В цикле с сообщением теплоты при р -const (X = 1) будет иметь
= р. (АГГЬЛ)-<8> В цикле с сообщением теплоты при V = const (р = 1)
Pt=Pa (,-1)(в-1) ->-
§ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ
Цикл с сообщением теплоты при 1/ = const. 11аиболее простую форму зависимости термического к. п. д. от различных факторов имеет цикл с сообщением теплоты при V = const. Выражение (4) показывает, что величина этого цикла зависит только от двух величин: от степени сжатия е, которая является конструктивным параметром двигателя (определяется относительной величиной объема сжатия), и от показателя адиабаты k, т. е. от природы рабочего тела.
Из выражения (4) видно, что чем больше степень сжатия двигателя, тем выше его термический к, п. д. При увеличении показателя k термический к. п. д. повышается. Эти зависимости графически показаны на фиг. 11. Следует иметь в виду, что термический к. п. д. цикла с сообщением теплоты при V = const при принятых значениях е и k не зависит от работы цикла. Так как изменение работы цикла связано с соответствующим изменением
Среднее давление было определено так же, как воображаемое постоянное давление, которое за один ход поршня производит работу, равную работе цикла.
Так как работа цикла в калориях выражается произведением QiTj, то
Р - QiK
Вследствие того, что
количества теплоты, сообщаемой рабочему телу, то увеличение работы цикла •сопровождается увеличением степени повышения давления Л, т. е. одновременно увеличиваются максимальные давление и температура цикла. Величина \ не входит в выражение -п цикла с сообщением теплоты при V ~ = const. Следовательно, для этого цикла изменение количества подведенной теплоты, а также и работы цикла не влияет на термический к. п. д. Степень повышения давления X, как видно из выражения
С увеличением степени сжатия е уменьшается, а с увеличением теплоты Qj
возрастает.
Максимальное давление
увеличивается как с увеличением е, так и с увеличением Qj.
Среднее давление цикла с сообщением теплоты при V = const k
15 .0 5.0 55 6.0 6.5 7.0 £
Фиг. 11. Диаграммы термического к. п. д. цнкла с сообщением теплоты при V = const.
Прямо пропорционально давлению начала сжатия. Величина р сущест-•венно влияет на величину работы пикла и мощность двигателя.
С увеличением степени сжатия е среднее давление цикла с сообщением теплоты при V = const при одном и том же количестве сообщаемой теплоты Qj повышается, давление p растет с повышением степени сжатия е медленнее, •чем терлтнческий к. п. д. f\f. Так, например, при увеличении s от 4 до 7 .(при k ~ 1,3) термический к. п. д. повышается иа 30%, а давление р на 14%.
Степень повышения давления \ также влияет на среднее давление Цикла р: чем больше степень повышения давления Л, тем больше давле-.ние p, причем велмчиш р растет быстрее, чем степень повышения давления \.
Произведенный анализ формул (4) и (9) показал, что для повышения термического к. п. д. и удельной работы двигателей, работающих по Циклу с сообщением теплоты при V ~ const, необходимо стремиться к иовышешю степени сжатия. Однако в существующих двигателях этого типа верхний допустимый предел степени сжатия, как было указано, лимитируется условиями нормального сгорания, явления преждевременной вспышки и детонации (см. гл. IV) не позволяют чрезмерно повышать величину е. Для современных карбюраторных бензиновых двигателей верхний предел степени сжатия е = 6,5 9,0, для керосиновых двигателей е == 4,5 5,00 и для газовых двигателей е = 8 10.
Цикл с сообщением теплоты при р = const. Выражение (3) термического к. п. д. цикла с сообщением теплоты при р = const показывает, что степень использования теплоты в этом цикле зависит не только от степени сжатия е и показателя адиабаты но и от степени предва-
рительного расширения р. При этом параметры е и k влияют в этом цикле на термический к. п. д. -ц так же, как в цикле с сообщением теплоты при К = const, а увеличение степени предварительного расширения р вызывает уменьшение термического к. п. д. На фиг. 12 показана зависимость термического к. п. д. цикла с сообщением теплоты при р = const от перечисленных выше параметров. В цикле с сообщением теплоты при р = const степень предварительного расширения р находится в непосредственной зависимости от количества сообщенной теплоты и, следовательно, от величины работы цикла. Отсюда вытекает, что с увеличением работы цикла с сообщением теплоты при р = const термический к. п. д. падает, максимальное значение коэффициента f\f будет при работе двигателя на холостом ходу, когда количество теплоты, сообщенное на участке cz, минимально. Максимум к. п. д. tif при работе двигателя вхолостую указывает на то, что в этом случае преобразование теплоты в механическую работу происходит наиболее экономично, хотя это ни в коей мере не указывает на степень полезного использования этой работы.
Среднее давление цикла с сообщением теплоты при р = const
Pt= Ра (e l)(fe .!)- -/г (Р - 1)
2.0 2,5 3.0 fi
Фиг. 12. Диаграмма термического к. п. д. цикла с сообщением теплоты при р = const.
как и любого другого цикла, пропорционально давлению начала сжатия р.
Как и в цикле с сообщением теплоты при V = const, при одном и том же количестве сообщаемой теплоты QJ с увеличением степени сжатия среднее давление pf повышается медленнее, чем термический к. п. д. С увеличением значения k среднее давление цикла Pf при том же условии увеличивается пропорционально к. п. д. f\f.
Как было указано ранее, с увеличением степени предварительного расширения р термический к. п. д. tif понижается, а среднее давление цикла повышается и при том более резко, чем величина р. Так, например, с изменением степени предварительного расширения р от 2 до 3 давление pf увеличивается на 84%.
Смешанный цикл. В смешанном цикле общее количество сообщенной теплоты может различно распределяться между участками постоянного объема и постоянного давления В зависимости от этого параметры А и р, определяющие собой количества сообщенной теплоты на каждом из этих участков в отдельности, при постоянном суммарном количестве сообщенной теплоты Qi могут принимать различные значения, но должны быть связаны между собой некоторым определенным соотношением. Действительно, если общее количество теплоты Qi = + Qj постоянно, то при увеличении количества теплоты Qj, количество теплоты Qj, сообщенной на участке
р = const, уменьшится и, следовательно, уменьшится степень предварительного расширения р.
Функциональная зависимость между величинами Лир при Qj = const может быть установлена на основании выражения (5) общего количества теплоты:
