Определим среднюю мольную изохорную теплоёмкость воздуха для двух диапазонов температур: 0°С –Tz. и 0°С –Tb. Температуры Tz и Tb –это начальная и конечная температуры рабочего тела в процессе политропного расширения
MCv(Tz) = 20.0262 + 0.0020291*Tz = 20.0262 + 0.0020291*1728.4,
MCv(Tz) = 23.5333Дж/(моль*К);
MCv(Tb) = 20.0262 + 0.0020291*Tb = 20.0262 + 0.0020291*1110.0,
MCv(Tb) = 22.2785 Дж/(моль*К)
Определим среднюю мольную теплоёмкость при постоянном объёме в процессе расширения рабочего тела
MCvm(Tz - Tb) = (MCv(Tz)* Tz -MCv(Tb)* Tb)/(Tz - Tb) =
=(23.5333*1728.4 - 22.2785*1110.0)/(1728.4 – 1110.0),
MCvm(Tz - Tb) = 25.7856Дж/(моль*К)
По полученному значению средней мольной теплоёмкости при постоянном объёме из уравнения 4.26а определяем средний показатель адиабаты в процессе расширения
к2 = 1 + R/MCvm(Tz - Tb) = 1+8.314/25.7856,
к2 = 1.32243
Определяем среднюю мольную теплоёмкость в политропном расширении
MCпm(Tz - Tb) = MCvm*(n2-k2)/(n2-1) = 25.7856*(1.2 – 1.32243)/0.20,
MCпm(Tz - Tb) = -15.7847Дж/(моль*К)
Отрицательное значение средней мольной теплоёмкости в политропном расширении z-b означает, что в этом процессе по мере расширения и при уменьшении температуры рабочего тела тепловая энергия подводится из окружающей среды к рабочему телу.
Действительно, используя уравнение 4.10, с учётом количества рабочего тела, участвующего в цикле, определяем тепловую энергию, которой рабочее тело обменивается с окружающей средой
Qz-b = N мол *MCпm2*(Tb – Tz) = -0.094516*15.7847*(1110 – 1728.4),
Qz-b = 922.6Дж
Итак, тепловая энергия, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда, положительна. Напомним, что этот знак соответствует условию n2 < k2. В реальных условиях такое возможно вследствие того, что в процессе расширения рабочего тела в цилиндре двигателя всё ещё догорает топливо, не сгоревшее в предыдущих изохорном и в изобарном процессах.
Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в окружающую среду в изохорном термодинамическом процессе b-a
Ранее уже были рассчитаны значения средней мольной теплоёмкости рабочего тела в диапазонах температур 0° - Tb и 0° - Tа, т.е. для граничных точек процесса отвода тепла.
MCv(Ta) = 20.6552Дж/(моль*К) и MCv(Tb) = 22.2785Дж/(моль*К).
Это позволяет рассчитать отведенное от рабочего тела тепло в изохорном процессе b-a. С учётом количества вещества, участвующего в цикле, получим
Qb-a = Nмол*(MCv(Ta)*Ta – MCv(Tb)*Tb) =
0.094516*(20.6552*310 – 22.2785*1110.0),
Qb-a = -1732.1Дж
Результирующие параметры обмена тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в цикле