Курсовая работа по дисциплине «Техническая термодинамика и теплотехника». Курсовая. Курсовая работа по дисциплине Техническая термодинамика и теплотехника на тему термодинамические циклы двигателей и компрессоров
 Скачать 312.91 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования РФ Ангарский государственный технический университет Кафедра «Машины и аппараты химических производств» Курсовая работа по дисциплине «Техническая термодинамика и теплотехника» на тему «термодинамические циклы двигателей и компрессоров» Вариант № 6 Выполнил: студент гр. ХТ-20-1 Литвинцева Т.С. Руководитель: доцент каф. МАХП Щербин С. А. г. Ангарск, 2022 г. Содержание
1. Расчёт циклов тепловых двигателей Исходные данные к заданию: Таблица 1.1
1. Расчет параметров состояния рабочего тела в характерных точках циклов. 1.1. Удельный объем рабочего тела в начальном состоянии (точка 1)  1.2. Параметры состояния рабочего тела в конце процесса сжатия. Цикл Карно (точка 2). Поскольку процесс 2-3 изотермический, то T2 = T3;   Цикл Отто (точка 2/ ). Так как сгорание топлива (процесс 2/-3) происходит при постоянном объеме, то    Цикл Дизеля и газотурбинной установки (точка 2//). Так как сгорание топлива (процесс 2//-3) происходит при постоянном давлении, то p2 // = p3;   1.3. Удельный объем рабочего тела в конце процесса подвода теплоты (сгорания топлива), точка 3  1.4. Параметры состояния рабочего тела в конце процесса адиабатного расширения. Цикл Карно (точка 4). Поскольку процесс 4-1 изотермический, то T4 = T1;   Цикл Отто и цикл Дизеля (точка 4/ ). Так как отвод теплоты от рабочего тела (процесс 4/ -1) происходит при постоянном объеме, то υ4/ =υ1;   Цикл газотурбинной установки (точка 4//). Так как отвод теплоты от рабочего тела (процесс 4//-1) происходит при постоянном давлении, то p4// = p1;   2. Расчет основных термодинамических характеристик двигателей внутреннего сгорания 2.1. Цикл Карно: – удельное количество теплоты, подведенной при постоянной температуре (процесс 2-3)   – удельное количество теплоты, отведенной при постоянной температуре (процесс 4-1)  – термический коэффициент полезного действия  Проверка:  – удельная работа цикла  2.2. Цикл Отто: – удельное количество теплоты, подведенной при постоянном объеме (процесс 2/ -3)  – удельное количество теплоты, отведенной при постоянном объеме (процесс 4/ -1)  – степень сжатия  – степень предварительного расширения  – степень повышения давления  – термический коэффициент полезного действия  Проверка:  – удельная работа цикла  2.3. Цикл Дизеля: – удельное количество теплоты, подведенной при постоянном давлении (процесс 2//-3)  где  - средняя удельная теплоемкость рабочего тела при постоянном давлении, Дж/(кг·К);  – степень сжатия  – степень предварительного расширения  – степень повышения давления  – термический коэффициент полезного действия  Проверка:  – удельная работа цикла  2.4. Цикл газотурбинной установки: – удельное количество теплоты, подведенной при постоянном давлении (процесс 2//-3) – удельное количество теплоты, отведенной при постоянном давлении (процесс 4//-1)  – степень сжатия  – степень предварительного расширения  – степень повышения давления рабочего тела в компрессоре   – термический коэффициент полезного действия  Проверка:  – удельная работа цикла  Таблица с основными результатами: Таблица 1.2
 1 - 2 - 3 - 4 - 1 – цикл Карно; 1 - 2/ - 3 - 4/ - 1 – цикл Отто (со сгоранием топлива при υ = const); 1 - 2// - 3 - 4/ -1 – цикл Дизеля (со сгоранием топлива при p = const); 1 - 2// - 3 - 4// - 1 – цикл газотурбинной установки.  Рисунок 1. Вывод: в ГТУ воздух нагревается за счет теплоты отработавших газов, что в данных условиях показывает эффективность цикла газотурбинного двигателя, его можно использовать при резком увеличении потребления электроэнергии, имеет большую мощность при малой массе. Установка имеет более высокий КПД, но в реальности оно меньше, чем у поршневых двигателей, так как температура топлива в газотурбинной установке обычно ниже, чем в поршневом. Дальше по эффективности идёт цикл Дизеля. В дизельном двигателе топливо воспламеняется при взаимодействии с воздухом, нагретым в результате сжатия, чья степень высокая, что позволяет добиться меньшего объема сильного сжатого топлива, но двигатель имеет невысокую мощность из-за невозможности развития большей частоты вращения. Наименьшей эффективностью обладает цикл Отто из-за потерь на трение. В нём двигатель внутреннего сгорания сначала преобразует химическую энергию топлива в тепловую энергию, а затем тепловую энергию в механическую. 2. Термодинамические основы расчёта компрессоров Для компрессора, сжимающего воздух перед камерой сгорания в газотурбинной установке (рис. 2), определить теоретическую работу, затрачиваемую на сжатие 1 кг воздуха и конечную температуру газа.  Рисунок 2. Исходные данные к заданию: Таблица 2.
Удельный объем рабочего тела в начальном состоянии.  Одноступенчатый компрессор (x=1). Работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха: - политропное сжатие   - адиабатное сжатие   2.2. Конечная температура газа: - политропное сжатие  - адиабатное сжатие  Трехступенчатый компрессор (x=3). 3.1. Степень увеличения давления воздуха в каждой ступени компрессора  3.2. Работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха: - политропное сжатие   - адиабатное сжатие   3.3. Конечная температура газа: - политропное сжатие  - адиабатное сжатие  4. Пятиступенчатый компрессор (x=5). 4.1. Степень увеличения давления воздуха в каждой ступени компрессора  4.2. Работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха: - политропное сжатие   - адиабатное сжатие   4.3. Конечная температура газа: - политропное сжатие  - адиабатное сжатие  5. Семиступенчатый компрессор (x=7). 5.1. Степень увеличения давления воздуха в каждой ступени компрессора  5.2. Работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха: - политропное сжатие   - адиабатное сжатие   5.3. Конечная температура газа: - политропное сжатие  - адиабатное сжатие  6. Параметры, необходимые для построения индикаторной диаграммы трехступенчатого компрессора: - давление воздуха на выходе из цилиндров первой и второй ступеней   - удельный объем воздуха после охлаждения в холодильниках первой и второй ступеней с учетом того, что воздух в холодильниках охлаждается до первоначальной температуры (T4 = T7 = Tн) при постоянном давлении (р4= р2; p7 = p5)   - удельный объем политропно сжатого воздуха в цилиндрах первой, второй и третьей ступеней    7. Параметры, необходимые для построения индикаторной диаграммы одноступенчатого компрессора – удельный объем сжатого воздуха  Таблица с результатами: Таблица 2.1.
 Рисунок 2.1 Таблица с результатами: Таблица 2.2
  Рисунок 2.2. Рисунок 2.3. Таблица с результатами: Таблица 2.3.
Вывод: ГТУ обладает большей эффективностью отвода теплоты при использовании семиступенчатого компрессора, так как происходит сжатие газа до более высокого давления, а холодильники позволяют снизить температуру газа примерно до температуры на входе в компрессор. 3. Расчёт комбинированного сопла Лаваля В сопле Лаваля, установленном в газовой турбине, происходит адиабатное расширение продуктов сгорания топлива от давления p1 и температуры t1 до давления p2. Определить геометрические размеры сопла, а также скорость и температуру газа на выходе. Таблица 3.
1. Критическое отношение давлений  2. Удельный объем газа во входном сечении сопла  3. По условию задачи соотношение давлений p1/p2 меньше критического, поэтому скорость газа в минимальном сечении сопла будет равна местной скорости звука:  4. Учитывая, что в минимальном сечении сопла Лаваля устанавливается критическое соотношение давлений  , удельный объем газа в минимальном сечении сопла составит 5. Площадь и диаметр минимального сечения сопла   6. Скорость газа в устье сопла    7. Удельный объем газа в устье сопла  8. Площадь и диаметр выходного сечения сопла   9. Длина расширяющейся части сопла  10. Длина суживающейся части принимается равной диаметру минимального сечения сопла dmin, а диаметр можно принять равным диаметру выходного сечения d2 . 11. Температура газа на выходе из сопла         Рисунок 3. Литература 1. С.А. Щербин, А.В. Бальчугов. Термодинамические циклы двигателей и компрессоров. Учебное пособие. - Ангарск: Издательство Ангарской государственной технической академии, 2006. - 62 с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, 
, 
, Па
= 0,86
= 0,09
= 0,072
= 0,026