Курсовой проект - Термодинамика и тепломассообмен. 3. Расчетная часть
 Скачать 432 Kb.
|
|
3. Расчетная часть. Исходные данные для выполнения курсовой работы:
3.1. При температуре 3190К (460С) значения теплоемкостей воздуха: Сv =  0С =0,75158кДж/кгоК;Сp =  0С =1,03838кДж/кгоК.Показатель адиабаты воздуха при температуре 3190К:  Основные термодинамические параметры в характерных точках заданного цикла. точка 1: по заданным  из уравнения состояния идеального газа найдём удельный объем:  .точка 2: так как процесс 1-2 адиабатный, то из уравнения адиабаты следует, что  . Из уравнения состояния идеального газа:  точка 3:    Из уравнения состояния идеального газа:  точка 4:  из уравнения адиабаты для процесса 3-4 получаем:  .  Из уравнения состояния идеального газа:  Степень сжатия и степень предварительного расширения для этого цикла соответственно равны:  Термический КПД этого цикла:  Сравнение термического КПД цикла с подводом тепла при  с КПД циклов с подводом тепла при  и смешанным подводом тепла выполняется при заданных в задании условиях сравнения и значениях термодинамических параметров в исходной точке ( ), аналогичных с заданным циклом.Для расчета термического КПД цикла с подводом тепла при  принимаются заданными  В соответствии с условиями сравнения известны параметры в цикле:   точка 2:  процесс 1-2 адиабатный, следовательно (используя уравнение связи между давлением и удельным объемом для адиабатного процесса):  Из уравнения состояния находим:  точка 3:  . Из уравнения состояния идеального газа находим:   точка 4:так как а процесс 3-4 адиабатный, то из уравнения адиабаты:  Из уравнения состояния находим:  .Степень сжатия и степень изохорного повышения давления для рассматриваемого (с подводом тепла при  ) цикла будут, соответственно, равны:  . В соответствии с (2.2) термический КПД рассматриваемого цикла: .Для расчета термического КПД цикла со смешанным подводом тепла считаются заданными  В соответствии с условиями сравнения известны параметры в цикле: точка 2:  ; точка 3: В силу того, что  , то  Выберем для рассматриваемого цикла со смешанным подводом тепла  Тогда из уравнения состояния:  точка 4 :   Из уравнения состояния идеального газа:  точка5:  учитывая, что процесс 4-5 адиабатный, получим:  а из уравнения состояния:  При этих значениях параметров в характерных точках цикла его характеристики будут равны: степень сжатия:  степень изохорного повышения давления:  степень предварительного расширения:  Термический КПД цикла со смешанным подводом тепла будет равен:   Таким образом, при значениях параметров в исходной точке  и одинаковых максимальных параметрах в цикле наибольший термический КПД имеет цикл с изобарным ( ) подводом тепла: . 3.2 Термический КПД цикла Карно зависит лишь от температур верхнего и нижнего источников теплоты и, следовательно, не зависит от природы рабочего тела. При этом КПД цикла Карно  растет с увеличением температуры верхнего источника и с уменьшением температуры источника теплоты. В случае, если цикл Карно осуществляется в диапазоне температур:  ,его термический коэффициент полезного действия будет равен:  3.3 Рабочее тело (идеальный газ) представляет собой смесь газов, массовый состав которой задан следующим образом – 64%N2, 14%CO2, 15%H2O, 4%H2, 3%CO. Газовая постоянная смеси:  Теплоемкости смеси газов:  ;    ;  При температуре 3190К (460С) теплоемкости заданной смеси будут равны:   Показатель адиабаты будет равен:  Параметры в характерных точках цикла с газовой смесью. точка 1: p1=0,114МПа, Т1=3190К; из уравнения состояния идеального газа:  точка 2:  и тогда из уравнения адиабаты: Из уравнения состояния идеального газа:  точка 3:  Тогда из уравнения состояния: точка 4:  Из уравнения адиабаты: Из уравнения состояния:  Зная основные термодинамические параметры в характерных точках цикла с газовой смесью (при изобарном подводе тепла), можно определить его характеристики: степень сжатия и степень предварительного расширения. 
Термический коэффициент полезного действия цикла:  Уменьшение показателя адиабаты приводит к уменьшению термического коэффициента полезного действия цикла:  Полный термодинамический анализ всех процессов, из которых состоит цикл с изобарным подводом тепла:  Процесс_1-2_(адиабатное_сжатие)'>Процесс 1-2 (адиабатное сжатие)  Процесс 2-3 (изобарный подвод тепла)  Процесс 3-4 (адиабатное расширение)  Процесс 4-1 (изохорный отвод тепла)  Результаты термодинамического анализа процессов цикла представлены в следующей таблице.
Для цикла, результаты термодинамического анализа которого приведены в таблицах, последнее выражение будет выглядеть следующим образом:  Сравнивая это значение со значением термического КПД получаем значение погрешности определения термического кпд цикла:   Погрешность определения работы цикла:  . Краткое описание цикла. Стремление к повышению термического коэффициента полезного действия в цикле поршневого ДВС с изохорным (при ) подводом тепла за счет увеличения степени сжатия ограничивается возможностью преждевременного самовоспламенения топливо-воздушной смеси, нарушающего нормальную работу двигателя. Кроме того, при высоких степенях сжатия скорость сгорания смеси резко возрастает, что может вызвать детонацию (взрывное горение), которая резко снижает экономичность двигателя и может привести к поломке его деталей. Поэтому в ДВС с изохорным подводом тепла нельзя применять высокие степени сжатия, в связи с чем такие двигатели имеют относительно низкие КПД.Указанное выше ограничение может быть преодолено за счет раздельного ввода в цилиндр двигателя воздуха и топлива. Воздух при большом сжатии имеет настолько высокую температуру, что подаваемое в цилиндр топливо самовоспламеняется без всяких специальных запальных приспособлений. Кроме того, раздельное сжатие воздуха и топлива позволяет использовать любое жидкое тяжелое топливо – дизельное топливо, нефть, мазут, смолы, каменноугольные масла и пр. Такими высокими достоинствами обладают двигатели, работающие с постепенным сгоранием топлива при постоянном давлении. В них вначале в цилиндре двигателя сжимается до высоких степеней сжатия (до ε = 20) чистый воздух, а в конце сжатия жидкое топливо впрыскивается в цилиндр и распыляется сжатым воздухом от компрессора. Раздельное сжатие воздуха и топлива позволяет применять высокие степени сжатия и исключает преждевременное самовоспламенение топливо-воздушной смеси. Процесс горения топлива при постоянном давлении обеспечивается соответствующей регулировкой топливной форсунки. Вместе с тем, двигатели с постепенным сгоранием топлива при имеют некоторые недостатки. Одним из них является наличие компрессора, применяемого для подачи топлива, на привод которого расходуется 6 – 10% от общей мощности двигателя, что усложняет конструкцию и уменьшает экономичность двигателя. Помимо этого, необходимо иметь сложную топливную аппаратуру (насос, форсунки и т.п.). 1. Цель работы Достижения современной промышленности, авиации, космической техники оказались возможными в результате освоения мощных источников энергии - это гидравлические, паровые и газовые турбины; двигатели внутреннего сгорания; компактные и мощные ракетные и реактивные двигатели. Стержневое значение в этом развитии энергетики имели и имеют термодинамика и тепломассообмен, являющиеся теоретической базой создания теплоэнергетических машин и установок.Эта дисциплина является одной из основных дисциплин цикла учебных планов направления 140500 «Энергомашиностроение» специальности 140501 - «Двигатели внутреннего сгорания» и относится к циклу общих математических и общенаучных дисциплин. В Государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования по специальности 140501 ей посвящены следующие строки:
2. Задание на выполнение курсовой работы 2.1. Двигатель внутреннего сгорания работает по идеальному циклу, тип которого, характеристики и некоторые термодинамические параметры заданы (см. приложение 1). Приняв в качестве рабочего тела воздух (μ возд = 28,970), теплоемкости которого равны соответственно: Сv = (кДж/кгоК); Сp = (кДж/кгоК), выполнить исследование и сравнение заданного цикла с циклами двух других типов, для чего:вычислить параметры цикла во всех его характерных точках; определить термический коэффициент полезного действия (ηt); провести сравнение заданного цикла с циклами двух других типов по величине термического коэффициента полезного действия при одинаковых параметрах в точке 1 (  ) и заданных условиях сравнения (либо  , либо  ). 2.2. Сравнить термический коэффициент цикла ηt = max с термическим коэффициентом полезного действия цикла Карно, осуществляемого в том же диапазоне температур. 2.3. Выбрав в качестве рабочего тела смесь газов (состав задается в соответствии с приложением 2) и считая ее идеальным газом, исследовать влияние свойств рабочего тела на величину термического кпд цикла. 2.4. Для цикла с наибольшим значением термического коэффициента полезного действия (ηt = max), рабочим телом которого является смесь газов (считая ее идеальным газом), при заданных термодинамических параметрах в точке 1 и характеристиках, полученных при расчетах по п. 2.3 выполнить полный термодинамический анализ цикла, для чего: определить значения основных термодинамических параметров цикла во всех характерных точках (  );провести полный термодинамический расчет всех процессов, составляющих цикл (вычислить для каждого из процессов q∑, l∑, l∑/, Δu∑, Δi∑, Δs∑). Результаты расчетов представить в виде таблиц. 2.5. Представить цикл по п.2.4 графически в p – v и T – s координатах. 2.6. дать краткое описание цикла в целом и указать, в каких типах двигателей он применяется, описать особенности работы этих двигателей. Содержание: Цель работы Задание на выполнение курсовой работыРасчетная часть Краткое описание цикла Диаграммы Федеральное агентство по образованиюГосударственное образовательное учреждение Уфимский государственный авиационный технический университет Термодинамический анализ и сравнение идеальных циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания Курсовая работа по курсу «Термодинамика и тепломассообмен»
Уфа – 2005 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
