Краткий курс лекций. Курс лекций по дисциплине Теплотехника составлен в соответствии с рабочей программой дисциплины и предназначен для студентов направления подготовки 19. 03. 04
 Скачать 1.75 Mb.
|
дp h h Это отношение бесконечно малого изменения температуры к бесконечно малому изменению давления газа при h = const. Так как dpвсегда больше нуля, то: при αh > 0 температура после дросселирования уменьшается; при αh <0 температура после дросселирования возрастает. Состояние газа при αh=0, называется точкой инверсии эффекта Джоуля-Томсона, а температура, при которой эффект меняет знак, называется температуройинверсии. Дифференциальныйдроссель-эффектиспользуется для определения температуры газа после дросселирования при малом уменьшении давления. При значительном снижении давления изменение температуры газа оценивают интегральным дроссель-эффектом Джоуля-Томсона: р2 дT Т2 Т1 дp dp. 1 р h Вопросы для самоконтроля Дросселирование. Сущность процесса. Эффект Джоуля-Томсона. Методы оценки Эффекта Джоуля-Томсона (дифференциальный и интегральный дроссель-эффекты). Температура инверсии. Кривая инверсии. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Федина,В.В.Техническая термодинамика [Текст]: учебное пособие/ В.В. Федина, А.С. Тимофеева, Т.В. Никитченко.– Старый Оскол: ТНТ, 2015. – 144 с. Дополнительная Круглов, Г.А. Теплотехника [Текст]: учебное пособие / Г.А. Круглов, Р.И. Булгакова, Е.С. Круглова. — СПб.: Издательство «Лань», 2010. — 208 с.: ил. – ISBN 978-5-8114-1017-0. Баскаков,А.П.Теплотехника [Текст]: учебник для нетеплоэнергетических вузов (переработанный и дополненный) / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт, Ю.В. Кузнецов, Н.Ф. Филипповский. – М.: Издательский Дом «Бастет», 2010. – 328 с. Кирюшатов, А.И. Теплотехника [Текст]: курс лекций для студентов специальностей 311300, 311400, 311500, 230100 / А.И. Кирюшатов. – Саратов: Сарат. гос. агр. ун-т. им. Н.И. Вавилова, 2001. – 196с. – ISBN 5-7011-0285-8. Лекция 9 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СЖАТИЯ ГАЗА В ПОРШНЕВОМ КОМПРЕССОРЕ Процесс сжатия газа в р-υи Т-s– диаграммах. При термодинамических исследованиях условно считают, что поршень перемещается без трения, а в своем крайнем левом положении подходит вплотную к крышке цилиндра. Клапаны открываются и закрываются мгновенно. Такой компрессорназывается идеальным. Диаграмма идеального компрессора имеет следующий вид.  Рисунок 9.1. Процесс сжатия газа в р-υ– диаграмме. Газ в цилиндре можно сжимать в зависимости от охлаждения по следующим законам (рисунок 9.1): (1–2) – изотермы; (1–2´) – политропы; (1–2´´) – адиабаты. При сжатии по закону адиабаты (1–2´´) теплообмен с внешней средой отсутствует (цилиндр идеально изолирован), сообщаемая газу от первичного двигателя работа расходуется на увеличение внутренней энергии рабочего тела, в результате чего его температура возрастает. При сжатии по закону изотермы (1–2) количество теплоты, эквивалентное работе, передаваемой газу от первичного двигателя, в результате охлаждения цилиндра отводится от рабочего тела, и его температура остается постоянной, t= const. При сжатии по закону политропы (1–2´), когда 1 Многоступенчатое сжатие. Политропное и адиабатное сжатие сопровождается повышением температуры, что наглядно видно на T-s– диаграмме. При больших степенях сжатия конечная температура становится недопустимо высокой, и может произойти возгорание масла, что приведет к выходу из строя компрессора. При необходимости получения высокого давления газа компрессоры выполняются многоступенчатыми, причем после каждой ступени газ (рабочее тело) охлаждается в холодильнике при постоянном давлении до исходной температуры.  Рисунок 9.4. р-υ– диаграмма компрессора с трехступенчатым сжатием. Из р-υ – диаграммы компрессора с трехступенчатым сжатием (рисунок 9.4) видно, что промежуточное охлаждение рабочего тела существенно уменьшает затрату технической работы на привод компрессора и приближает процесс сжатия к изотермическому сжатию: (7 –5 – 3 –1) – изотерма. Вопросы для самоконтроля Какой компрессор называют идеальным? Дайте анализ и сравнение в p-υ – диаграмме компрессоров, работающих по адиабатному, политропному и изотермическому процессам сжатия. Для чего применяют многоступенчатое сжатие? Приведите p-υ – диаграмму компрессора с многоступенчатым сжатием и дайте ее анализ. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Федина, В.В. Техническая термодинамика [Текст]: учебное пособие/ В.В. Федина, А.С. Тимофеева, Т.В. Никитченко.– Старый Оскол: ТНТ, 2015. – 144 с. Дополнительная Круглов, Г.А. Теплотехника [Текст]: учебное пособие / Г.А. Круглов, Р.И. Булгакова, Е.С. Круглова. — СПб.: Издательство «Лань», 2010. — 208 с.: ил. – ISBN 978-5-8114-1017-0. Баскаков,А.П.Теплотехника [Текст]: учебник для нетеплоэнергетических вузов (переработанный и дополненный) / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт, Ю.В. Кузнецов, Н.Ф. Филипповский. – М.: Издательский Дом «Бастет», 2010. – 328 с. Кирюшатов, А.И. Теплотехника [Текст]: курс лекций для студентов специальностей 311300, 311400, 311500, 230100 / А.И. Кирюшатов. – Саратов: Сарат. гос. агр. ун-т. им. Н.И. Вавилова, 2001. – 196с. – ISBN 5-7011-0285-8. Лекция 10 ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ. ЦИКЛ КАРНО. Второй закон термодинамики. Второй закон термодинамики, как и первый, является опытным законом. Он устанавливает закономерности, в соответствии с которыми возникают те или иные процессы, направления этих процессов и пределы до которых они совершаются. Формулировки второго закона термодинамики: Тепловой двигатель без холодного источника, т.е. полностью превращающий в работу всю полученную от горячего источника теплоту, называется двигателем 2-го рода. Двигатель 2-го рода невозможен (Планк 1852г.) Некомпенсированный переход (т.е. без затраты определенной работы) теплоты от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой невозможен. (Клаузиус 1850г.) Прямой и обратный цикл Карно.  Рисунок 10.1. р-υ– диаграмма прямого цикла Карно. Прямой цикл Карно скомбинирован из четырех процессов, двух изотерм (1–2) и (3 – 4) (рисунок 10.1), по которым подводится и отводится теплота, и двух адиабат (2 – 3) и (4–1), по которым осуществляются процессы расширения и сжатия. Полезно использованная теплота определяется как разность между теплотой, подведенной к рабочему телу q1и отведенной в холодильник q2: q q1 q2 lц; lц; t q1 Подставив значения q2и q1– для изотермического сжатия и расширения, с некоторыми допущениями получим 1 Т2 . t Т 1 КПД цикла Карно зависит лишь от величины отношения температур и не зависит от свойств рабочего тела. Термический КПД тем больше, чем больше значение Т1и тем меньше значение Т2;  Рисунок 10.4. р-υ– диаграмма обратного цикла Карно. Обратный цикл Карно является идеальным циклом холодильных машин. На рисунке 10.4 показан обратный цикл Карно, который, как и прямой цикл, состоит из четырех процессов, но процессы протекают в обратной последовательности, против часовой стрелки. В этом случае полная работа цикла складывается из суммарной отрицательной работы сжатия (большей по абсолютной величине) и суммарной положительной работы расширения (меньшей по абсолютной величине), т.е. lц (lсж) (lрас), где (lсж) > (lрас). Степень совершенства этого цикла оценивается холодильным коэффициентом q2 lц q2 q1 q2 Т2 . Т1 Т2 Уравнение показывает, что холодильный коэффициент увеличивается с понижением температуры Т1 повышением температуры Т2. Вопросы для самоконтроля Второй закон термодинамики, его формулировки. Понятие о циклах. Показатели эффективности прямых и обратных циклов. Прямые и обратные циклы. Термический КПД цикла. Холодильный коэффициент. Формула определения. Физический смысл. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Федина,В.В.Техническая термодинамика: учебное пособие/ В.В. Федина, А.С. Тимофеева, Т.В. Никитченко.– Старый Оскол: ТНТ, 2015. – 144 с. Дополнительная Круглов, Г.А. Теплотехника [Текст]: учебное пособие / Г.А. Круглов, Р.И. Булгакова, Е.С. Круглова. — СПб.: Издательство «Лань», 2010. — 208 с.: ил. – ISBN 978-5-8114-1017-0. Баскаков,А.П.Теплотехника [Текст]: учебник для нетеплоэнергетических вузов (переработанный и дополненный) / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт, Ю.В. Кузнецов, Н.Ф. Филипповский. – М.: Издательский Дом «Бастет», 2010. – 328 с. Кирюшатов, А.И. Теплотехника [Текст]: курс лекций для студентов специальностей 311300, 311400, 311500, 230100 / А.И. Кирюшатов. – Саратов: Сарат. гос. агр. ун-т. им. Н.И. Вавилова, 2001. – 196с. – ISBN 5-7011-0285-8. Лекция 11 ИДЕАЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. Цикл Отто. Цикл Отто является теоретической основой бензиновых карбюраторных и газовых двигателей со сжатием горючей смеси, ее воспламенением от постороннего источника и быстрым сгоранием при нахождении поршня у верхней мертвой точки. Цикл состоит из двух адиабатных и двух изохорных термодинамических процессов.  а б Рисунок 11.1. р-υ(а) – и Т-s (б) – диаграммы цикла ДВС с подводом теплоты при υ= сonst. Из данной формулы видно, что термический КПД цикла ДВС с подводом теплоты при υ = сonst возрастает при увеличении степени сжатия ε и зависит от физических свойств рабочего тела (коэффициент k). Цикл Дизеля. Цикл Дизеля является теоретической основой компрессорных дизелей со сжатием воздуха компрессорным распыливанием топлива, его воспламенением о теплоты сжатого воздуха с медленным сгоранием при перемещающемся поршне.  а б Рисунок 11.2. р-υ(а) – и Т-s (б) – диаграммы цикла ДВС с подводом теплоты при р= сonst. Термический КПД этого цикла рассчитывается по следующей формуле t 1 1 k1 k1 k 1 1 . Из данного уравнения следует, что термический КПД тем выше, чем выше степень сжатия ε и чем меньше степень предварительного расширения ρ. Цикл Тринклера. Цикл Тринклера является теоретической основой всех современных бескомпрессорных дизелей со сжатием воздуха, бескомпрессорным распыливанием топлива, его воспламенением и сгоранием при нахождении поршня у верхней мертвой точки.  а б Рисунок 11.3. р-υ(а) – и Т-s (б) – диаграммы цикла ДВС с подводом теплоты при р=сonstи υ=сonst. Термический КПД цикла определяется по выражению t 1 1 k1 k 1 .( 1) k( 1) Из этого выражения видно, что термический КПД цикла Тринклера повышается с увеличением степени сжатия ε и степени повышения давления λ, а увеличение степени предварительного расширения ρотрицательно влияет на величину термического КПД. Вопросы для самоконтроля Цикл Отто. Анализ цикла в p-υ и T-s – диаграмме. Степень сжатия. Термический коэффициент полезного действия. Цикл Дизеля. Анализ цикла в p-υ и T-s – диаграмме. Степень предварительного расширения. Термический коэффициент полезного действия. Цикл Тринклера. Анализ цикла в p-υ и T-s – диаграмме. Термический коэффициент полезного действия. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Федина,В.В.Техническая термодинамика [Текст]: учебное пособие/ В.В. Федина, А.С. Тимофеева, Т.В. Никитченко.– Старый Оскол: ТНТ, 2015. – 144 с. Дополнительная Круглов, Г.А. Теплотехника [Текст]: учебное пособие / Г.А. Круглов, Р.И. Булгакова, Е.С. Круглова. — СПб.: Издательство «Лань», 2010. — 208 с.: ил. – ISBN 978-5-8114-1017-0. Баскаков,А.П.Теплотехника [Текст]: учебник для нетеплоэнергетических вузов (переработанный и дополненный) / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт, Ю.В. Кузнецов, Н.Ф. Филипповский. – М.: Издательский Дом «Бастет», 2010. – 328 с. Кирюшатов, А.И. Теплотехника [Текст]: курс лекций для студентов специальностей 311300, 311400, 311500, 230100 / А.И. Кирюшатов. – Саратов: Сарат. гос. агр. ун-т. им. Н.И. Вавилова, 2001. – 196с. – ISBN 5-7011-0285-8. Лекция 12 ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК. Назначение ГТУ. Газотурбиннаяустановка(ГТУ)– тепловой двигатель, в котором получение механической энергии вращения вала происходит при отсутствии возвратно- поступательного движения непосредственно за счет использования кинетической энергии газа. Цикл ГТУ.  Рисунок 12.1. Цикл ГТУ в р-υ-иТ-S-координатах при p= const: 1–2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре; 2–3 – изобарный подвод теплоты q1 к сжатому газу (сгорание топлива в камере сгорания); 3–4 – адиабатное расширение газов в турбине; 4–1 – условный изобарный процесс (отвод теплоты q2 в атмосферу). Идеальный цикл ГТУ с подводом теплоты при р= соnst представлен в р-υ-иТ-S- координатах на рисунке 12.1: 1–2 – адиабатное сжатие рабочего тела в компрессоре. 2–3 – изобарный процесс подвода теплоты q1 к сжатому газу, что соответствует количеству теплоты, образующейся при сгорании топлива в камере сгорания. 3–4 – адиабатное расширение рабочего тела (продуктов сгорания в газовой турбине). 4–1 – изобарный процесс отвода теплоты q2 в атмосферу. |