Реферати українською » Физика » Газовий цикл теплових двигунів та установок


Реферат Газовий цикл теплових двигунів та установок

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

Федеральне агентство за освітою

Державне освітнє установа вищого професійної освіти

Іжевський державний технічний університет

>С.С. Макаров

Методичні вказівки до виконання курсової роботи

«Газовий цикл теплових двигунів й установки»

 

>Ижевск 2005


Упорядник:С.С. Макаров

«Газовий цикл теплових двигунів й установки» - методичні вказівки з виконання курсової роботи з дисципліни «Термодинаміка і теплообмін ДВС» -Ижевск, 2005. – 21 з.

У в методичних вказівках викладено теоретичні основи термодинамічної аналізу циклів енергетичних установок, наведено варіанти завдань до курсової роботі, порядок виконання і оформлення курсової роботи.

Методичні вказівки призначені для студентівМашиностроительного факультету спеціальностей 160302 («Ракетні двигуни»), 140501 («Двигуни внутрішнього згоряння») і напрямів 160100 («Авіа- і ракетобудування»), 140502 («>Энергомашиностроение»).

 


Зміст

 

Запровадження

1. Теоретичні основи термодинамічної аналізу циклів

1.1.Изохорний процес

1.2.Изобарний процес

1.3.Изотермический процес

1.4.Адиабатний процес

1.5.Политропний процес

2. Варіанти завдань

3. Приклад виконання розрахунків у курсової роботі

4. Порядок оформлення курсової роботи

Бібліографія

Додаток


Запровадження

Робота енергетичних установок полягає в реалізації термодинамічної циклу.Циклом називається замкнутий кругової процес, під час здійснення якого робоче тіло, пройшовши ряд послідовних станів, повертається у вихідне стан. Система безперервного перекладу теплоти в роботу, шляхом здійснення кругового процесу у напрямі по годинниковий стрілці, називається тепловим двигуном. Для визначення параметрів теплових двигунів проводять аналіз робочого процесу двигуна.

У завданні на курсову роботу наведено варіанти робочих діаграм ідеальних термодинамічних циклів теплових двигунів, якими заміняють термодинамічний процес реального робочого двигуна.

Завданнями курсової роботи є підставою проведення термодинамічної дослідження ідеального циклу теплового двигуна; визначення роботи циклу , термічногок.п.д. , індикаторного тиску , і навіть побудови теплової діаграми процесу (в координатах ). Результати подати відповідно дорекомендуемим порядком виконання й оформлення.


1. Теоретичні основи термодинамічної аналізу циклів [1]

 

Метод дослідження аналізу ідеального термодинамічної циклу грунтується на визначенні параметрів стану складових процесів і ось у чому:

1. Виводять рівняння процесу, встановлюється взаємозв'язок між початковими і кінцевими параметрами робочого тіла.

2. Перебуває робота процесу .

3. Перебуває кількості тепла .

4. Перебуває зміна внутрішньої енергії .

5. Перебуває зміна ентропії .

6. Цикл відображається масштабу у робітничій й теплової діаграмах.

Практичний цікаві окремі випадки зміни стану газу, складові цикл:изохорний,изобарний, ізотермічний,адиабатний і узагальнюючийполитропний процеси.

 

1.1Изохорний процес [2]

 

>Изохорний процес - процес, яке у фізичної системі при постійному обсязі.

>Рис.1.1Изохорний процес,


>Уравнениеизохорного процесу має вигляд: . Тиску газу пропорційно абсолютним температур:

                                                        (1)

Уизохорном процесі робота розширення не відбувається:

,т.к. , то . (2)

З рівняння першого закону термодинаміки слід:

                                                      (3)

Уся підведена теплота витрачається зміна внутрішньої енергії робочого тіла. При обох значень температур ( і ):

                                        (4)

Зміна ентропіїизохорического процесу:

                                                (5)

При зміна ентропії процесу задля двох значень температур ( і ) визначиться:

                 (6)

1.2Изобарний процес [2]

 

>Изобарний процес - процес, яке у фізичної системі при постійному зовнішньому тиску.

>Рис. 1.2Изобарний процес,

>Уравнениеизобарного процесу має вигляд: .

Обсяги газу пропорційні абсолютним температур:

                                                           (7)

Уизобарном процесі відбувається робота розширення:

                                           (8)

З рівняння першого закону термодинаміки слід:,

приймаючи , а при маємо:

                                                      (9)

Уся підведена теплота витрачається змінаентальпии робочого тіла.

При обох значень температур ( і ):

                                         (10)

Зміна внутрішньої енергіїизобарного процесу:

                                          (11)

При обох значень температур ( і ):

                                     (12)

Зміна ентропіїизобарного процесу:

                                               (13)

При зміна ентропії процесу задля двох значень температур ( і ) визначиться:

                 (14)


1.3Изотермический процес [2]

 

>Изотермический процес - процес, яке у фізичної системі при постійної температурі.

>Рис. 1.3Изотермический процес,

>Уравнениеизотермического процесу має вигляд: .

Тиску назад пропорційні обсягам газу:

                                                         (15)

Уизотермическом процесі робота розширення:

 (16)

Уизотермическом процесі немає зміни внутрішньої енергії іентальпиит.к. :

,                                   (17)

отже , .

З першого закону термодинаміки . Усі кількість теплоти, підведене газу, витрачається скоєння роботи у процесі розширення:

                                                               (18)

Зміна ентропіїизотермического процесу:

                               (19)

Зміна ентропії процесу задля двох точок процесу:

                                  (20)

 

1.4Адиабатний процес [2]

 

>Адиабатний процес - процес, яке у фізичної системі не отримує теплоту з поза і яка надає її, тобто. відсутня теплообмін робочого тіла з оточуючими системами.

 

>Рис. 1.4Адиабатний процес,

>Уравнениеадиабатного процесу має вигляд: .

Тиску назад пропорційні обсягам певною мірою :

                                                      (21)

Коефіцієнтадиабати: вважається .

Робота розширенняадиабатном процесі:

           (22)

Використовуючи рівняння гніву й співвідношення:

; ; ;,

можна було одержати наведені співвідношення до роботи розширенняадиабатном процесі:

                    (23)

Уадиабатном процесі немає теплообміну робочого тіла з оточуючими системами . З першого закону термодинаміки слід, робота здійснюється лише з допомогою зміни внутрішньої енергії:

                                                   (24)

При обох значень температур ( і ):

              (25)

Зміна ентропії вадиабатном процесі:

                             (26)

>Энтропия є величиною постійної .

 

1.5Политропний процес [3]

 

>Политропний процес – термодинамічний процес зміни стану фізичної системи, протягом якого зберігається сталість теплоємності.

>Рис.1.5Сводние графікиполитропних процесів

>Уравнение політропної процесу має вигляд: .

Тиску назад пропорційні обсягам певною мірою :


                          (27)

Коефіцієнтполитропи вважається для окремо взятої процесу величиною постійної значення можуть зміняться .

При відомий параметрах стану:

                                         (28)

Робота розширенняполитропном процесі:

                  (29)

Використовуючи рівняння гніву й співвідношення:

; ; ;,

можна було одержати наведені співвідношення до роботи розширенняадиабатном процесі:


 (30)

Зміна внутрішньої енергії вполитропном процесі:

                         (31)

При обох значень температур ( і ):

    (32)

Змінаентальпии вполитропном процесі

                         (33)

При обох значень температур ( і ):

      (34)

Кількість теплоти вполитропном процесі:

                       (35)

При й у двох значень температур ( і ):


        (36)

Зміна ентропії вполитропном процесі:       

                   (37)

>Энтропия вполитропном процесі визначиться по залежності:

   (38)

>Политропний процес узагальнює всю сукупність основних термодинамічних процесів.

Процес

>изохорний

>изобарний

ізотермічний

>адиабатний


2. Варіанти завдань [4]

 

У наведених нижче варіантах завдань на курсову роботу розглядається газові цикли теплових двигунів.

Основне припущення для термодинамічної розрахунку газового циклу теплового двигуна: робочим тілом є атмосферне повітря не мінливих масою .

Відомі параметри повітря при нормальних умов: ; ; .Задается цикл в координатах , не враховуючи масштабу.

Потрібна:

1. Визначити параметри >p, v, T, u, і для основних точок циклу.

2. Знайти: n, , , , , кожному за процесу, що до складу циклу.

3. Визначити роботу циклу , термічнийк.п.д. циклу іиндикаторное тиск.

4. Отримані дані розмістити у зведені таблиці.

5. Побудувати цикл в координатах і , дотримуючись масштаб побудови. Кожен процес має бути побудований за двом-трьом проміжним точкам. За виконання завдання слід звернути увагу до фізичний сенс величин та його розмірності.


 >Рис.2.1 Варіант 1Рис.2.2 Варіант 2Рис.2.3 Варіант 3

 >Рис.2.4 Варіант 4Рис.2.5 Варіант 5Рис.2.6 Варіант 6

 >Рис.2.7 Варіант 7Рис.2.8 Варіант 8Рис.2.9 Варіант 9

 >Рис.2.10 Варіант 10Рис.2.11 Варіант 11Рис.2.12 Варіант 12

 

 >Рис.2.13 Варіант 13Рис.2.14 Варіант 14Рис.2.15 Варіант 15

 >Рис.2.16 Варіант 16Рис.2.17 Варіант 17Рис.2.18 Варіант 18


 >Рис.2.19 Варіант 19Рис.2.20 Варіант 20Рис.2.21 Варіант 21

 >Рис.2.22 Варіант 22Рис.2.23 Варіант 23Рис.2.24 Варіант 24

 >Рис.2.25 Варіант 25Рис.2.26 Варіант 26Рис.2.27 Варіант 27


 >Рис.2.28 Варіант 28Рис.2.29 Варіант 29Рис.2.30 Варіант 30


3. Приклад виконання розрахунків у курсової роботі

 

3.1 Вихідні дані до розрахунку

 

Варіант завдання №12

>Рис. 3.1 Робоча діаграма процесу

 

Цикл складається з чотирьох процесів:

1 – 2адиабатний процес;

2 – 3 ізотермічний процес;

3 – 4адиабатний процес;

4 – 1изобарний процес;

Вихідними для розрахунку є такі значення термодинамічних параметрів в точках:

 

>p1=4атм; >p2=16атм; >p3=6атм; >t1=100°З. >Теплоемкости процесів: ; .Удельная газова стала повітря .

>3.2Порядок виконання розрахунків

 

Переведемо одиниця виміру до системи СІ:

1атм » 98кПа;

>p1 = 4атм = 3,92>105 >Па;

>p2 = 16атм = 15,68>105 >Па;

>p3 = 6атм = 5,88>105 >Па;

Т1 = 373 До.

 

3.3 Визначаємо параметри стану >p, v, T, u, і для основних точок циклу:

 

Для точки 1 дано.

З рівнянняКлапейрона слід, що

.

Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури :

 

Для точки 2 дано.

Для визначення використовуємо рівнянняадиабати >рv>k =const, звідки

.

З співвідношення знайдемо

.

Для визначення температури використовуємо рівняння стану як :

.

Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури

:

 

Для точки 3 дано >p3 = 5,88>105Па, Т3 = Т2 = 563 До.

З рівнянняКлапейрона слід, що

.

Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури :

 

 

Для точки 4 дано >p1 =p4 = 3,92>105Па.

Для визначення використовуємо рівнянняадиабати , звідки

,

де , звідки

Для визначення використовуємо рівняння стану:

.

Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури :

3.4 Визначення параметрів >p, v, T, u, і для додаткових точок циклу:

 

Для точки 1' даноОпределим .

Для визначення використовуємо рівняння >pv>k =const:

, де .

Звідки .

Для визначення температури використовуємо рівняння стану , звідки:

.

Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури :

 

Для точки 1'' дано

Для визначення використовуємо рівняння >рv>k =const, з яких:

,

де . Звідки

.

Для визначення температури використовуємо рівняння стану:

.


Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури :

 

Для точки 2' дано

З рівнянняКлапейрона слід, що

.

Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури :

 

Для точки 2'' дано .

З рівнянняКлапейрона слід, що

.

Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури

:

Для точки 3' дано .

Для визначення використовуємо рівняння >рv>k =const, за яким

, де  

звідки .

Для визначення температури використовуємо рівняння стану, з яких

Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури :

 

Для точки 4' дано , за нормальної температури

 визначимо .

Для визначення використовуємо рівняння стану:

.


Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури :

 

Для точки 4'' дано , за нормальної температури  визначимо Для визначення використовуємо рівняння стану:

.

Знаходимо внутрішню енергію таентальпию за нормальної температури :

 

3.5 До кожного процесу, що до складу циклу, знайдемо n, з, Du, Dі, D>s, >q, l.

 

>Определим перелічені величини:

Дляадиабатного процесу 1-2 при ;

,

оскільки дляадиабати

 >dq = 0, то з = 0;

>Адиабатний процес протікає без теплообміну з довкіллям, тому >q = 0.

Роботу процесу визначимо з рівняння першого закону термодинаміки: оскільки  

то ;

 

Дляизотермического процесу 2-3 при Т = >const показникполитpопи .

>Теплоемкость , оскільки для ізотерми >dТ = 0, то ;

Питома кількість теплоти, використовується визотермическом процесі, одно: приизотермическом процесі робота чисельно дорівнює кількості теплоти:

Дляадиабатного процесу 3-4пpи ; , оскільки дляадиабатиdq = 0, то з = 0;

>Адиабатний процес протікає без теплообміну з довкіллям, тому >q = 0.

Роботу процесу визначимо з рівняння першого закону термодинаміки:

 оскільки то .

 

Дляизобарического процесу 4-1 при n = 0 і теплоємності

 

Дляадиабатного процесу 1-1' при ;

, оскільки дляадиабати >dq = 0, то з = 0;

>Адиабатний процес протікає без теплообміну з довкіллям, тому >q = 0.

Роботу процесу визначимо з рівняння першого закону термодинаміки: оскільки то .

Дляадиабатного процесу 1'-1'' при ;

, оскільки дляадиабати >dq = 0, то з = 0;

>Адиабатний процес протікає без теплообміну з довкіллям, тому >q = 0.

Роботу процесу визначимо з рівняння першого закону термодинаміки: оскільки то .

Дляизотермического процесу 2-2' при Т = >const показникполитропи .

>Теплоемкость , оскільки для ізотерми >dТ = 0, то ;

Питома кількість теплоти, використовується визотермическом процесі, одно:        

приизотермическом процесі робота чисельно дорівнює кількості теплоти

 

Дляизотермического процесу 2'-2'' при Т = >const показникполитропи .

>Теплоемкость , оскільки для ізотерми >dТ = 0, то ;

Питома кількість теплоти, використовується визотермическом процесі, одно:

приизотермическом процесі робота чисельно дорівнює кількості теплоти

Дляадиабатного процесу 3-3' при ;

, оскільки дляадиабатиdq = 0, то з = 0;

>Адиабатний процес протікає без теплообміну з довкіллям, тому >q = 0.

Роботу процесу визначимо з рівняння першого закону термодинаміки:

 оскільки то      

 

Дляизобарического процесу 4-4' при n = 0 і теплоємності

 

Дляизобарического процесу 4'-4'' при n = 0 і теплоємності

 

3.6 Визначаємо роботу циклу lц, >qц, термічнийк.п.д. h>t, а як і середнєиндикаторное тиск >pі:

 

 

Таблиця 3.1.Термодинамические параметри процесу у точках

 

>p,кПа

v, м3/кг

Т, До

u, кДж/кг

і, кДж/кг

1 392 0,273 373 246,83 374,86
2 1568 0,103 563 399,73 565,82
3 588 0,275 563 399,73 565,82
4 392 0,365 499 354,29 501,5

 

Таблиця 3.2.Термодинамические параметри процесу у додаткових точках

 

>p,кПа

v, м3/кг

Т, До

u, кДж/кг

і, кДж/кг

1' 490 0,233 398 282,58 399,99
1'' 980 0,143 488 346,48 490,44
2' 860 0,188 563 399,73 565,82
2'' 702,5 0,230 563 399,73 565,82
3' 490 0,313 534 379,14 536,67
4' 392 0,329 450 319,5 452,25
4'' 392 0,293 400 284 402

 


Таблиця 3.3. Зміна термодинамічних параметрів процесу у основних точках

Процеси

n

Du, кДж/кг

Dі, кДж/кг

D>s, кДж/кг>До

>q, кДж/кг

l, кДж/кг

1-2 1,42 152,90 190,96 0,00 0,00 -152,90
2-3 1 0,00 0,00 0,3 158,77 158,77
3-4 1,42 -45,44 -64,32 0,00 0,00 45,44
4-1 0 -107,46 -126,64 -0,3 -126,63 -19,17

P.SDu=0

P.SDі=0

P.SD>s=0

P.SD>q=32,14

P.SDl=32,14

 

Таблиця 3.4. Зміна термодинамічних параметрів процесу у додаткових точках

Процеси

n

Du, кДж/кг

Dі, кДж/кг

D>s, кДж/кг>До

>q, кДж/кг

l, кДж/кг

1-1' 1,42 35,75 25,13 0,00 0,00 -35,75
1'-1'' 1,42 63,9 90,45 0,00 0,00 -63,9
2-2' 1 0,00 0,00 0,17 95,71 95,71
2'-2'' 1 0,00 0,00 0,057 32,091 32,091
3-3' 1,42 -20,59 -29,15
Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація