 4. Рабочее тело – воздух с удельной газовой постоянной , показатель адиабаты  Теплоемкость рабочего тела принять постоянной.

Решение

Параметры точки 1:

- давление p₁ = 0,1 МПа;

- температура Т₁ = 320 K;

- объем

Параметры точки 2:

- объем

- давление

- температура

Параметры точки 3:

- объем

- давление

- температура

Параметры точки 4:

- объем

- температура

- давление

Удельная работа расширения:

.

Удельная работа сжатия:

.

Полезная удельная работа: .

Удельное количество подведенной теплоты:

Удельное количество отведенной теплоты:

Полезно использованное удельное количество теплоты:

Термический КПД цикла: .

Среднее индикаторное давление:

 

Задача 2. В цикле поршневого двигателя со смешанным подводом теплоты (рис. 56) начальное давление p₁ = 0,1 МПа, начальная температура Т₁ = 300 K, степень сжатия e = 12,7, степень повышения давления  степень предварительного расширения  Рабочее тело – воздух с удельной газовой постоянной , показатель адиабаты k = 1,4, удельную теплоемкость, рабочего тела принять постоянной . Определить параметры в характерных точках цикла, работу расширения и сжатия и полезную, удельное количество подведенной и отведенной теплоты, термический КПД цикла, термический КПД цикла Карно по условию задачи, среднее индикаторное давление.

Решение

Параметры точки 1:

- давление

- температура

- объем

 

Параметры точки 2:

- объем

- температура

- давление

Параметры точки 3:

- объем

- давление

- температура

Параметры точки 4:

- объем

- температура

- давление

Параметры точки 5:

- объем

- температура

- давление

Удельная работа расширения:

Удельная работа сжатия:

.

Полезная удельная работа: .

Удельное количество подведенной теплоты:

,

.

Удельное количество отведенной теплоты:

.

Полезно использованное удельное количество теплоты:

.

Термический КПД цикла:

.

Термический КПД цикла Карно, по условию задачи

.

Среднее индикаторное давление:

 

Задача 3. Определить эффективную мощность и удельный эффективный расход топлива восьмицилиндрового четырехтактного дизельного двигателя, если среднее индикаторное давление  степень сжатия  объем камеры сгорания  угловая скорость вращения коленчатого вала  механический КПД  и расход топлива

Решение

Среднее эффективное давление:

Рабочий объем цилиндра:

Частота вращения коленчатого вала: .

Эффективная мощность двигателя:

 

Задача 4. Определить удельный индикаторный расход топлива шестицилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя, если диаметр цилиндра  ход поршня  частота вращения коленчатого вала  расход топлива  Индицированием двигателя получена индикаторная диаграмма полезной площадью  длиной  при масштабе давлений

Решение

Среднее индикаторное давление:

Рабочий объем цилиндра:

Эффективная мощность двигателя:

Удельный индикаторный расход топлива:

 

Задача 5. Определить количество теплоты, введенной в четырехцилиндровый четырехтактный дизельный двигатель, если среднее эффективное давление  диаметр цилиндра  ход поршня  средняя скорость поршня  низшая теплота сгорания топлива  и удельный эффективный расход топлива

Решение

Рабочий объем цилиндра:

Частота вращения коленчатого вала: .

Индикаторная мощность двигателя:

Расход топлива:

Количество теплоты, введенной в двигатель:

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться: