Задача 10-2

Условие

Республиканская олимпиада 2014 10 класс № 2

Все современные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) подразделяются на две основные группы:

Двигатели, в которых используется цикл с подводом тепла при постоянном объеме (цикл Отто).
Двигатели, в которых используется цикл с подводом тепла при постоянном давлении (цикл Дизеля).
Исследование работы реального поршневого двигателя является сложной теоретической и экспериментальной задачей. Поэтому вам предстоит рассмотреть их упрощенные модели.
Так как в термодинамике исследуются лишь идеальные обратимые циклы, то для исследования цикла ДВС примем следующие допущения: рабочее тело – идеальный газ с постоянной теплоемкостью; количество рабочего тела постоянно; между рабочим телом и источниками теплоты имеет место бесконечно малая разность температур; подвод теплоты к рабочему телу производится не за счет сжигания топлива, а от внешних источников теплоты. То же самое справедливо и для отвода теплоты.

0. Уравнение адиабаты
Для исследования термодинамических циклов Вам понадобиться уравнение адиабаты: , где — показатель адиабаты, — изобарная и изохорная теплоёмкости газа. Получите уравнение адиабаты в координатах и .

1. Цикл Отто
Рассмотрим идеальный термодинамический цикл ДВС с изохорным подводом теплоты. Цикл в координатах представлен на рис. 1. Идеальный газ с начальными параметрами сжимается по адиабате 1-2. В изохорном процессе 2-3 рабочему телу от внешнего источника теплоты передается количество теплоты . В адиабатном процессе 3-4 рабочее тело расширяется до первоначального объема . В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в исходное состояние с отводом от него теплоты в теплоприемник. Характеристиками цикла являются:

Рисунок 3.
Идеальный термодинамический цикл ДВС с изохорным подводом теплоты
Определите:

1.1 Параметры P V T в точках цикла 2, 3, 4 через параметры .

1.2 Термический КПД цикла, выразив его через параметры .

2. Цикл Дизеля

В таких двигателях топливо сгорает постепенно в процессе такта «рабочий ход», а также осуществляется раздельное сжатие топлива и воздуха. Воздух сжимается в цилиндре, а жидкое топливо распыляется сжатым воздухом от компрессора. Поэтому здесь можно достигать значительно более высоких степеней сжатия. Воздух при высоких давлениях имеет настолько высокую температуру, что подаваемое в цилиндр топливо самовоспламеняется без всяких специальных приспособлений. Раздельное сжатие позволяет применять высокие степени сжатия (до ), исключая преждевременное самовоспламенение топлива. Постоянство давления при горении топлива обеспечивается соответствующей регулировкой топливной форсунки. Конструкция такого двигателя впервые была разработана немецким инженером Дизелем.

Рассмотрим идеальный цикл двигателя с подводом теплоты при постоянном давлении в -диаграмме рис.3. Этот цикл осуществляется следующим образом. Газообразное рабочее тело с начальными параметрами , , сжимается по адиабате 1-2. В изобарном процессе 2-3 телу сообщается некоторое количество теплоты . В адиабатном процессе 3-4 происходит расширение рабочего тела до первоначального объема. В изохорном процессе 4-1 рабочее тело возвращается в первоначальное состояние с отводом в теплоприемник теплоты . Характеристиками цикла являются: — Степень сжатия

— Степень предварительного расширения

Определите:

2.1 Параметры в точках цикла 2, 3, 4 через параметры , , , , , .

2.2 Термический КПД цикла, выразив его через параметры , , .

Рисунок 3.

Идеальный термодинамический цикл ДВС с изобарным подводом теплоты

3. Сравнение циклов Отто и Дизеля

Сравните циклы Отто и Дизеля при одинаковых максимальных и минимальных температурах и давлениях, одинаковых полных объёмах цилиндров . Сравнение выполните, рассмотрев конкретный пример. Полный объём цилиндра для обоих циклов в относительных единицах примите равным . Показатель адиабаты .

Степень сжатия для цикла Отто .

4.1 На приготовленном для Вас бланке постройте графики данных циклов. (На данных бланках указаны изотермы для максимальной и минимальной температур в данных циклах).

4.2 Используя формулы, полученные Вами в пп. 1.2 и 2.2 рассчитайте термический КПД данных циклов.

Нужна подсказка? →

Условие

Похожие задачи