КР по ТД 1234. Методическая разработка для студентов второго курса специальности 101600 Тамбов 2003 удк 621 016(076) ббк з311я735

Название	Методическая разработка для студентов второго курса специальности 101600 Тамбов 2003 удк 621 016(076) ббк з311я735
Дата	18.12.2018
Размер	0.91 Mb.
Формат файла
Имя файла	КР по ТД 1234.doc
Тип	Методическая разработка #60850
страница	3 из 4

1 2 3 4

Раздел d. Истечение газов и паров

Задача 1. Воздух с давлением р₁=_ _ _ МПа и температурой t₁=_ _ _ _оС вытекает через суживающееся сопло в среду с давлением р₂=_ _ _ МПа. Принимая коэффициент скорости сопла =_ _ _ , определить характер течения, скорость воздуха на выходе и диаметр выходного сечения d_вых, если массовый расход воздуха М=_ _ _ кг/с. Как изменятся эти характеристики, если параметр _ _ _ изменять в пределах 20%? По результатам расчетов построить график зависимости d_вых от варьируемого параметра и сделать необходимые выводы. Один расчет (0%) выполнить вручную, остальные выдаст компьютер. Исходные данные принимать по таблице 12.

Таблица 12

Исходные данные к задаче 1 раздела d

Первая цифра номера варианта	p₁	t₁	₁	Вторая цифра номера варианта	р₂	M	Варьируется
1	2,0	50	0,89	1	0,91	0,17	M
2	3,0	60	0,72	2	0,09	0,21	p₂
3	1,2	70	0,83	3	0,32	0,12	t₁
4	3,4	55	0,78	4	0,45	0,19	p₁
5	2,5	45	0,84	5	0,18	0,15	

Задача 2. Водяной пар с давлением р₁=_ _ _ МПа и температурой t₁=_ _ _ _оС вытекает через суживающееся сопло в среду с давлением р₂=_ _ _ МПа. Определить скорость его на выходе и расход пара, если выходной диаметр сопла d=_ _ _ мм, а коэффициент скорости =_ _ _ . Как будет изменяться расход пара, если параметр _ _ _ изменять в пределах 20%? Каким он будет, если использовать сопло Лаваля с минимальным диаметром d? По результатам расчетов построить график зависимости расхода пара от варьируемого параметра. Один расчет (0%) выполнить вручную, остальные сделает компьютер. Исзодные данные принимать по таблице 13.

Таблица 13

Исходные данные к задаче 2 раздела d

Первая цифра номера варианта	p₁	t₁	d	Вторая цифра номера варианта	р₂		Варьируется
1	2,0	300	20	1	0,09	0,91	d
2	2,2	340	25	2	0,91	0,85	p₂
3	1,6	290	30	3	0,56	0,78	t₁
4	3,1	410	35	4	0,08	0,81	p₁
5	2,4	350	40	5	0,13	0,87	

Далее приводятся примеры №1 и №2, которые рекомендуется использовать в качестве образцов при выполнении и оформлении отдельных задач курсовой работы. При этом в каждом примере принята собственная нумерация формул, таблиц, рисунков и литературных источников, но сохранена сквозная нумерация страниц. Ради экономии бумаги в примере №2 не приводятся титульный лист и страница "Содержание". В примерах не приводятся также требуемые по ГОСТу рамки и штампы.

Пример РАСЧЕТА И ОФОРМЛЕНИЯ

Форма титульного листа
Министерство образования и науки РФ

Тамбовский государственный технический университет

Кафедра гидравлики и теплотехники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по Теоретические основы теплотехники

(наименование)
на тему:
Термодинамический расчет, анализ и оптимизация

идеализированного цикла поршневого ДВС

и паросилового цикла с промежуточным перегревом пара
Автор работы _______________________ И.В. Сидоров Группа ЭП21

(подпись, дата), (инициалы, фамилия)

Специальность 101600 «Энергообеспечение предприятий»

(номер, наименование)
Обозначение курсового работы_______________________________________

Руководитель проекта (работы)____________________________В.И. Ляшков

(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Работа защищена Оценка______________________________

Члены комиссии:____________________________________________________

(подпись, дата) (инициалы, фамилия)

____________________________________________________

(подпись, дата) (инициалы, фамилия)

____________________________________________________

(подпись, дата) (инициалы, фамилия)

Нормоконтролер_____________________________________________________

(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Тамбов 2010

СОДЕРЖАНИЕ_¹

1. Задача №1...............................................................................................3

1.1 Содержание задачи №1.......................................................................3

1.2. Краткое описание цикла поршневого ДВС ....................................3

1.3. Расчет цикла ДВС..............................................................................5

1.3.1. Определение параметров характерных точек цикла...................5

1.3.2. Расчет термодинамических процессов.........................................7

1.3.3. Расчет характеристик цикла...........................................................9

1.3.4. Построение Т-s диаграммы цикла................................................11

1.4. Оптимизация цикла варьированием заданного параметра..........13

1.4.1. Анализ результатов машинного расчета......................................14

2. Задача №2..............................................................................................15

2.1 Содержание задачи №2.....................................................................15

2.2. Краткое описание цикла..................................................................15

2.3. Расчет цикла......................................................................................16

2.3.1. Определение параметров характерных точек цикла.................16

2.3.2. Расчет термического КПД цикла................................................18

2.3. Результаты варьирования и их анализ............................................19

3. Задача №3.............................................................................................20

3.1 Содержание задачи №3....................................................................20

3.2. Расчет процесса с влажным воздухом............................................21

3.3. Результаты варьирования.................................................................22

4. Задача №4.............................................................................................23

4.1 Содержание задачи №4....................................................................23

4.2. Расчет процесса истечения и сопла................................................23

4.3. Результаты варьирования.................................................................25

5. Список использованной литературы................................................26

1. Задача №1

1.1. Содержание задачи №1 (вариант 14).

Для цикла поршневого ДВС, заданного параметрами р₁=0,14 МПа, Т₁=300К, ==18, ==1,4, ==1,3, п₁=1,32, п₂=1,25, определить параметры всех характерных точек цикла, термодинамические характеристики каждого процесса и цикла в целом. Исследовать влияние параметра п₁ на величину термического КПД _t и максимальной температуры Т_max при варьировании указанного параметра в пределах 20%. По результатам расчетов построить графики зависимостей _t и Т_max, от варьируемого параметра, на основании которых сделать заключение об его оптимальном значении, принимая за предельно-допустимое значение Т_max величину Т_пр=1900 К. В качестве рабочего тела принимать сухой воздух.
1.2. Краткое описание цикла

Для анализа задан цикл поршневого ДВС со смешанным подводом пепла, который реализуется в современных быстроходных дизельных двигателях. Подробное описание такого цикла приведено в учебниках [1],[2] и др. Мы ограничимся самым кратким описанием.

Рис. 1. p-v диаграмма цикла ДВС со смешанным подводом тепла
На рис. 1 приведена идеализированная p-v диаграмма, наглядно отображающая основные процессы такого цикла.

Во время хода всасывания (на диаграмме не показан) атмосферный воздух, проходя через систему фильтров и открытый всасывающий клапан, засасывается в цилиндр двигателя. В конце всасывания (точка 1 на диаграмме) всасывающий клапан закрывается и по мере перемещения поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) происходит политропное сжатие воздуха (процесс 1-2). Ввиду быстротечности этого процесса характер его близок к адиабатному, и температура воздуха к концу сжатия (точка 2) сильно увеличивается. Поэтому дизельное топливо, которое впрыскивается в цилиндр под большим давлением через специальную форсунку в мелкодисперсном виде, очень быстро испаряется и самовоспламеняется. Первые порции при этом сгорают практически мгновенно (процесс 3-4). Для интенсификации процессов топливо часто впрыскивают в специальную предкамеру из жаростойкой стали, имеющую очень высокую температуру.

Последующие порции топлива сгорают по мере их попадания в цилиндр во время перемещения поршня от ВМТ. При этом давление в цилиндре практически не изменяется (процесс 3-4). Далее совершается политропное расширение продуктов сгорания (процесс 4-5), по окончании которого, когда поршень приходит в нижнюю мертвую точку, открывается выпускной клапан (точка5) и во время хода выталкивания продукты сгорания выбрасывается в атмосферу. Поскольку суммарная работа процессов всасывания и выталкивания практически равна нулю, идеализируя картину, их заменяют одним изохорным процессом отвода тепла (процесс 5-1).

Основными характеристиками цикла являются:

-степень сжатия

=v₁/v₂;

-степень повышения давления

=p₃/p₂;

-степень предварительного расширения

=v₄/v₃;

-показатели политроп сжатия и расширения п₁ и п₂.
1.3. Расчет цикла ДВС^²

1.3.1. Определение параметров характерных точек цикла.

Точка 1. Параметры р₁ и T₁ заданы, величину v₁ находим, воспользовавшись уравнением состояния идеального газа (уравнением Клапейрона-Менделеева):

pv=RT,

где R=287 Дж/(кг К) - газовая постоянная воздуха [3].

Для точки 1

м³/кг.

Точка 2. Поскольку

=v1/v2, то v2=v1/

=0,61/16,7=0,037 м³/кг.

Давление p₂ найдем, записав для политропного процесса 1-2 известное соотношение

откуда

МПа.

Величину Т₂ находим из уравнения (1):

K.

Точка 3.

МПа ;

м³/кг.

Температуру Т₃ находим из уравнения (1):

К.

Поскольку для изохорного процесса известно соотношение (закон Шарля)

, то величину Т₃ можно найти и по другому:

К.

Практическое совпадение результатов (невязка около 0,1 % возникает из-за округлений) служит подтверждением безошибочности проведенных вычислений.

Точка 4.

МПа;

м³/кг.. Температуру Т₄ найдем, воспользовавшись известным соотношением для изобарных процессов (закон Гей-Люсака):

, откуда

К.

Точка 5.

м³/кг. Давление в точке 5 найдем также как находили его для точки 2:

МПа.

Температуру Т₅ находим, воспользовавшись уравнением состояния:

К.

Полученные результаты заносим в сводную таблицу (табл.1).
1.3.2 Расчет термодинамических процессов.

Полный термодинамический расчет процесса включает определение тепла q и работы l за процесс, изменений внутренней энергии u, энтальпии h и энтропии s за процесс. Для политропного процесса расчетные формулы для названных характеристик имеют вид:

, (2)

, (3)

, (4)

, (5)

, (6)

где

- средние изохорная и изобарная теплоемкости в интервале температур от t_н до t_к (температуры в начале и в конце процесса); k- показатель адиабаты,

k=

v_н и v_к - удельный объем в начале и в конце процесса.

Величины средних теплоемкостей, если использовать линейные зависимости, можно рассчитать по формулам:

, (7)

где константы а и в для воздуха находим из справочной таблицы [3]: а=0,7084, b=9,349 10^-5 . По формуле Майера:

. (8)

Рассчитываем теперь процесс 1-2. Это политропный процесс с показателем политропы п₁=1,22. Чтобы реализовать формулы (2) - (6), сначала по формулам (7) и (8) рассчитываем значения средних теплоемкостей, предварительно рассчитав t₁ и t₂ :

;

Тепло за процесс 1-2 находим по формуле (2):

.

Работа за процесс 1-2 находится по формуле (3):

Изменения внутренней энергии и энтальпии рассчитываем по формулам (4) и (5):

По формуле (6) находим величину

Чтобы убедиться в правильности проведенных расчетов, запишем выражение первого закона термодинамики, рассчитаем величину

и сопоставим с рассчитанной ранее:

Невязка в процентах

Расчет процесса 2-3 начинаем также с определения величин t₃,

Поскольку процесс 2-3 изохорный (у таких процессов значение n=

) формулы (2), (3) и (6) существенно упрощаются, позволяя рассчитывать значения соответствующих величин:

Для самопроверки воспользуемся известным соотношением, справедливым для любых процессов с идеальным газом:

(9)

которые для процесса 2-3 принимают вид

Невязка составляет незначительную величину:

Процесс 3-4 изобарный и для него показатель политропы п=0. Это тоже упрощает формулы (2) и (3). Расчеты начинаем с определения температуры t₄ и теплоемкостей:

Определяем теперь характеристики процесса 3-4:

Проверку проведем обоими способами, воспользовавшись и формулой (9):

Чтобы рассчитать процесс 4-5, рассчитываем температуру t₅ и

по формулам (7) и (8):

Далее рассчитываем характеристики процесса 4-5 по формулам (2)-(6):

Проверка:

Рассчитываем, наконец, последний процесс 5-1. Это процесс изохорный и расчет его аналогичен расчету процесса 2-3. Начинаем, как обычно, с расчета теплоемкостей:

Основные характеристики процесса

Проверку проведем по формуле (9):

Погрешность

Прежде чем перейти к расчетам характеристик цикла, рассчитываем сначала значения энтропии в каждой характерной точке цикла. Для точки 1 можно записать

где t₀=0 ⁰C (T₀=273,15 К), p₀=0,1013 МПа - параметры воздуха при нормальных условиях; при таком состоянии считается, что S=0.

Далее находим

или

Практическое совпадение значений S₅, рассчитанных двумя способами, свидетельствует об отсутствии заметных погрешностей при расчетах величин

.

Все результаты заносим в таблицу 1.

1 2 3 4

КР по ТД 1234. Методическая разработка для студентов второго курса специальности 101600 Тамбов 2003 удк 621 016(076) ббк з311я735

M

