расчет газового цикла. 9 февраля решение 6+01. Курсовая работа по дисциплине транспортная энергетика
![]()
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТРАНСПОРТНАЯ ЭНЕРГЕТИКА» Цикл Вариант № 6 Теория теплообмена шифр 01. Выполнил: Научный руководитель: Тула, 2020Содержание1. Газовый цикл 3 0,9aт = 88259.85 Пa 4 4 aт = 392266 Пa 4 Решение. 4 1.Определение параметров для основных точек цикла 4 2.Нахождение n, c, Δu, Δh, Δs, q, l для каждого процесса, входящего, в состав цикла; 5 3.Построение цикла в pv- диаграмме 6 4.Изображение процесса в Ts- диаграмме 9 5. Суммарное количество теплоты подведенной и отведенной, работа цикла, располагаемая работа цикла, термический КПД цикла 10 2. Теория теплообмена. 12 Задача 1. 12 Задача 2. 14 Задача 3. 16 Задача 4. 17 Использованная литература 20 Приложение 21 1. Газовый циклЦикл отнесен к 1 кг воздуха. Принимаем: Ср= 1,005 кДж/(кг·К); Сv = 0,718 кДж/(кг·К); R = 287 Дж/(кг·К). Требуется: определить параметры р, v, T, u, h для основных точек цикла; построить цикл: а) в координатах р-v, б) в координатах Т-s. Каждый процесс должен быть построен по двум – трем промежуточным точкам; найти n, c, Δu, Δh, Δs, q, l для каждого процесса, входящего, в состав цикла; определить работу цикла lц, термический к.п.д. и среднее индикаторное давление рi; полученные результаты поместить в таблицах 1 и 2. Примечание: данные к заданию составлены в виде циклов, изображенных в координатах р-v, без учета масштаба, в соответствии с номером варианта. правильность расчета проконтролировать по величинам термических КПД (ηt), представленных как ответы в схемах вариантов заданий. ![]() 0,9aт = 88259.85 Пa4 aт = 392266 ПaРешение. 1.Определение параметров |
Точки | P,ат | V,м3/кг | T,К | ![]() | ![]() |
1 | 0,9 | 0.985 | 303 | 217.554 | 304.515 |
2 | 4 | 0.284 | 388.519 | 278.957 | 390.462 |
3 | 4 | 0.346 | 473 | 339,611 | 475.365 |
4 | 1.14 | 0.985 | 383,711 | 275.504 | 385.63 |
2.Нахождение n, c, Δu, Δh, Δs, q, l для каждого процесса, входящего, в состав цикла;
Показатель адиабаты
![](943599_html_74a92592568cfa8f.gif)
Теплоемкость политропных процессов 1-2 и 3-4
![](943599_html_b277a8b9ae40d455.gif)
![](943599_html_885f2659ee0e4281.gif)
Процесс 1-2
![](943599_html_1370e63ef720fa15.gif)
![](943599_html_3086877bd67e0b03.gif)
![](943599_html_885f2659ee0e4281.gif)
![](943599_html_7ccba5f1db682399.gif)
![](943599_html_33bac05d72576642.gif)
![](943599_html_d46abd62c6b46615.gif)
![](943599_html_780be549ce9ed46a.gif)
![](943599_html_7771b641eec68572.gif)
![](943599_html_d46abd62c6b46615.gif)
Процесс 2-3
1
![](943599_html_2540abdf0587b3c6.gif)
![](943599_html_bb3e520bc2fb20ad.gif)
![](943599_html_885f2659ee0e4281.gif)
![](943599_html_ba0072afaa7bccf4.gif)
![](943599_html_3926f53c5b61dc0c.gif)
![](943599_html_d46abd62c6b46615.gif)
![](943599_html_e4e86c609011c1b0.gif)
![](943599_html_d0c8d0e499b15fe2.gif)
![](943599_html_7108d22ed1cc4c38.gif)
Процесс 3-4
![](943599_html_85f9ad6f727405d.gif)
![](943599_html_c5892892580de379.gif)
![](943599_html_885f2659ee0e4281.gif)
![](943599_html_55647a7fdc6222ce.gif)
![](943599_html_93672a31b42df96c.gif)
![](943599_html_d46abd62c6b46615.gif)
![](943599_html_dcd01ac16b0a9819.gif)
![](943599_html_43dfe26f5fbda458.gif)
![](943599_html_d46abd62c6b46615.gif)
Процесс 4-1
![](943599_html_c88d2d452b0b7238.gif)
![](943599_html_5247b21ba76ed2b5.gif)
![](943599_html_885f2659ee0e4281.gif)
![](943599_html_74149177a449774d.gif)
![](943599_html_b1628fe9113fcfd3.gif)
![](943599_html_d46abd62c6b46615.gif)
![](943599_html_dd220303e9fb3761.gif)
Результаты расчётов приведены в таблице 2.
Параметр | n | C ![]() | ∆u ![]() | ![]() ![]() | ![]() ![]() | ![]() ![]() | ![]() ![]() |
1-2 | 1.2 | -0,718 | 61.403 | 85.947 | -0,179 | -61,403 | -122,72 |
2-3 | 0 | 1,005 | 60,611 | 84,903 | 0.198 | 84,903 | 24.32 |
3-4 | 1.2 | -,718 | -64.107 | -89,735 | ![]() | 64,11 | 128,13 |
4-1 | ![]() | 0,718 | -57,95 | -81,115 | -0.17 | -57,95 | 0 |
∑ | - | - | 0 | 0 | 0 | 29.66 | 29.73 |
3.Построение цикла в pv- диаграмме
Изохорный и изобарные процессы изображаются прямыми линиями. Для политропного процесса строим промежуточные точки .
– диаграмма цикла строится в обычной равномерной шкале в координатах v–p для процессов, изображаемых кривыми линиями, строится по данным таблиц №1 и №4, из которых берем значения p и v для трех промежуточных точек для политропного процесса. Диаграмма построена на рис.1
Из уравнения политропного процесса 1-2
![](943599_html_65778ea948d1fbe0.gif)
![](943599_html_bff704c9c2152e3b.gif)
![](943599_html_fb5eb2ad83947bd7.gif)
![](943599_html_a099facf4e774c68.gif)
Табл. 3
Параметр точка | V, ![]() | P, кПа |
а | 0.4 | 231.995 |
b | 0.6 | 142.616 |
с | 0.8 | 100.982 |
Из уравнения политропного процесса 3-4
![](943599_html_ffafa01fe30407f4.gif)
![](943599_html_f773196be1c615fc.gif)
Табл. 4
Параметр точка | V, ![]() | P, кПа |
d | 0.4 | 293.871 |
e | 0.6 | 180.654 |
f | 0.8 | 127.915 |
![](943599_html_639ccebfb821c07b.png)
Рис 1 Изображение процесса в pv- диаграмме
4.Изображение процесса в Ts- диаграмме
Для построения диаграммы цикла в координатах s–Т используем параметры, подсчитанные в пунктах 1 (Т) и 2 (Δs), точку 1 выбираем произвольно , для всех процессов строим промежуточные точки.
Изобарный, изохорный, политропный процесс рассчитывают по формулам
![](943599_html_eef2329f7156b7f8.png)
Процесс 1-2 политропный
![](943599_html_dc0f7fe2ffcc3b7c.gif)
Параметр точка | T0K | S, кДж/(кг·К) |
а | 320 | -0,039 |
b | 340 | -0.083 |
с | 360 | -0.124 |
Процесс 2-3(изобарный)
![](943599_html_51de01e4c1fd5caa.gif)
Параметр точка | T0K | S, кДж/(кг·К) |
d | 400 | 0,029 |
e | 425 | 0.09 |
f | 450 | 0.148 |
Процесс 3-4( политропный )
![](943599_html_8651dfd0559dbdda.gif)
Параметр точка | T0K | S, кДж/(кг·К) |
k | 450 | 0,036 |
l | 425 | 0.077 |
m | 400 | 0.12 |
Процесс 4-1( изохорный)
![](943599_html_95db038914166911.gif)
Параметр точка | T0K | S, кДж/(кг·К) |
n | 360 | -0,046 |
r | 340 | -0.087 |
t | 320 | -0.13 |
![](943599_html_b720cdd0521d948.png)
Рис 2 Изображение процесса в Ts- диаграмме
5. Суммарное количество теплоты подведенной и отведенной, работа цикла, располагаемая работа цикла, термический КПД цикла
а) Суммарное количество теплоты подведённой
![](943599_html_5cccf965b9e347ad.gif)
![](943599_html_86b953a2bf41b70.gif)
Выше по расчётам в пункте 2 видно, что теплота подводится только в процессах 2-3 и 3-4, а отводится в процессе1-2 и 4-1 , следовательно:
![](943599_html_505876476cdfd568.gif)
![](943599_html_d46abd62c6b46615.gif)
![](943599_html_f5418275eee9fdee.gif)
![](943599_html_d46abd62c6b46615.gif)
б) Суммарная работа цикла
![](943599_html_2f7770f914ddfc0e.gif)
Суммарную работу цикла находим по формуле:
![](943599_html_b8039d71757628ce.gif)
в) Термический КПД цикла
![](943599_html_a33d78baaf68bd67.gif)
Термический КПД цикла определяется из соотношения:
![](943599_html_8951165c09b2af16.gif)
![](943599_html_1df157d7346484e0.gif)
Результаты расчётов приведены в таблице 3.
Таблица 3
Наименование величины | Обозначение | Единица | Значение |
Подведённое количество теплоты | ![]() | кДж/кг | 149,13 |
Отведённое количество теплоты | ![]() | кДж/кг | -119,3 |
Работа цикла | ![]() | кДж/кг | 29,73 |
Термический КПД | ![]() | – | 0,2 |
Индикаторное давление
![](943599_html_8941f3767e94dded.gif)
2. Теория теплообмена.
Задача 1.
Плоская стальная стенка толщиной 1 (1=40 Вт/мК) с одной стороны омывается газами; при этом коэффициент теплоотдачи равен 1. С другой стороны стенка изолирована от окружающего воздуха плотно прилегающей к ней пластиной толщиной 2 (2=0,15 Вт/мК). Коэффициент теплоотдачи от пластины к воздуху равен 2. Определить тепловой поток q, Вт/м2 и температуры t1, t2 и t3 поверхностей стенок, если температура продуктов сгорания равна tг, а воздуха - tв. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 1.
![](943599_html_b40a41f40096fd46.png)
Решение.
![](943599_html_9158abbe4e205c62.png)
Полное термическое сопротивление плоской многослойной стенки
![](943599_html_60003dfa745fb66f.gif)
![](943599_html_c3b45e82d6237748.gif)
![](943599_html_dc8cd5436ae0f2cb.gif)
Коэффициент теплопередачи
![](943599_html_5649ac6687f956fa.gif)
![](943599_html_b6d1e624ed2f7dd7.gif)
![](943599_html_e64c91caffb40baa.gif)
По уравнению теплопередачи плотность теплового потока q
![](943599_html_316cdff1cff5d6a.gif)
![](943599_html_cb5aff83dc70e563.gif)
![](943599_html_11437aed0bd7b581.gif)
Температура t1 на поверхности стальной стенки
![](943599_html_d3fc8fe98763c86f.gif)
![](943599_html_c2a3dac3246f65d5.gif)
![](943599_html_400b8adcab61f64f.gif)
на границе между стальной стенкой и изоляционной пластиной
![](943599_html_f1a925b92f009f9c.gif)
![](943599_html_bce70305bf02f429.gif)
![](943599_html_400b8adcab61f64f.gif)
на поверхности изоляционной пластины
![](943599_html_7a0064492072051f.gif)
![](943599_html_68b14a85717dc8d4.gif)
![](943599_html_400b8adcab61f64f.gif)
Задача 2.
Воздух течет внутри трубы, имея среднюю температуру tв , давление р1=100 кПа и скорость w. Определить коэффициент теплоотдачи от трубы к воздуху (1) , а также удельный тепловой поток, отнесенный к 1м длины трубы, если внутренний диаметр трубы d1, толщина её и теплопроводность =20 Вт/мК. Снаружи труба омывается горячими газами. Температура и коэффициент теплоотдачи горячих газов, омывающих трубу, соответственно равны tг, 2. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 2.
Указание. Необходимые данные для определения 1 взять из табл. 1 приложений.
Таблица 2
Последняя цифра шифра | tг, оС | 2, Вт/мК | w, м/с | Предпоследняя цифра шифра | tв, оС | d1, мм | , мм |
0 | 500 | 20 | 10 | 0 | 150 | 70 | 3 |
1 | 550 | 20 | 9 | 1 | 200 | 80 | 5 |
Решение.
Число Рейнольдса
![](943599_html_329469a2b8bfc0b6.gif)
![](943599_html_c6e0cc2560b66dd7.gif)
где кинематический коэффициент вязкости
![](943599_html_7df62a52370c18ff.gif)
![](943599_html_37158482f0929498.gif)
Полученное значение
![](943599_html_119edd8e1855a517.gif)
число Прандтля при температурных
![](943599_html_f3a5c7bedd232f36.gif)
![](943599_html_e39cd6f909e4d7af.gif)
Для вынужденной конвекции внутри цилиндрической трубы при нахождении α1 использовать критериальную зависимость вида:
![](943599_html_d682a80692dabfb8.gif)
![](943599_html_f09b3b5dcc05b6ab.gif)
![](943599_html_19809a05cb4c260.gif)
По значению
![](943599_html_c8378735838605a9.gif)
коэффициент теплоотдачи от трубы к воздуху
![](943599_html_cf0e6ee5d827fc2e.gif)
![](943599_html_ae0c742714f26f59.gif)
где коэффициент теплопроводности находится по табл.7 [1] при
![](943599_html_da36b51e48cfbd99.gif)
![](943599_html_97ec360f3afc0957.gif)
наружный диаметр трубы
![](943599_html_5d361b76452e7e57.gif)
Линейный коэффициент теплопередачи определим по формуле:
![](943599_html_1bf8adb08b74a6ac.gif)
![](943599_html_6bc4ace1bf6b75b6.gif)
![](943599_html_c25d4709a8ed9dc9.gif)
Удельный тепловой поток
![](943599_html_1acf05a620ad0a09.gif)
![](943599_html_dad5ce9fc6326900.gif)
![](943599_html_2c5fec0fb89b6ce3.gif)
Задача 3.
Определить потери теплоты в единицу времени с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы tc, температура воздуха в помещении tв, а диаметр трубы d. Степень черноты трубы с=0,9. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 3.
Указание. Необходимые данные для определения взять из табл. 1 приложений.
Таблица 3
Последняя цифра шифра | d, мм | Предпоследняя цифра шифра | tс, оС | tв, оС |
0 | 220 | 0 | 150 | 15 |
1 | 230 | 1 | 140 | 20 |
Решение:
При
![](943599_html_7a0dfeb2a2c3ea0.gif)
![](943599_html_315fa27bb657e543.gif)
Коэффициент теплопроводности теплоносителя
![](943599_html_ecb946041da28670.gif)
Кинематическая вязкость
![](943599_html_c2b9496cdc7d2419.gif)
![](943599_html_a16175a4c2e646c9.gif)
Критерий Прандтля
![](943599_html_641e4a8cc7ad98cb.gif)
Коэффициент объемного расширения
![](943599_html_c2bcdaf2d701c1b3.gif)
Определим число Рэлея:
Определим число Рэлея:
![](943599_html_ed326a968197e6b8.png)
![](943599_html_277447b5a7bf63a4.gif)
Определим число Нуссельта:
![](943599_html_fa8800e51ac2ac29.gif)
Gr·Pr | 1·10-3÷5·102 | 5·102÷2·107 | 2·107÷1·1013 |
C | 1,18 | 0,54 | 0,135 |
n | 0,125 | 0,25 | 0,333 |
![](943599_html_39abbe9d08945183.gif)
Определим коэффициент теплоотдачи:
![](943599_html_80e4404f60009d.gif)
![](943599_html_81eb8be69787798d.gif)
Тепловые потери горизонтальной трубы будут складываться из потерь за счёт свободной конвекции и излучения.
![](943599_html_2decb670ad6a86ee.gif)
![](943599_html_f97775ad88133294.gif)
![](943599_html_fc5adb6b4894351a.gif)
Co - коэффициент излучения абсолютно чёрного тела [Со=5,67 Вт/(м2·К4).]
Общие потери теплоты
![](943599_html_99b074b2e8e82cdc.gif)
Задача 4.
Определить удельный лучистый тепловой поток q (Вт/м2) между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуру t1 и t2 и степени черноты 1 и 2, если между ними нет экрана. Определить qпри наличии экрана со степенью черноты с обеих сторон э. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 4.
Таблица 4
Последняя цифра шифра | 1 | 2 | э | Предпоследняя цифра шифра | t1, оС | t2, оС |
0 | 0,50 | 0,60 | 0,040 | 0 | 200 | 30 |
1 | 0,55 | 0,52 | 0,045 | 1 | 250 | 35 |
Решение:
Приведенная степень черноты, определяемая, в данном случае, по уравнению
![](943599_html_56a87cdba97c4148.gif)
![](943599_html_8cbcf7d39613bb2a.gif)
Удельный лучистый тепловой поток определяется по уравнению Стефана-Больцмана для результирующего излучения:
![](943599_html_87f02c3dc29b4762.gif)
![](943599_html_7898b52023f04a5b.gif)
В случае наличия экрана, при установившемся режиме, удельный лучистый тепловой поток находят решением следующих уравнений:
![](943599_html_c12544d76400684e.gif)
![](943599_html_80eac69e73f9c5e6.gif)
![](943599_html_fe5d63c6273e93eb.gif)
Решая уравнение 1 находят Тэ, а затем удельный лучистый тепловой поток q.
![](943599_html_560a11722eb4d474.gif)
![](943599_html_2dd677b0e522ae68.gif)
![](943599_html_e46bacdc77f592b0.gif)
![](943599_html_f8e921ba8b244ec0.gif)
Удельный лучистый тепловой поток q
![](943599_html_3b39db292a861ac9.gif)
![](943599_html_81e59a08cf762bf1.gif)
Использованная литература
1. Котиков Ю.Г. Транспортная энергетика: Учебное пособие для вузов/Ю.Г. Котиков, В.Н. Ложкин. - М.: ИЦ «Академия», 2006. - 272с.
2. Теплотехника: учебник для вузов/ А.М. Архаров [и др.]; под общей ред.: А.М. Архарова, В.Н. Афанасьева. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 712с.
3. Задачник по технической термодинамике и теории тепломассообмена: Учеб. пособие для энергомашиностроит. спец. вузов / В.Н. Афанасьев, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др.; Под ред. В.И. Круглова и Г.Б. Петражицкого. - М.: Высшая школа, 1986. - 383 с.
4.Транспортная энергетика. Методические указания и задание к
курсовой работе. Тула ,2014 –16с.
5. Рабочая диаграмма. http://yotx.ru/#!1/3_EcbT@sX2XX3/YH9r34gh/K/thxh3Gtn@wT7o4GDfiCH8r@1vHEAuYWc8GAyys7txAIHxtg62djcOIKe8LdAO5HR34wAC4u1c7OxuHEB2YCDeBQy0u7@zT6JhN3ZOGY@nW4zHrcuL3f2t/a39jQPIDgzEu4CBdjcOIBegU94FDLS7v7NPomE3dk4Zj6dbjMety4vd/a39/Y0DyAXolHcBA@1uHEBAvJ1L0O7GAeSUtwXb2t04gMB4Wzuw3Y0DyCXsjLe1tbO7v7NPomE3dk4Zj6dbjMety4vd/a39rf2NA8gl7Iy3tbWzu3EAuYSd8WAwyM7u/s4@iYbd2DllPJ5uMR63Li9297f29wEH
6. Тепловая диаграмма
http://yotx.ru/#!1/3_/4w76c/2xl0dPNnd3zxg7OwfMHb2jRjC/9q@nzHZP9g/OzjYN2II/2v7Gwe8i4OL3Y3NA8jBxQ7vYudgd2PzAHIAu@BdgA52NzYPIFs7IN7F6cHuxuYBZAtxybuAXe7u7@yTaNiNnVPG4@kW43Hr8mJ3f2t/a39j8wCyhbjkXcAudzc2DyBbZzzQwcHuxuYB5AB2yQPtnO1ubB5ADi62eKCzg92NA8jBwSUPhLjY3d/ZJ9GwGzunjMfTLcbj1uXF7v7W/tb@xgHk4OCSB0Jc7G4cQA5AZzzQ2cHuxgHkAHbKA@2c7W4cQLZ2Lnmgg4PdjQPI1tkl7wKG2N3f2SfRsBs7p4zH0y3G49blxe7@1v7W/sYBZOvskncBQ@xuHEC2Di54F6cHuxsHkAPEDu8CdLC7cQA52LnkXewc7G4c8C4OLnb3d/ZJNOzGzinj8XSL8bh1ebG7v7W/tQ8E
Приложение
Физические параметры сухого воздуха при давлении 101,3 кПа
Таблица 1
t, oC | 102, Вт/мК | 106, м2/с | Pr |
-50 | 2,04 | 9,23 | 0,728 |
-40 | 2,12 | 10,04 | 0,728 |
-30 | 2,20 | 10,80 | 0,723 |
-20 | 2,28 | 12,79 | 0,716 |
-10 | 2,36 | 12,43 | 0,712 |
0 | 2,44 | 13,28 | 0,707 |
10 | 2,51 | 14,16 | 0,705 |
20 | 2,59 | 15,06 | 0,703 |
30 | 2,67 | 16,00 | 0,701 |
40 | 2,76 | 16,96 | 0,699 |
50 | 2,83 | 17,95 | 0,698 |
60 | 2,90 | 18,97 | 0,696 |
70 | 2,96 | 20,02 | 0,694 |
80 | 3,05 | 21,09 | 0,692 |
90 | 3,13 | 22,10 | 0,690 |
100 | 3,21 | 23,13 | 0,688 |
120 | 3,34 | 25,45 | 0,686 |
140 | 3,49 | 27,80 | 0,684 |
160 | 3,64 | 30,09 | 0,682 |
180 | 3,78 | 32,49 | 0,681 |
200 | 3,93 | 34,85 | 0,680 |
250 | 4,27 | 40,61 | 0,677 |
300 | 4,60 | 48,33 | 0,674 |
350 | 4,91 | 55,46 | 0,676 |
400 | 5,21 | 63,09 | 0,678 |
500 | 5,74 | 79,38 | 0,687 |
600 | 6,22 | 96,89 | 0,699 |
700 | 6,71 | 115,4 | 0,706 |
800 | 7,18 | 134,8 | 0,713 |
900 | 7,63 | 155,1 | 0,717 |
1000 | 8,07 | 177,1 | 0,719 |
1100 | 8,50 | 199,3 | 0,722 |
1200 | 9,15 | 233,7 | 0,724 |