3) Цикл со смешенным подводом тепла (цикл Тринклера).

Рис 1.17 цикл Тринклера

В ДВС со смешенным подводом тепла часть тепла q₁ подводится при v=const (линия 2-3), часть при p=const (линия 3-4).

В этом цикле сжимаемый воздух достигает температуры, большей температуры воспламенения топлива. Воспламенение топлива производится специальным топливным насосом через форсунки под высоким давлением 30 40 МПа без участия сжатого воздуха. Двигатель – бескомпрессорный.

Рассмотрим идеальный цикл Тринклера:

1-2 – адиабатное сжатие воздуха;

2-3 – изохорный подвод тепла;

3-4 – изобарный подвод тепла;

4-5 – адиабатное расширение;

5-1 – отвод теплоты по изохоре.

В точке 2 топливо через форсунку разбрызгивается в цилиндр, где сгорает сначала при v=const, затем при p=const.

Термический КПД цикла:

(1.104)

Где – степень сжатия: =14 16

- степень предварительного расширения

– степень повышения давления; .

(1.105)

.(1.106)

Из этого выражения при =1 получим выражения для цикла с v=const; при =1 – для p=const. Среднее значение КПД цикла Тринклера .

Сравнение циклов двс.

Сравнение эффективности различных циклов ДВС производится сопоставлением их термических КПД. Условиями сравнения являются одинаковые максимальное давление p₃ и температура T₃ в конце горения, сравнивают степени сжатия этих циклов. Справедливо следующее:

(1.107)

Проводят сравнение циклов ДВС и по TS-диаграмме (рисунок 1.18), где 1-2_p-3-4 – цикл с подводом тепла при p=const ;

1-2’-3-4 – при v=const;

1-2-2’-3-4 – смешанный подвод тепла.

– для всех циклов одинаково.

Как видно из диаграммы

Рис 1.18-Сравнение циклов ДВС с помощью TS-диаграммы

Недостатки ДВС:

1. невозможность получить большую мощность в одном цилиндре двигателя;

2. повышенные требования к качеству топлива;

3. невысокий КПД;

4. загрязнение окружающей среды.

1.13 Водяной пар.

Водяной пар получил широкое распространение в различных технологических процессах. Он является рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках.

Водяной пар имеет ряд преимуществ перед другими теплоносителями:

1. исходное сырье – вода, широко распространенная в природе;

2. водяной пар не оказывает вредного воздействия на окружающую среду;

3. водяной пар обладает хорошими термодинамическими свойствами.

Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием.

Парообразование бывает двух видов: испарение и кипение.

Испарение – процесс парообразования с поверхности жидкости.

Кипение – процесс парообразования во всем объеме жидкости.

Если парообразование жидкости происходит в неограниченном пространстве, то вся она может превратиться в пар. Если же парообразование жидкости происходит в закрытом сосуде, то в какой-то момент в пространстве над жидкостью будет находиться максимально возможное количество молекул воды. Пар в этом состоянии имеет максимальную плотность. Такой пар называется насыщенным.

Пар, соприкасающийся с жидкостью и находящийся в термическом равновесии с ней, называется насыщенным.

Момент окончания парообразования при кипении (то есть когда вся вода выкипела) соответствует состоянию сухого насыщенного пара. Состояние сухого насыщенного пара неустойчиво, при незначительном отводе от него теплоты он становится влажным паром, а при подводе теплоты – перегретым паром. Пар называют перегретым, если при заданном давлении он имеет более высокую температуру, чем температура насыщения. Чем больше степень перегрева, то есть разность между действительной температурой пара и температурой насыщения, соответствующей его фактическому давлению, тем больше перегретый пар по своим термодинамическим свойствам приближается к идеальному газу.

Рассмотрим процесс парообразования с помощью pV-диаграммы:

Рис. 1.19-Процесс парообразования воды на P-V диаграмме

Начальное состояние воды ( то есть при некотором давление р₀ и объеме обозначается на диаграмме точкой а. При подводе тепла температура Т и объемы воды будут возрастать. Нагрев воды завершится в тот момент, когда температура достигнет температуры кипения воды при p₀=const. Это состояние на диаграмме соответствует точке b.

Линия a-b: нагрев жидкости до T_кип. При дальнейшем подводе тепла начинается процесс парообразования. При этом рабочее тело будет состоять из воды и сухого пара. И в определенный момент, когда последняя капля воды превращается в пар, получим сухой, насыщенный пар – точка С.

Тогда между точкой b и точкой С будет находиться область влажного насыщенного пара, который состоит из воды и сухого пара.

При дальнейшем нагреве пар становится перегретым, его T и резко возрастают. Процесс завершится в точке d.

Относительное содержание массы сухого пара в двухфазной системе ( пар - кипящая вода) носит название степени сухости насыщенного пара:

(1.108)

Степень сухости меняется в области насыщения: . По физическим свойствам состояние начала кипения х=0 и состояние сухого насыщенного пара х=1 включается в область насыщенного пара.

Насыщенный пар степени сухости носит название влажного насыщенного пара.

С повышением Р, все закономерности процесса нагрева жидкости до t кипения сохраняются. И в критической точке при P_кр=22,129МПа и T=374,16⁰C и критическом объеме процесс парообразования стягивается в точку К, которая называется критической точкой.

В критической точке исчезают различия между жидкой и паровой фазами. Например сухой пар имеет туже плотность, что и кипящая вода

Соединив точку К с точками a,b,c при различных значениях Р, получим три линии.

1. Геометрическое место точек, характеризующих состояние воды при нулевой температуре и разных значениях давления.

2. Характеризует состояние воды при Т_кип и различных Р- нижняя пограничная кривая.

Геометрическое место точек, характеризующих сухой насыщенный пар- верхняя пограничная кривая.

Рис. 1.20-Процесс парообразования на TS-диаграмме.

На TS-диаграмме линия a-b-c-d представляют процесс парообразования при некотором давление p=const.

Линия a-b- изобарный подогрев воды до температуры насыщения. Состояние воды при t=0 и энтропии S₀ характеризуется точкой а. В точке b состоянию кипящей жидкости при принятом давлении соответствует температура кипения T_к и энтропия S^’.

Горизонтальная прямая b-c представляет процесс испарения при p=const, протекающий при постоянной температуре насыщения T_н

Точка С соответствует состоянию сухого насыщенного пара и определяется согласно изменений энтропии от х=0 до x=1

Кривая c-d представляет процесс перегрева пара при p=const.

Линии процесса парообразования при другом давлении p=const строятся тем же путем .

Удельная энтальпия пара легко определяется графически по TS-диаграмме.

Так на рисунке 1.20 площадь А, заключенная между изобарой нагрева в диапазоне от 0⁰С до T_н и двумя ординатами, представляют удельную энтальпию жидкости , соответственно площадь В- теплоту испарения r, а площадь С- затрачиваемую теплоту на перегрев пара.

Таким образом, удельная энтальпия сухого насыщенного пара в точке С характеризуется площадью a₀abcc₀ ( A+B), а перегретого пара в точке d-площадью aa₀bcdd₀ ( A+B+С).