Obiegi - wprowadzenie

Opracowanie: Ewa Fudalej - Kostrzewa

1

OBIEGI - WPROWADZENIE

Obieg – jest to układ termodynamiczny, w którym niezmienna ilość czynnika okresowo

powraca do stanu wyjściowego.

Celem realizacji obiegu jest uzyskanie pracy, która może być przekazana na zewnątrz

i wykorzystana np. do napędu układów mechanicznych.

Realizacja obiegu wymaga doprowadzenia i odprowadzenia ciepła. W wyniku realizacji

obiegu uzyskuje się pracę, przekazywaną na zewnątrz układu, w którym obieg jest realizowany.

Wielkością charakteryzującą obieg jest sprawność obiegu – w teoretycznych obiegach

silnikowych nazywana sprawnością teoretyczną



t

.

Jest definiowana następująco:

d

o

d

o

d

t

Q

Q

1

Q

Q

Q











,

gdzie: Q

d

– ciepło doprowadzone do biegu (na wykresie T-S przedstawia je pole a-b-1-c-d),

Q

o

– ciepło odprowadzone z obiegu (na wykresie T-S przedstawia je pole a-b-2-c-d).

Różnica ciepła doprowadzonego do obiegu i ciepła odprowadzonego z obiegu jest zamieniana na

pracę uzyskiwaną w wyniku realizacji obiegu.

o

d

Q

Q

L





Potwierdza to pierwsza zasada termodynamiki:

L

Q

U







gdzie: ΔU – przyrost energii wewnętrznej czynnika,

Q = Q

d

- |Q

o

| - ciepło obiegu,

L – praca obiegu.

Obiegi - wprowadzenie

Opracowanie: Ewa Fudalej - Kostrzewa

2

W wyniku realizacji obiegu przyrost energii wewnętrznej czynnika wynosi zero (ΔU = 0),

a zatem ciepło obiegu jest równe pracy obiegu:

Q = L

Sprawność obiegu teoretycznego można zatem zapisać następująco:

d

d

o

d

t

Q

L

Q

Q

Q









Podczas realizacji obiegu gaz podlega sprężaniu, czemu towarzyszy zmniejszenie objętości

gazu oraz rozprężaniu, czemu towarzyszy zwiększenie objętości gazu. Proces sprężania jest

realizowany w wyniku przyłożenia do tłoka z zewnątrz siły, potrzebnej do przesunięcia tłoka

w kierunku zmniejszającej się objętości gazu, czyli doprowadzenia pracy z zewnątrz L

z

(na

wykresie p-V przedstawia ją pole 1-2-b-3-4). Proces rozprężania jest realizowany w wyniku

nacisku gazu w cylindrze na tłok, czego efektem jest powstanie siły przesuwającej tłok

w kierunku zwiększenia objętości i wykonanie pracy przez gaz L

w

(na wykresie p-V

przedstawia ją pole 1-2-a-3-4). Różnica tych prac jest równa pracy obiegu:

z

w

L

L

L





Teoretyczne obiegi silnikowe są realizowane w cylindrze zamkniętym ruchomym

tłokiem, w warunkach quasistatycznych. Ciepło jest doprowadzane do czynnika znajdującego się

wewnątrz cylindra przez ścianki cylindra i odprowadzane na zewnątrz również przez ścianki

cylindra. W teorii silników spalinowych są rozważane teoretyczne obiegi Otto, Diesla i Sabathe.

W rozważaniach termodynamicznych obiegi te są porównywane z obiegiem Carnota, który

w danym zakresie temperatur charakteryzuje się największą sprawnością.

Dla wszystkich teoretycznych obiegów silnikowych jest charakterystyczne, że:

- proces sprężania odbywa się izentropowo,

- proces rozprężania odbywa się izentropowo,

- odprowadzenie ciepła z obiegu odbywa się izochorycznie.

Różny jest sposób doprowadzenia ciepła. I tak:

-w obiegu Otto ciepło jest doprowadzane izochorycznie,

- w obiegu Diesla ciepło jest doprowadzane izobarycznie,

- w obiegu Sabathe ciepło jest doprowadzane w dwóch częściach – jedna część ciepła jest

doprowadzana izochorycznie a druga izobarycznie,

W obiegu Carnota ciepło jest doprowadzane i odprowadzane izotermicznie, a proces

sprężania i rozprężania odbywa się izentropowo, tak samo jak w teoretycznych obiegach

silnikowych.