Бесплатные калькуляторы

Примеры запросов: процентыипотекаплощадь✓ 1 413 работающих калькуляторов

ТЕРМОДИНАМИКА · ОНЛАЙН

Цикл идеального газа: КПД, работа и состояния для циклов Отто, Дизеля, Брайтона и Карно

Калькулятор цикла идеального газа строит четыре узловые точки цикла Отто, Дизеля, Брайтона или Карно и показывает температуру, давление и объём в каждой. По ним считаются подведённое и отведённое тепло, работа за цикл, термический КПД, сравнение с КПД Карно, среднее индикаторное давление, прирост энтропии и мощность при заданной частоте циклов.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
♨
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

Отто — бензиновый двигатель, Дизель — дизельный, Брайтон — газовая турбина, Карно — идеал.
Газ считается идеальным с постоянными теплоёмкостями.
Отношение теплоёмкостей Cp/Cv, от 1,05 до 1,7.
Для автомобильного цилиндра порядка десятых долей грамма воздуха.
Точка 1 — самая низкая температура цикла.
Отношение объёма цилиндра до сжатия к объёму после (1,5 – 40).
От 1,5 до 60.
Во сколько раз растёт объём на горячей изотерме (1,01 – 100).
Температура в конце подвода тепла. Должна быть выше температуры после сжатия.
Для четырёхтактного двигателя это половина оборотов в минуту.
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

Идеальный газовый цикл: КПД, работа и состояния

КПД цикла, %58,4756
Работа за цикл, Дж268,0096
Подведённое тепло, Дж458,3269
Отведённое тепло, Дж190,3173
КПД Карно для тех же температур, %84,9936
Доля от КПД Карно, %68,8
Максимальное давление цикла, кПа5 997,4513
Максимальная температура цикла, K2 000,15
Рабочий объём цикла, л0,3829
Среднее индикаторное давление, кПа699,8892
Рост энтропии при подводе тепла, Дж/К0,3652

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

Газ считается идеальным с постоянными теплоёмкостями, процессы — обратимыми. Подведённое и отведённое тепло, работа и изменение внутренней энергии вычислены для каждого из четырёх процессов; работа цикла равна разности подведённого и отведённого тепла.

Реальные двигатели имеют меньший КПД из-за теплопотерь, трения, неполного сгорания и переменной теплоёмкости газа; расчёт даёт идеальную верхнюю оценку.

Состояния газа в узловых точках цикла

ТочкаT, KP, кПаV, лПроцесс от этой точки к следующей
1300.151000.4308Адиабатное сжатие
2722.82862167.40220.0479Изохорный подвод тепла
32000.155997.45130.0479Адиабатное расширение
4830.5496276.71150.4308Изохорный отвод тепла

Тепло, работа и изменение внутренней энергии по процессам

ПроцессQ, ДжРабота газа W, ДжΔU, Дж
Адиабатное сжатие0-151.665151.665
Изохорный подвод тепла458.32690458.3269
Адиабатное расширение0419.6746-419.6746
Изохорный отвод тепла-190.31730-190.3173
Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Калькулятор цикла идеального газа: Отто, Дизель, Брайтон и Карно в одном расчёте

Калькулятор цикла идеального газа показывает, как работают теоретические циклы тепловых машин: давление, температура и объём в четырёх точках, тепло и работа по каждому процессу и итоговый КПД. Можно выбрать цикл Отто, Дизеля, Брайтона или Карно и любой газ.

Расчёт полезен студентам, изучающим термодинамику, и инженерам, которым нужна быстрая оценка предельных показателей двигателя или турбины. Ниже разобрано, чем циклы отличаются, как читать таблицы результата и где идеальная модель расходится с реальностью.

Четыре цикла и четыре способа подвести тепло

В цикле Отто тепло подводится при постоянном объёме, как при быстром сгорании смеси в бензиновом двигателе. В цикле Дизеля топливо горит при постоянном давлении, пока поршень уходит вниз, а в цикле Брайтона нагрев идёт в камере сгорания газотурбинного двигателя при постоянном давлении.

Цикл Карно состоит из двух изотерм и двух адиабат. Его невозможно реализовать в простом двигателе, зато он задаёт теоретический потолок: никакая машина, работающая между двумя температурами, не превзойдёт КПД Карно 1 − Tх/Tн.

Как читать таблицу состояний

Точка 1 — начало сжатия при заданных давлении и температуре. Дальше калькулятор последовательно вычисляет точки 2, 3 и 4 и указывает в последнем столбце процесс, который ведёт к следующей точке. По объёму в точках 1 и 2 сразу видна степень сжатия.

Вторая таблица разбивает цикл на процессы и приводит тепло Q, работу газа W и изменение внутренней энергии ΔU. Сумма Q по всему циклу равна сумме W, а сумма ΔU равна нулю: газ возвращается в исходное состояние.

Что влияет на КПД

В циклах Отто и Брайтона КПД растёт с ростом степени сжатия или повышения давления и зависит от показателя адиабаты. Одноатомные газы вроде гелия имеют большее γ и потому дают более высокий теоретический КПД, чем воздух.

Максимальная температура цикла не влияет на КПД Отто, но определяет работу за цикл и давление. Поэтому калькулятор отдельно показывает долю от КПД Карно: чем она ближе к ста процентам, тем меньше резерв улучшения при тех же температурах.

Средняя индикаторная мощность

Среднее индикаторное давление равно работе цикла, делённой на рабочий объём цилиндра. Двигатели разных размеров удобно сравнивать именно по нему, потому что оно не зависит от объёма.

Включив расчёт мощности, вы умножаете работу цикла на число циклов в минуту. Для четырёхтактного двигателя цикл выполняется за два оборота коленвала, так что частоту циклов нужно брать вдвое меньше частоты оборотов.

Границы идеальной модели

Реальные теплоёмкости газов растут с температурой, а продукты сгорания отличаются по составу от воздуха. Часть тепла уходит в стенки цилиндра, а часть энергии теряется на трение и насосные потери.

Поэтому расчётный КПД стоит воспринимать как верхнюю границу. Реальные бензиновые двигатели достигают около 30–40 %, дизели чуть больше, а лучшие паро-газовые установки превосходят одиночные циклы за счёт каскадного использования тепла.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

η = W/Q₁ = 1 − Q₂/Q₁; Отто: η = 1 − r^(1−γ); Брайтон: η = 1 − rₚ^(−(γ−1)/γ); Карно: η = 1 − Tₓ/Tₙ

Проверенные примеры

Цикл Отто, 0,5 г воздуха

Воздух при 100 кПа и 27 °C сжимается со степенью 9, максимальная температура цикла 1727 °C.

КПД 58,48 %, работа 268,01 Дж при подведённом тепле 458,33 Дж; цикл Карно для тех же температур дал бы 84,99 %.

Цикл Карно, 10 г углекислого газа

Холодильник 20 °C, нагреватель 400 °C, объём на горячей изотерме растёт втрое, начальное давление 2 бар.

КПД равен КПД Карно 56,45 %, работа за цикл 788,71 Дж, подведено 1 397,15 Дж тепла.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Выберите цикл и рабочее тело; для особого газа укажите γ и молярную массу.
  2. Введите массу газа, давление и температуру в начале сжатия.
  3. Задайте степень сжатия (или повышения давления) и максимальную температуру цикла.
  4. Изучите таблицу состояний и таблицу процессов, сравните КПД с КПД Карно.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Почему КПД цикла Отто зависит только от степени сжатия?

В идеальном цикле Отто тепло подводится и отводится при постоянном объёме, а оба адиабатных процесса связаны одной и той же степенью сжатия, поэтому КПД равен 1 − r^(1−γ) и не зависит от температуры.

Чем цикл Дизеля отличается от цикла Отто?

В дизеле тепло подводится при постоянном давлении, поэтому добавляется степень предварительного расширения ρ. При одинаковой степени сжатия КПД дизеля ниже, но в реальности степень сжатия у него гораздо выше.

Что показывает среднее индикаторное давление?

Это постоянное давление, которое за рабочий объём цилиндра совершило бы ту же работу, что и цикл. Оно удобно для сравнения двигателей разного размера.

Как задать температуру в градусах Цельсия?

Выберите единицу температуры °C: калькулятор сам переведёт значения в кельвины. Температуры должны быть выше абсолютного нуля.

Что делать, если выдаёт ошибку про максимальную температуру?

Максимальная температура должна быть выше температуры в конце сжатия. Увеличьте её или уменьшите степень сжатия.

Похожие калькуляторы

▦ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Во сколько раз изменится мощность теплового излучения при нагреве

Находит, во сколько раз меняется мощность теплового излучения при изменении абсолютной температуры по закону Стефана — Больцмана (четвёртая степень).

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_910302/

Предварительный просмотр