КР вариант №3. 1. Задание к выполнению курсовой работы
![]()
|
![]() Содержание
2. РАСЧЕТ СМЕСИ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ Смесь газов имеет массовый состав: N2 – 72 %, СО – 2 %, CO2 – 17 %, H2O – 9 %. Определить: а) объемный состав смеси; б) газовую постоянную компонентов и смеси; в) кажущийся молекулярный вес смеси; г) парциальные давления компонентов смеси в точке цикла 3; д) плотность и удельный объем компонентов и смеси при заданных и нормальных физических условиях; е) истинные теплоемкости смеси (мольную, объемную и массовую при p = const и v = const) для заданной температуры; ж) средние теплоемкости смеси (мольную, объемную и массовую). 2.1 Определение объемного состава смеси Объемные доли компонентов смеси ri связаны с массовыми gi зависимостью: ![]() где µi – молесулярные массы компонентов смеси. Зная, что µN2 = 0,028 моль/кг; µCO = 0,028 моль/кг; µСО2 = 0,044 моль/кг; µН2О = 0,018 моль/кг. ![]() ![]() Отсюда: ![]() ![]() ![]() ![]() 2.2 Газовые постоянные компонентов и смеси Газовые постоянные компонентов смеси рассчитываются по зависимости: ![]() где ![]() ![]() Тогда: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Газовая постоянная смеси определяется как: ![]() Таким образом получим: ![]() ![]() 2.3 Кажущаяся молекулярная масса смеси Кажущаяся молекулярная масса смеси определяется по выражению: ![]() ![]() ![]() 2.4 Масса и парциальные давления компонентов смеси по параметрам газа в начальной точке расширения газа в двигателе Начальная точка расширения газа – точка 3. Определим значение ![]() Для процесса 1–2: ![]() ![]() или ![]() Для процесса 2–3: ![]() ![]() ![]() Тогда парциальные давления компонентов смеси: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 2.5 Плотность и удельный объем компонентов смеси при расчетных и нормальных условиях. Удельный объем компонентов смеси можно определить из выражения: ![]() ![]() При нормальных условиях ![]() Таким образом, удельный объем компонентов смеси при нормальных условиях: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Плотность компонентов смеси при нормальных условиях: ![]() Тогда: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Плотность газовой смеси при нормальных условиях: ![]() ![]() ![]() Определяем ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() При расчетных условиях удельные объемы компонентов смеси: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() При расчетных условиях плотности компонентов смеси: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Плотность смеси при расчетных условиях составит: ![]() Тогда: ![]() ![]() 2.6 Истинные теплоемкости смеси (массовые, мольные и объемные) при постоянном давлении и объеме. В точке 3: ![]() Истинная мольная теплоемкость при ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при ![]() ![]() ![]() ![]() Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при ![]() ![]() ![]() Тогда: ![]() ![]() Истинная массовая теплоемкость: при ![]() ![]() ![]() при ![]() ![]() ![]() Истинная объемная теплоемкость: при ![]() ![]() ![]() при ![]() ![]() ![]() 2.7 Средняя теплоемкость смеси ![]() ![]() Для определения средних теплоемкостей процесса, необходимо рассчитать теплоемкости смеси в начальной и конечной точках процесса. Точка 3: ![]() Средняя мольная теплоемкость при ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя мольная теплоемкость смеси при ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя мольная теплоемкость смеси при ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя массовая теплоемкость смеси при ![]() ![]() ![]() при ![]() ![]() ![]() Средняя объемная теплоемкость смеси: при ![]() ![]() ![]() при ![]() ![]() ![]() Точка 4: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя мольная теплоемкость при ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя мольная теплоемкость смеси при ![]() ![]() ![]() ![]() при ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя массовая теплоемкость смеси: при ![]() ![]() ![]() при ![]() ![]() ![]() Средняя объемная теплоемкость: при ![]() ![]() ![]() при ![]() ![]() ![]() Средняя мольная теплоемкость процесса 3–4: при ![]() ![]() ![]() ![]() при ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя массовая теплоемкость процесса 3–4: ![]() ![]() ![]() ![]() Средняя объемная теплоемкость процесса 3–4: ![]() ![]() ![]() ![]() 3. РАСЧЕТ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИКЛА ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ Цикл поршневого двигателя имеет следующие характеристики: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
3.1 Определение параметров цикла P, v, T, u, h в узловых точках цикла. Точка 1: Давление ![]() ![]() Удельный объем ![]() ![]() ![]() Внутренняя энергия: ![]() ![]() Энтальпия: ![]() ![]() Точка 2: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Точка 3: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Точка 4: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 3.2 Определение значений c, ![]() ![]() Расчет изменения внутренней энергии процесса![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Расчет изменения энтальпии процессов![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Расчет изменения работы процесса![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Расчет изменения теплоты процессов: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Расчет изменения средней теплоемкости процессов![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 3.3 Расчет работы цикла ![]() ![]() ![]() Расчет работы цикла![]() ![]() ![]() Расчет термического КПД цикла ![]() Расчет среднеиндикаторного давления![]() 3.4 Среднеинтегральные температуры процессов. Потери работоспособности. Для расчета среднеинтегральной температуры, необходимо предварительно рассчитать энтропию в узловых точках цикла. ![]() T0 = 273 K, p0 = 101 300 Па – параметры процесса при нормальном состоянии. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определим среднеинтегральные температуры ![]() ![]() ![]() Потери производительности: ![]() ![]() 3.5 Изображение цикла в P–v и T–s тепловых диаграммах. Изображение цикла см. на рис.1.1 и 1.2 соответственно 3.6 Оптимизация цикла двигателя. Чтобы улучшить КПД процесса, нужно стремиться поставить выше точку 2, и точку 4 на T–s диаграмме опустить ниже либо увести вправо. Практически этого можно добиться следующими способами: увеличить коэффициент предварительного сжатия ![]() 4. РАСЧЕТ ЦИКЛА И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПАРОСИЛОВОЙ УСТАНОВКИ Параметры водяного пара перед конденсационной турбиной: p1 = 13 МПа, t1 = 560 °С, а после промежуточного перегрева р3 = 3 МПа, t3 = 560 оС. Давление в конденсаторе р4 = 0,004 МПа. Определить подводимое количество теплоты в промежуточном перегревателе, а также термический КПД цикла. Сопоставить полученное значение этого КПД с его аналогом для цикла без промежуточного перегрева. В обоих случаях необходимо учесть работу, затрачиваемую на привод питательного насоса. Изобразить циклы в координатах h-s и T-s. РешениеПромежуточный перегрев пара является одним из способов повышения степени его сухости. Принципиальная схема цикла Ренкина с промежуточным перегревом пара дана на рис. 4.1. В этой схеме предусмотрены две ступени турбины ПТ-I, ПТ-II и две ступени пароперегревателя ПП-I, ПП-II. Пар после первой ступени пароперегревателя ПП-I направляется в первую ступень турбины ПТ-I. Отработавший на лопатках первой ступени турбины пар направляется во вторую ступень пароперегревателя ПП-II, где его температура повышается до начальной температуры T1. Затем пар поступает на лопатки второй ступени турбины ПТ-II. ![]() Рис. 4.1. Цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара в Ts- координатах представлен на рис. 4.2. Рассмотрим процессы цикла: 1-а - адиабатное расширение пара на лопатках первой ступени турбины; а-b - промежуточный перегрев пара во второй ступени пароперегревателя; b-1 - адиабатное расширение пара на лопатках второй ступени турбины; 2-3 - конденсация пара в конденсаторе; 3-4 - сжатие воды в конденсатом насосе; 4-5 - подогрев воды до температуры кипения; 5-6 - превращение воды в пар; 6-1 - перегрев пара в пароперегревателе первой ступени. ![]() Рис. 4.2 Если бы не было промежуточного перегрева пара, то процесс адиабатного расширения заканчивался бы в точке 2'. Из диаграммы видно, что промежуточный перегрев позволяет значительно увеличить сухость пара на выходе из турбины (х'2 < х2). Термический кпд цикла определяется по формуле ![]() где (i1 – ia) и (ib – i2) - адиабатные теплопадения в первой и второй ступенях турбины; (i1 – i3) – количество теплоты, подведенной в котле и в первой ступени пароперегревателя; (ib – ia) – количество теплоты, подведенной во второй ступени пароперегревателя. Кроме того, применение промежуточного перегрева может повысить кпд, если средняя температура подвода теплоты в дополнительном цикле b22'abбудет выше, чем средняя температура подвода теплоты в цикле с однократным перегревом. Построение цикла в T–s и h–s координатах. Цикл изображенный в T–s и h–s координатах можно увидеть на рис 4.3 и 4.4. Параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла сводим в таблицу 1: Таблица 1.
Подводимое количество теплоты в промежуточном перегревателе: qППII = i3 – i2 = 3590 – 3041 = 549 кДж/кг. Термический КПД цикла без промежуточного перегрева пара: ![]() Термический КПД цикла с промежуточным перегревом пара: ![]() 5. Список используемой литературы. 1.Куянов Ю. Ф. Методическое пособие к курсовому проекту по термодинамике и тепло-массообмену. 2.Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче. 2-ое издание. Под ред. Юдаева Б.Н. 3.Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.Высшая школа, 1968-346с. 4.Двигатели внутреннего сгорания : Системы поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. Орлина А.С. и Круглова М.Г. – 3-е издание. М.: Машиностроение, 1985-456с. 5.Малинов М.С., Куликов Ю.А., Черток Е.Б. Охлаждающие устройства тепловозов. М. – Машгиз, 1962-206с. 6.Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. - М.: Высш. шк.,1968-278с. 7. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. М.:Высш.шк.,1988-479с. |