Chương 8 : CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
8.1.2. Chu trình lý tưởng
Để cho việc nghiên cứu các quá trình làm việc của ĐCĐT được thuận tiện dễ dàng,
người ta thay các quá trình phức tạp bằng các quá trình cĩ dạng đơn giản hơn nhưng
vẫn sát với các quá trình thực tế, bằng cách bỏ qua những hiện tượng và tổn thất thứ
yếu xuất hiện trong các chu trình thực tế. Cách làm như vậy ta sẽ được chu trình lý
tưởng của động cơ.
Như vậy, chu trình lý tưởng của động cơ là một chu trình kín và thuận nghịch,
trong đĩ khơng cĩ một sự tổn thất năng lượng nào, ngồi tổn thất nhiệt truyền cho nguồn lạnh đã được qui định theo định luật 2 của nhiệt động học.
8.1.2.1. Đặc điểm chủ yếu của chu trình lý tưởng
- Mơi chất cơng tác trong chu trình là khí lý tưởng, nhiệt dung riêng là hằng số, khơng phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất.
- Lượng mơi chất cho một chu trình là khơng thay đổi, trong chu trình khơng cĩ chu trình qt sạch khí thải ra khỏi xilanh và nạp khí mới vào xilanh.
- Khơng cĩ tổn thất nhiệt đối với mơi trường xung quanh, quá trình nén và giãn nởlà quá trình đoạn nhiệt.
- Các quá trình đốt cháy nhiên liệu, tỏa nhiệt và quét sạch xilanh được thay thế tương ứng bằng cách cung cấp một nhiệt lượng Q1 từ một nguồn nĩng và thải ra một nhiệt lượng Q2 cho nguồn lạnh hoặc ở trạng thái thểtích khơng đổi (V = const), hoặc ở
trạng thái áp suất khơng đổi (p = const) hoặc theo chu trình hỗn hợp (V = const và p = const).
- Việc chuyển hĩa từ nhiệt năng sang cơng trong chu trình về mặt lý thuyết là lớn nhất, tức là hiệu suất nhiệt của chu trình so với hiệu suất chỉ thị của động cơ cĩ trị số
lớn nhất.
Việc nghiên cứu chu trình lý tưởng rất cần thiết để xác lập đặc tính và mức độảnh
hưởng của các thơng số chủ yếu và của các quá trình chủ yếu như tỷ sốnén ε, phương
pháp cấp nhiệt (quá trình cháy của nhiên liệu), phụ tải của động cơ (lượng nhiệt đưa vào), tăng áp và v.v… tới các thơng số làm việc của động cơ.
88 8.1.2.2. Chỉ tiêu chủ yếu của chu trình
a) Tính kinh tế: của chu trình được đặc trưng bởi hiệu suất nhiệt của chu trình ηt, là tỷ số giữa lượng nhiệt đã chuyển biến thành cơng chia cho số nhiệt lượng cung cấp
cho mơi chất cơng tác. 1 2 2
1 1 1 1 t t l Q Q Q Q Q Q (8-1)
Trong đĩ: lt – cơng sinh ra của 1kmol mơi chất cơng tác trong một chu trình (J/kmol). Q1 – số nhiệt lượng cung cấp cho mơi chất cơng tác, tính theo (J/kmol)
Q2 - số nhiệt lượng thải ra, tính theo (J/kmol)
Q1 – Q2 – số nhiệt lượng được lợi dụng cĩ ích (chuyển sang cơng).
b) Tính hiệu quả: được đặc trưng bởi cơng đơn vị của chu trình tức là cơng tương ứng với một đơn vị thể tích cơng tác của xilanh.
Lt = Vh.pt (Nm/m3 hoặc N/m2) (8-2)
Trong đĩ: Lt – cơng của một chu trình, (J hoặc Nm);
Vh = Vmax – Vmin – thể tích của xilanh tức là hiệu số giữa thể tích lớn nhất và nhỏ
nhất của mơi chất cơng tác trong chu trình (m3).
pt –cơng đơn vị hay là áp suất bình quân của chu trình
Qua cơng thức (8.2) ta thấy rằng về mặt trị số thì cơng đơn vị bằng áp suất giả thiết khơng đổi pt, tác dụng lên piston trong khoảng thời gian ứng với sựthay đổi thể
tích từ Vmax đến Vmin. Vì vậy trị số pt cịn được gọi là áp suất bình quân của chu trình.
Cơng đơn vị của chu trình mà càng lớn thì kích thước xilanh cơng tác của động cơ
cần cĩ đểthu được cơng suất đã cho sẽ càng nhỏ.
Chu trình lý tưởng của ĐCĐT kiểu piston cĩ thể chia làm ba loại chủ yếu sau đây:
Chu trình đẳng tích: là chu trình mà q trình cấp nhiệt tiến hành ở trạng thái thểtích khơng đổi (V = const). (hình 8-1a)
Chu trình đẳng áp: là chu trình mà quá trình cấp nhiệt tiến hành ở trạng thái áp suất khơng đổi (p = const). (hình 8.1b)
Chu trình hỗn hợp là chu trình mà quá trình cấp nhiệt cĩ một bộ phận tiến hành ở thểtích khơng đổi (V = const) và một bộ phận ở áp suất khơng đổi (p = const). (hình 8.1c)
a) b) c)
Hình 8.1. Chu trình lý tưởng của ĐCĐT.