ДВС схемы, циклы и термический кпд двигатель внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания - тепловая машина, в которой подвод тепла к рабочему телу осуществляется за счет сжигания топлива внутри самого двигателя.

Рабочим телом в таких двигателях является на первом этапе воздух, а на втором - продукты сгорания жидкого или газообразного топлива.

Двигатели внутреннего сгорания обладают двумя существенными преимуществами:

-   Компактность, так как горячий источник тепла находится внутри самого двигателя, отпадает необходимость в больших теплообменных поверхностях, через которые осуществляется подвод тепла от горячего источника к рабочему;

-   Температура рабочего тела, получающего тепло не через стенки двигателя, а за счет тепловыделения в объеме самого рабочего тела, может превосходить предел температуры, допустимой для конструкционных материалов.

Основным элементом любого поршневого двигателя является цилиндр с поршнем, соединенным посредством кривошипно-шатунного механизма с внешним потребителем работы.

Цилиндр снабжен двумя отверстиями с клапанами, через одно из которых осуществляется всасывание рабочего тела, а через другое - выброс рабочего тела по завершению цикла.

Различают 3 основных вида:

-   Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме - цикл Отто,

-   Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении - цикл Дизеля,

-   Цикл со смешанным подводом теплоты - цикл Тринклера.

 

Поршень I совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре II, снабженном всасывающим III и выхлопным IV клапанами.

1 - поршень движется слева направо, в цилиндре создается разрежение, открывается клапан III и в цилиндр подается горючая смесь. После того как поршень дойдет до крайнего правого положения, всасывающий клапан закрывается, поршень начинает двигаться в обратном направлении.

2 - горючая смесь сжимается, давление возрастает.

После того как давление смеси в цилиндре достигает величины, соответствующей т.2, с помощью электрической свечи V производиться поджигание горючей смеси.

3 - процесс сгорания смеси происходит практически мгновенно, поршень не успевает переместиться, и поэтому процесс сгорания можно считать изохорным. В процессе сгорания повышается давление до т.3.

4- под этим давлением поршень перемещается вправо.

4-5 - после того как поршень дойдет до т.4, с помощью устройства открывается клапан IV и давлении в цилиндре снижается до значения больше атмосферного.

5-b - поршень движется влево, выталкивая оставшуюся часть газов.

Т.о. поршень совершает 4 хода (такта) - всасывание, сжатие, расширение после сгорания смеси, выталкивание продуктов сгорания в атмосферу.

Термодинамический анализ цикла Отто удобно проводить, рассматривая идеализированный цикл. Процессы сжатия (1-2) и расширения (3-4) в этом цикле происходят за весьма короткие промежутки времени, в течение которых не успевает произойти заметного теплообмена с окружающей средой, то с хорошим приближением эти процессы можно считать адиабатными.

 

Работа, производимая двигателем за один цикл, изображается площадью 2-3-4-1-2.

Определим величину термического к.п.д. цикла Отто.

Термический КПД

Из уравнения ясно, что термический к.п.д. цикла Отто зависит только от степени сжатия рабочего тела в адиабатный процесс 1-2, причем, чем больше степень сжатия в, тем выше термический к.п.д. цикла.

Вывод: благодаря применению предварительного сжатия возрастает термический к.п.д.

1-25   !

Поток жидкости или газа со скоростью с₀ и температурой Т₀ обтекает плоскую пластину (рис. 10.4). На поверхности пластины образуется пограничный слой, толщина которого по мере удаления от передней кромки нарастает. Обычно пограничный слой является смешенным: на начальном участке – ламинарный; на определенном удалении от передней кромки пограничный слой переходит в турбулентный. Нужно иметь в виду, что переход ламинарного режима в турбулентный происходит на некотором участке, но для практических расчётов часто эту переходную зону условно заменяют точкой.

Координата х_п точки перехода определяется числом Рейнольдса: переход происходит при достижении Re некоторого критического значения

откуда

(10.22)

Величина Re_кр зависит от степени турбулентности (возмущенности) набегающего потока: чем слабее возмущен (турбулизирован) набегающий поток, тем больше Re_кр. Величина Re_кр при продольном обтекании плоскости пластины лежит в пределах от 4·10⁶ (невозмущённый поток) до 10⁵ и менее. Следовательно, положение точки перехода зависит от скорости, плотности и вязкости набегающего на пластину потока, а также от степени его возмущенности.

Рис.10.4. картина образования пограничного слоя направленности пластины

 

Если длина пластины l меньше x_п, то вся пластина будет покрыта ламинарным пограничным слоем. Если турбулентность набегающего потока велика, а пластина имеет сравнительно большую длину, то практически вся она может быть покрыта турбулентным пограничным слоем.

Рассмотрим изменение α по длине пластины. Поскольку по мере удаления от передней кромки толщина пограничного слоя увеличивается, то растет и термическое сопротивление между внешним потоком и пластиной. При неизменном режиме течения в пограничном слое это приводит к понижению интенсивности теплообмена и уменьшению коэффициента теплоотдачи (рис. 10.5, а). Если в пограничном слое происходит переход ламинарного режима в турбулентный, то в месте перехода коэффициент теплоотдачи возрастает (рис. 10.5, б), так как возникает дополнительный перенос тепла за счет турбулентного перемешивания. Таким образом, интенсивность теплообмена в данной точке пластины при прочих равных условиях определяется ее удалением от передней кромки. Поэтому определяющим размером здесь является координата х; этот размер и входит в выражения критериев подобия:

 

 

Рис 10.5 Характер изменения α по длине пластины при неизменном режиме течения (а), при переходе ламинарного в турбулентный(б)

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: