Термодинамический расчет, анализ и оптимизация идеализированного цикла поршневого ДВС (стр. 3 из 4)

Чтобы построить T-s диаграмму, выбираем масштабы по осям координат: T_t = 10 К/мм; s_s = 0,01 кДж/(кг·К) / мм. Изображаем оси T и s, наносим координатную сетку, а затем и характерные точки цикла. Точки 2 и 3, 3 и 4, 5 и 1 соединяем по лекалу кривыми, по характеру близкими к экспонентам, а политропные процессы 1-2 и 4-5 с достаточной точностью можно изображать прямыми линиями (рис. 1П). Чтобы определить коэффициент заполнения цикла, найдем площадь цикла 1-2-3-4-5-1 непосредственно на диаграмме, пересчитывая квадратные сантиметры (на рисунке пронумерованы): Fц = 25,4 см².

Площадь описанного цикла Карно рассчитываем, измерив, размеры прямоугольника в сантиметрах: Fк = 8,5·5,9 = 50,2 см². Тогда коэффициент заполнения цикла будет

k = Fц / Fк = 25,4/ 50,2 = 0,51

1.4 Оптимизация цикла варьированием параметра n₁

Используя данные таблицы, строим графики зависимостей: Т_max= f(n₁)

и η_t = f(n₁):

Из рисунков видно, что наибольшую эффективность имеет цикл с n₁ = 1,37. Это и понятно, поскольку при n₁ = k процесс сжатия протекает адиабатно, а адиабатные процессы самые "экономичные". Вывод: оптимальным является значение n₁ = 1,37. При этом T₄< T_пр.

Цикл Ренкина задан параметрами р₁ = 10 МПа; t₁ = 450°С; р₂ = 0,07 МПа. Исследовать влияние параметра t₁ на величину термического КПД цикла η_t и удельный расход теплоты q, рассчитав эти величины при варьировании заданного параметра в пределах

Для определения параметров p, v, t, h и s каждой из характерных точек цикла воспользуемся таблицами состояний [5] и известной h-s диаграммой воды и пара.

Точка 1. Давление и температура здесь заданы: р₁ = 3,494 МПа; t₁ = 273°С. Тогда на пересечении изобары: р = 34,9 бар и изотермы t₁ = 273 °С на h-s диаграмме находим положение точки 1 и по соответствующим изолиниям определяем значения остальных параметров: v₁ = 0,0636 м³/кг; h₁ = 2900,2 кДж/кг; s₁ = 6,321 кДж/(кг·К). Эти же значения можно определить и по таблицам состояний перегретого пара, применяя двунаправленное линейное интерполирование, подробно описанное в [3] и [4].

Точка 2. Поскольку процесс 1-2 принимается адиабатным, положение точки 2 находим, проводя вертикальную линию вниз (s = const) до пересечения с изобарой р = р₂ = 0,27 бар.

_ * В настоящем расчете все исходные параметры умножены на 0,91, чтобы вариант 42 оставался доступным для работы.

По соответствующим изолиниям находим: t₂ = t_нас = 66,9 °С, ν₂ = 4,5157 м³/кг; h₂ = 2117,6 кДж/кг; s₂ = s₁ = 6,321 кДж/(кг К); x₂ = 0,78. Эти же значения можно рассчитать, пользуясь таблицами насыщенных состояний и определив сначала значение x₂:

после чего и значения других параметров, например:

Параметры остальных точек находим по таблицам насыщенных состояний (по давлениям).

Точка 3. Давление р₃ = р₂ = 0,27 бар, остальные параметры – это параметры воды на линии насыщения при этом давлении. Из таблицы находим:

t₃ = t_нас = 66,9 °С; ν₃ = 0,0010 м³/кг; h₃ = 280,0 кДж/кг; s₃ = 0,917 кДж/(кг К).

Точка 4. Давление р₄= р₁ = 3,494 бар, температура: t₄ = t₃ = 242,4 °С. По этим значениям с помощью таблицы состояний воды следовало бы найти остальные параметры. Однако, учитывая, что величина параметров воды очень мало зависит от ее давления, обычно принимают ν₄ = ν₃ = 0,001 м³/кг; h₄ = h₃ = 280,0 кДж/кг; s₄ = s₃ = 0,917 кДж/(кг·К).

Точка 5. Здесь р₅ = р₁ = 3,494 бара, а остальные параметры этой точки – это параметры воды на линии насыщения при этом давлении: t₅ = t_нас = 242,4 °С; v₅ = v'= 0,0012 м³/кг; h₅ = h' = 1049,3 кДж/кг; s₅ = s' = 2,724 кДж/(кг·К).

Точка 6. Давление р₆ = р₁ = 3,494 бар, все же остальные параметры определяются как параметры сухого насыщенного пара при этом давлении. Из таблицы насыщенных состояний воды находим: t₆ = t_нас = 242,4 °С; v₆ = v''= 0,0572 м³/кг; h₆ = h'' = 2802,5 кДж/кг; s₆ = s'' = 6,126 кДж/(кг·К).

2.3.1 Расчет термического КПД и других параметров цикла

Рассчитываем теперь основные характеристики цикла. Термический КПД цикла по формуле (30):

Результаты расчетов сводим в итоговую таблицу 1

Значение варьируемого параметра t_1, _С	Процент изменения параметра	d, кг/кВт ч	q, кДж/кВт·ч	η_t
218,4	-20	5,079	12353	0,291
245,7	-10	4,807	12183	0,295
273,0	0	4,600	12053	0,299
300,3	+10	4,425	11930	0,302
327,6	+20	4,267	11804	0,305

Точка	р, МПа	t, ⁰С	ν, м³/кг	h, кДж/кг	s, кДж/(кг·К)	х
1	3,494	273,0	0,0636	2900,2	6,321
2	0,027	66,9	4,5157	2117,6	6,321	0,78
3	0,027	66,9	0,0010	280,0	0,917
4	3,494	242,2	0,0010	280,0	0,917
5	3,494	242,2	0,0012	1049,3	2,724
6	3,494	242,2	0,0572	2802,5	6,126