ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сравнение эффективности идеализированных циклов тепловых двигателей из "Основы теории тепловых процессов и машин Часть 2 Издание 3 " Эффективность преобразования энергии в тепловом двигателе, работающем по тому или иному циклу, можно оценить с помощью термического КПД Tjty рассмотренного выше. Как известно, самым большим термическим КПД обладает тепловой двигатель, работающий по циклу Карно. По этой причине желательно, чтобы тепловые двигатели работали по такому циклу, но, в силу объективных причин, реализовать такой цикл в тепловом двигателе не представляется возможным. Учеными и инженерами были обоснованы циклы, реализация которых в тепловых двигателях позволяет получить максимально возможный (с технической точки зрения для рассматриваемых условий) термический КПД. При обосновании таких циклов условия их реализации в тепловом двигателе несколько идеализируют, что позволяет получить количественные соотношения для оценки их эффективности. Вместе с тем, такие условия максимально приближены к реальным условиям. [c.141] Основу конструкции любого теплового двигателя составляет расширительная машина. На рис. 9.2 представлена конструктивная схема поршневой расширительной машины. На базе этой расширительной машины рассмотрим тепловые двигатели, работающие по различным циклам. Кинематика поршня этой машины не изменяется (с точки зрения конструкции) при реализации различных циклов, поэтому можно считать, что степень сжатия рабочего тела в ней не изменяется е = idem). [c.141] С изохорным процессом подвода энергии в тепловой форме с изобарным процессом подвода энергии в тепловой 4юрме с изохорно-изобарным процессом подвода энергии в тепловой форме. [c.142] Для обеспечения наглядности сравнения эффективности преобразования энергии в тепловом двигателе будем использовать индикаторную (рабочую) диаграмму (рис. 9.16). [c.142] Пусть во всех циклах процесс сжатия рабочего тела происходит адиабатически Qa- — 0). Так как степень сжатия рабочего тела во всех циклах одинакова, то процесс сжатия заканчивается в одной и той же точке с, когда поршень достигает ВМТ. В процессе сжатия а-с давление и температура рабочего тела увеличиваются. В точке с можно начать подвод энергии к рабочему телу в тепловой форме при различных условиях. [c.142] Пусть энергия в тепловой форме подводится к рабочему телу при постоянном объеме (К = К = idem Qi = Q -z = Qi,v Ф 0). Такой процесс подвода энергии можно осуществить, если подводить ее относительно быстро. В этом случае поршень расширительной машины (рис. 9.2) практически не успевает переместиться. Следовательно, процесс o-z подвода энергии Qy является изохорным, В точке z (рис. 9.16) подвод энергии в тепловой форме к рабочему телу прекращают. В процессе z-b рабочее тело расширяется адиабатически Qz-ь = 0). Процесс расширения рабочего тела прекращается в точке 6, когда поршень достигает НМТ. В изохорном процессе Ьчг происходит отвод энергии от рабочего тела в тепловой форме при постоянном объеме Va = Н = idem = Qj = Q2,v Ф 0). [c.142] Таким образом, график a- -z-b-a отражает протекание цикла теплового двигателя с изохорным процессом o-z подвода энергии к рабочему телу в тепловой форме. [c.142] В точке а цикл замыкается. Таким образом, график а-о- -Ь-а отражает протекание цикла с изобарным процессом подвода энергии к рабочему телу в тепловой форме. [c.143] Легко установить, что площадь фигуры а-с-к-т-Ьчг в некотором масштабе численно равна результирующей работе W eay-p (энергии, отводимой от рабочего тела в механической форме) цикла с изохорно-изобарным процессом подвода тепловой энергии к рабочему телу. [c.144] Сравнивая площади фигур a- -z-b-a, а-с-к-т-Ь-а и a- -f-b-a, убеждаемся, что цикл с изохорно-изобарным процессом подвода энергии в тепловой форме к рабочему телу занимает промежзтючное место между двумя рассмотренными выше. В данном случае можно констатировать, что термический КПД Щу-р цикла с изохорно-изобарным процессом подвода энергии к рабочему телу в тепловой форме меньше термического КПД T)t,v цикла с изохорным процессом подвода тепловой энергии, но больше термического КПД rjt,p цикла с изобарным процессом подвода тепловой энергии (при условии неизменности степени сжатия рабочего тела в цикле), т. е. [c.144] Следует отметить, что термический КПД различных циклов необходимо сравнивать не при одинаковой степени сжатия рабочего тела, а при одинаковом максимально допустимом давлении (р = idem). Сравним эффективность отмеченных выше циклов при одинаковом максимально допустимом давлении рабочего тела. [c.144] Пусть в процессе а-с (рис. 9.17) рабочее тело сжимается адиабатно до достижения максимально допустимого давления по условиям механической прочности деталей расширительной машины (р = = Pz = Ртах)- На сжатие рабочего тела в процессе а-с затрачивается энергия в механической форме (путем совершения работы Wa- = сж) численно равная в некотором масштабе площади фигуры a- -V -Va. В процессе сжатия давление и температура рабочего тела увеличиваются. [c.144] В процессе расширения -z к рабочему телу подводится энергия в тепловой форме при постоянном давлении (рс=рг = idem) в количестве Ql. В адиабатном процессе z-b рабочее тело адиабатно расширяется. В этом процессе энергия в тепловой форме не подводится к рабочему телу и не отводится от него. Тем не менее, энергия отводится в механической форме (газ совершает работу над поршнем расширительной машины). [c.144] В процессе Ь-а от рабочего тела отводится энергия в тепловой форме в количестве Q2 при постоянном объеме (Vi, — Va = idem). В точке о цикл замыкается. [c.144] Пдкл можно осуществить по другому пути. В процессе a- i рабочее тело сжимается адиабатно. В изохорном процессе i-z к рабочему телу подводится энергия в тепловой форме в количестве Qi. В процессе г-6 рабочее тело расширяется адиабатно, и от него отводится энергия в механической форме. В изохорном процессе Ь-а от рабочего тела отводится энергия в тепловой форме в количестве Q2. В точке а цикл замыкается. [c.144] На рис. 9.17 видно, что площадь фигуры a- -z-b-a больше площади фигуры a- i-z-b-a. Следовательно, в цикле с изобарным процессом -z подвода энергии в тепловой форме можно отвести от рабочего тела больше энергии в механической форме, чем в цикле с изохорным процессом i-z подвода энергии к рабочему телу при одинаковом максимальном давлении. [c.144] Пусть в обоих циклах от рабочего тела отводится одинаковое количество энергии в тепловой форме Q p = Q2V = idem). Сравнение циклов осуществим при условии равенства максимальных температур (Г = Ттах idem). [c.145] Вернуться к основной статье