Теплотехника

  Продукты  сгорания, охлаждаясь в изобарном процессе 1-2 (рис. 6.1), отдают теплоту

  Q г = тг( hг —h г), которая затрачивается на нагрев воды (линия 3-4), ее испарение (линия 4-5) и перегрев пара до нужной температуры (линия 5-6). Если не учитывать теплопотери В окружающую среду, то количество теплоты, отданной газами, будет равно количеству теплоты Q = D (h – h )), воспринятой водой и паром: Q =Q или m ( h  -h ) =

    D ( h-h)

  Здесь m D — массовые расходы газов и пара, а h, . . , h — удельные энтальпии соответствующих веществ Н соответствующих состояниях.

  Чтобы изобразить описанные процессы в Т, 5-диаграмме водяного пара в одном масштабе, отложенные на ней значения энтропии воды и пара отнесены К 1 кг, а энтропии греющих газов — к их количеству, приходящемуся на 1 кг пара,

Т, е.  s =s  m / D. s = s  m / D . где s - удельная энтропия газа. Для удобства сравнения принято также общее начало отсчета энтропии, т.е. s  m /D =s . В таком случае площадь 1-1-2'-2, представляющая собой количество отданной теплоты, и площадь 2'-3-4-5-6-6', эквивалентная количеству теплоты, воспринятой паром, равны друг другу.

Поток     газа     входит    с     эксергией e =  h  -  h  T ( s  - s )  m / D . а выходит с эксергией e  =  H   - h – T  ( s  - s ) m / в , теряя на килограмм пара эксергию e – e  =  h  - h h  T ( s  s  )  m  / D. 
 

Рис. 6.1. к расчету по T, х-диаграмме эксергетических потерь при неравновесном теплообмене 
 

  Соответственно  увеличение эксергии килограмма пара     

  )]. Потери эксергии при передаче теплоты                                         составят

                                                                                                               (6.2)

Графически  эти потери изображаются заштрихованной на рис. 6.1 площадкой. Расчеты показывают, что только из-за неравновесного теплообмена потеря эксергии, т. е. работы, которую теоретически можно было бы получить, используя теплоту продуктов сгорания топлива, превышает 30 %.

ЦИКЛЫ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ   ВНУ1РЕННЕ10 СГОРАНИЯ

  Чтобы исключить эксергетические потери за счет неравновесного теплообмена с горячим источником теплоты, целесообразно использовать в качестве рабочего тела газы, получающиеся при сгорании топлива. Это удается осуществить в двигателе внутреннего сгорания (ДВС), сжигая топливо непосредственно в его цилиндрах.

  Теоретический цикл ДВС состоит из адиабатного  сжатия 1-2 рабочего тела и цилиндре, изохорного 2-3 или изобарного 2-7 подвода теплоты, адиабатного расширения  3 – 4 или   7-4  и изохорного  
 

Рис. 6.2. Циклы  ДВС:а — в р,  11-координатах;  б—в  Г, 5-координатах; я — схема цилиндра с поршнем

отвода теплоты  4-1 (рис. 6.2). В реальных двигателях подвод теплоты осуществляется путем сжигания топлива. Если пары бензина перемешаны с необходимым для горения воздухом до попадания в цилиндр, смесь сгорает в цилиндре практически мгновенно, подвод теплоты оказывается близким к изохорному. Если же в цилиндре сжимается только воздух и уже затем впрыскивается топливо, то его подачу можно отрегулировать таким образом, чтобы давление в процессе сгорания оставалось приблизительно постоянным, и условно можно говорить об изобарном подводе теплоты.

  Чтобы не делать цилиндр двигателя очень  длинным, а ход поршня слишком  большим, расширение продуктов сгорания в ДВС осуществляют не до атмосферного давления р , а до более высокого давления p , а затем открывают выпускной клапан и выбрасывают горячие (с температурой Т^) продукты сгорания в атмосферу. Избыточное давление p - p при этом теряется бесполезно. В идеальном цикле этот процесс заменяется изобарным отводом теплоты 4-1.

  Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя е. Применительно к идеальному циклу (см. рис. 6.2)

= V / V                                                                       (6.3)

  Степень сжатия является основным параметром, определяющим термический КПД цикла. Рассмотрим т.! цикла с одинаковыми точками I и 4, один из которых (1'-2'-3'-4) имеет большую степень сжатия е, чем другой (1-2-3-4). Большему значению г соответствует более высокая температура в конце сжатия 1-2. Следовательно, изохора 2'-3' рас положена в 7, «-диаграмме выше, чем изохора 2-3. Из рис. 6.2, б видно, что количество теплоты ^\, подведенной в цикле 1-2'-3'-4 (площадь 2'-3'-5-6). больше, чем количество теплоты, подведенной в цикле 1-2-3-4 (площадь 2-3-5-6). Количество отведенной теплоты ^^ в обоих циклах одинаково (площадь 4-5-6-1). Следовательно, термический КПД т|/= 1 —<72/'?1 больше в цикле 1-2'-3'-4.

  Термический КПД цикла двигателя внутреннего  сгорания увеличивается с ростом степени сжатия е. Нетрудно по лучить аналитическую зависимость Г1( от е, например, для цикла со сгоранием при V = соnst1:. При постоянной теплоемкости 
 
 
 
 
 
 

При одинаковых показателях адиабатм к процессов сжатия и расширения в соответствии с (4.18) 
 
 
 

Тогда для рассматриваемого цикла

                                                                              (6.4) 

  На  рис. 6.3 приведены крив1ые зависимости термического КПД цикла со его 
 
 

Рис. 6.3. Изменение    ДВС с подводом теплоты при V= Const в зависимости сот степеyи сжатия при различных значениях показателей. адиабаты R  
 

Так же существует цикл газотурбинной установки, паротурбиной установки, парогазовые циклы. 
 
 
 
 
 
 
 

Задача 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                            Используемая литература:

1.   Луканин В.Н., Шатров  М.Г. Теплотехника. - М.: Высшая школа, 2003.
2. Теплотехника / Под.ред. А.М. Архарова, В.Н. Афанасьева. – М.: МГТУ им. Баумана, 2004.
3. Мазур Л.С. Техническая термодинамика и теплотехника. – М.: Гэотар Медицына, 2003.
4. Теплотехника / Под ред. А.П. Баскакова.– М.:Энергоатомиздат, 1991.
5. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М., 1975.
6. Теплотехника: Учеб, для вузов/ А. П. Баскаков 1991