Циклы Отто, Дизеля и Тринклера в T - S

Z

Для всех циклов одинаково максимальная температура, количество подведённой теплоты q₁ и количество отведённой теплоты q₂.

Cд

C

q=const

T

S

     

A

q2

Ta

Cо

TC

B

 

AC – адиабатное сжатие                                           

СZ – подвод                                                                       

ZB – адиабатное расширение                                                

Максимальная работа цикла будет получена тепловыми двигателем с наибольшей степенью сжатия – работающего по циклу дизеля. Наименьшее – по циклу Отто.

Наибольший термический КПД будет у цикла дизеля, наименьшим у бензинового двигателя.

 

η_{бензинового} = 30-35%

η_{дизельного} =40-45%

Циклы газотурбинной установки

Газотурбинная установка является одним из видов теплового двигателя и имеет следующие преимущества перед ДВС:

1) Большая удельная мощность

2) Большой КПД при меньшем максимальном давлении цикла.

Недостатки:

1) Высокая чистота вращения выходного вала требует использование на повышенных средствах.

2) Оптимальный режим работы только при определённой частоте вращения вала турбины.

ГТУ широко используется:

1) В качестве приводов центробежного воздействия на магистральных нефте- и газопроводах.

2) На локомотивах и на морских суднах

3) В авиации

 

воздух

KC

ТК

ТН

К

 

Рабочее тело получает тепло в камере КС путём сжигания топлива, подаваемого насосом ТН, в воздухе, нагнетаемого компрессором К. Сгорание происходит при P=const из камеры сгорания рабочее тело с высокой скоростью выбрасывается в атмосферу через сопловой аппарат, где энергия выбрасываемых газов вращает турбинное колесо, затем энергия вращения турбины передаётся например на ротор генератора, где происходит выработка (преобразование) в электрическую энергию.

 

 

q1

q2

P

 

V

 

Лекция №15:

Сгорание топлива

Процесс сгорания топлива проходит в камере сгорания ДВС после совершения процесса сжатия. Топливо воспламеняется либо, от электрической искры (от свечи зажигания) в бензиновых двигателях работающих по циклу Отто (цикл быстрого сгорания), либо топливо самовоспламеняется в момент впрыска его топливной форсункой в раскалённый воздух камеры сгорания (цикл Дизеля и Тринклера). Нормальный процесс сгорания протекает с дозвуковой скоростью,жесткость работы двигателя при этом, и нагрузка на детали КШМ, цилиндропоршневой группы, и другие детали двигателя находится в допускаемых пределах, в том числе и по температурному режиму.

При детонационном сгорании процесс сгорания протекает со сверхзвуковой скоростью, что приводит к значительным перегрузкам. Приводит в первую очередь к прогоранию поршня, поломке колец и т.о. Медленное сгорание имеет место при обеднённой бензо-воздушной смеси, либо при использовании в качестве топлива СПДТ. (смесь пропаново-бутановая топливная)

Сгорание топлива – это быстропротекающая химическая реакция окисления углеводородом топлива, кислородом содержащимся в воздухе. В процессе сгорания межмолекулярные связи топлива разрываются. При сгорании 1 кг топлива выделяются следующее количество теплоты:

H_б = 44 МДж/кг – теплотворная способность бензина

H_д = 42 МДж/кг – теплотворная способность дизельного топлива

H_газ = 34 МДж/кг – теплотворная способность газа

Конечная реакция сгорания углеводорода и водорода:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

С + О₂ = С₂О

Теоретическое количество топлива необходимое для сгорания 1 кг бензина равна 14,5 кг воздуха.

Коэффициент избытка воздуха – это отношение действительного количества воздуха, поступающего в двигатель, теоретического необходимого для сгорания.

В процессе работы двигателя, работающего в различных режимах изменяются. При повышении нагрузки на двигатель смесь обогащается = 0,8…0,95. При движении в установившемся режиме с номинальной скоростью смесь обеднённая = 1,05…1,2. При = 1 смесь является нормальной.

 

Лекция №16

Теплопередача.

Теполопередача (теплообмен) – наука о самопроизвольных процессах передачи теплоты в пространстве с неоднородным температурным полем.

При проектировании различных теплосиловых установок: тепловых двигателей, холодильных машин, компрессоров и так далее, необходимо обязательно учитывать процессы переноса теплоты.

Выбор процесса (способа для защиты конструкции от перегрева) часто становится определяющим при разработке компоновки и общей конструкции теплосилового устройства.

Для того, чтобы конструкция работала надёжно необходимо предусмотреть некоторые меры, которые ограничели бы максимальную температуру различных деталей и узлов установки. В противном случае установка может разрушится так как конструкционные материалы при нагревании теряют прочность, а также могут нарушиться зазоры в сопряжениях трущихся пар, что значительно усилит износ, либо приведёт к заклиниванию деталей.

Виды переноса теплоты:

· Теплопроводность

· Конверсия

· Излучение

На практике редко встречается один вид переноса теплоты, то есть имеет место сложный процесс переноса теплоты.

Теплопроводность – процесс передачи теплоты на молекулярном уровне. Имеет место в твёрдых телах, незначительно присутствует в жидкостях и газах, полностью отсутствует в вакууме.

Излучение – процесс передачи теплоты в пространство через оптически прозрачные среды (в том числе через вакуум), связанно с распространением электромагнитных волн или индукцией фатонов, излучаемых любым телом имеющим температуру выше температуры абсолютного нуля.

Конвенция – процесс передачи теплоты, связанный с перемещением в пространстве макротел (масс вещества) в жидкостях и газах. При этом уже не отдельные молекулы, а значительные (макроскопические) объёмы горячей жидкости или газа перемещаются в зону с более низкой температурой (за счёт действия сил Архимеда) тела имеющие меньшую плотность (массу единицы объёма) поднимаются вверх.

В технике часто рассматривают два вида сложных процессов передачи теплоты:

· Теплоотдача

· Теплопередача

Tтв.ст.>Tж\г

Теплоотдача – передача теплоты от твёрдой стенки к омывающей её жидкости или газу.

Q

Ттв.ст.

V

ТЖ/Г

 

 

ТЖ/Г1

ТЖ/Г2

<

Теплопередача – передача теплоты от одной жидкости (газа) другой через твёрдую стенку.

Q

V

V

ТЖ/Г1

ТЖ/Г2

 

 

Данный способ передачи теплоты имеет место в теплообменных аппаратах.