理想循环的比较分析

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：对奥托、柴油、沙巴特循环的热效率进行比较。因在T-s线图中以面积表示热量的供给和释放，因此对循环的比较很便利。在图中，奥托循环为123o4o，柴油循环为123d4d，沙巴特循环为123′3s4s。因此有ηd>ηs>ηo图2-14 在最大压力和供给热量一定时理想循环的比较

对奥托、柴油、沙巴特循环的热效率进行比较。因在T-s线图中以面积表示热量的供给和释放，因此对循环的比较很便利。

1.各循环的压力和温度

对于循环中各点的压力和温度，如果以初始压力p₁和初始温度T₁表示，见表2-5。其中，压缩比为ε=V₁/V₂，定压预胀比为φ=V₃/V₂，压力比为ξ=p₃/p₂。

表2-5 各循环的压力和温度

2.压缩比和供给热量一定时

压缩比和供给热量一定时，奥托、柴油、沙巴特循环的p-V和T-s线图如图2-12所示。在图中，奥托循环为123_o4_o，柴油循环为123_d4_d，沙巴特循环为123′3_s4_s。在初始状态和压缩比一定的条件下，状态点1和2都相同。另外因供给热量Q₁相同，从T-s线图中可以得出下述关系：

因放热量Q₂为在定容过程中进行，一定的定容线与熵s轴组成的面积，从图中可以很明确地看出下述关系：

Q_2，o<Q_2，s<Q_2，d

由此可以看出，当压缩比和供给热量一定时，奥托循环的热效率最高，柴油循环的热效率最低，即

η_o>η_s>η_d

在压缩比相同的条件下，奥托循环热效率较高的原因已在前面叙述过，是膨胀比较大的原因。但在实际内燃机中，汽油机的压缩比局限于11左右，而柴油机的压缩比可以提高到17以上，因此柴油机的热效率比汽油机高。

3.最大压力和最高温度一定时

最大压力和最高温度一定时的p-V线图和T-s线图如图2-13所示。在图中，奥托循环为12_o34，柴油循环为12_d34。因最大压力和最大温度相同，p-V线图和T-s线图中的状态点3相同。在此条件下，奥托循环和柴油循环在图2-13bT-s线图中放热量相等，都是S_A14B。

图2-12 在压缩比和供给热量一定时理想循环的比较

图2-13 在最大压力和最大温度一定时理想循环的比较

热效率公式如下：

即，供给热量Q₁越大，热效率越高。从图2-13b所示的T-s线图中可以得知，柴油循环的供给热量比奥托循环的供给热量大。以此可以看出，热效率最高开始的顺序为柴油、沙巴特、奥托循环，即

η_d>η_s>η_o

4.最大压力和供给热量一定时

最大压力一定状态下的奥托循环与柴油循环的比较如图2-14所示。在图中，奥托循环为12_o3_o4_o，柴油循环为12_d3_d4_d，因假设为最大压力相同，因此p_3o=p_3d。另外因供给热量Q₁相同，从T-s线图中可以得出下述关系：

因供给热量Q₁一定，放热量Q₂在图2-14b所示的T-s线图中，因此柴油循环的热效率比奥托循环的热效率高，沙巴特循环的热效率居中。因此有

η_d>η_s>η_o

图2-14 在最大压力和供给热量一定时理想循环的比较