Параметры и процессы изменения состояния рабочего тела

Напомним, что величины, характеризующие физические свойства рабочего тела в данный момент, называются параметрами состояния рабочего тела, и непосредственному измерению поддаются три параметра состояния: давление р, удельный объем v и температура T, которые называются основными или термическими параметрами. Поэтому состояние судовой энергетической установки контролируется, в первую очередь, по показаниям манометров и термометров. Удельный объем же служит одной из координат при графическом изображении процессов, происходящих с рабочим телом. В частности, в технике принято пользоваться p–v координатами, удобство которых заключается в их наглядности и в том, что площади под линиями, изображающими процессы, в масштабе показывают работу.

Основными процессами изменения состояния рабочего тела являются изохорный (при v =const), изобарный (при p =const), изотермный (при T = const) и адиабатный (происходящий без теплообмена с окружающей средой) процессы.

Одним из примеров изохорного процесса является процесс взрывообразного горения паров бензина в карбюраторном двигателе, и этот процесс в p–v диаграмме изображается вертикальной линией (практически в цилиндре при подаче искры происходит взрыв смеси паров бензина с воздухом, что сопровождается резким ростом давления).

В то же время изобарный процесс изображается в p–v диаграмме горизонтальной линией и может служить иллюстрацией “медленного” горения топлива в цилиндре дизельного двигателя.

Изотермический процесс мы знаем по процессу кипения воды в чайнике, где температура не меняется. В технике этот процесс сопровождает подготовку рабочего тела в парогенераторе. Касательно же поршневых двигателей этот процесс мог бы описывать бесконечно медленное сжатие рабочего тела в цилиндре ДВС (рис. 1), т.е. изотерма представляет собой равнобокую гиперболу – с уменьшением объема давление повышается (процесс сжатия 1-2), а с увеличением объема давление уменьшается (процесс расширения 2-1).

Адиабатным процессом считается любой настолько быстротекущий процесс, что теплообмен при его течении не успевает произойти. В технике любой процесс сжатия и расширения считается адиабатным (рис. 2), который, в отличие от изотермического процесса, изображается неравнобокой гиперболой, расположенной несколько более круто по сравнению с изотермой (что и понятно, так как при быстром сжатии газа его давление растет быстрее по сравнению с медленным сжатием).