КурсоваяТДиТП. Расчет и анализ термодинамических процессов идеальных циклов тепловых машин
 Скачать 479.24 Kb.
|
 ИНФОРМАЦИОННО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Термодинамика и теплопередача» Тема: «Расчет и анализ термодинамических процессов идеальных циклов тепловых машин». Вариант № 4 Исполнитель: студент 3 курса группы Р3-16 Белогур Антон Николаевич Подпись исполнителя и дата: Руководитель: профессор базовой кафедры техники и технологии ракетного двигателестроения (КБ Химмаш) Бершадский Виталий Александрович Оценка за выполненную работу, подпись и дата: «УТВЕРЖДАЮ» Заведующий кафедрой техники и технологии, д.т.н., профессор ___________ Щурин К.В. «____» ________2018 г. ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ по дисциплине «Термодинамика и теплопередача» Студент: Белогур Антон Николаевич Тема работы: «Расчет и анализ термодинамических процессов идеальных циклов тепловых машин». Вариант № 4 Дата выдачи задания: « » 2018 г. Срок сдачи законченной работы: « » 2018 г. Содержание задания: 2.1 Изобразить упрощённую схему тепловой машины, пояснить особенность её функционирования и выбрать газообразное рабочее тело (воздух, азот, кислород, водород). При расчётах рабочее тело считать идеальными газом. Определить для выбранного рабочего тела: молекулярную массу газа, удельную газовую постоянную Rг в кДж/(кг·К), удельную теплоёмкость сР и сv в кДж/(кг·К) при температуре 300К. 2.2 Варианты, указанные в таблице 1, необходимо использовать качестве исходных данных для проведения расчёта термодинамических процессов. 2.3 С использованием исходных данных, приведенных в таблице1: 2.3.1 Определить вид цикла тепловой машины и рассчитать для основных и промежуточных точек цикла давление р, удельный объём v, температуру Т газа. 2.3.2 Для каждого из процессов цикла определить изменения удельных значений: внутренней энергии - Δu, энтальпии - Δi, энтропии - Δs; теплоты процесса - q, работы процесса - l, располагаемой работы - l0; а также средние значения температуры в процессах подвода и отвода тепла - Т1ср; Т2ср . 2.3.3 Определить величины: подведенной q1 и отведенной q2 теплоты; работы цикла lц и располагаемой работы l0; термического к.п.д. цикла ηт. 2.3.4 Построить диаграммы цикла в координатах р - v и T – s, а затем используя р - v и T – s диаграммы, графически определить величины, указанные в п. 2.3.3, и сопоставить результаты графического и аналитического расчёта. 2.3.5 Определить эквивалентный цикл Карно и его к.п.д. при Т1 ср и Т2 ср . 2.3.5 При выбранных студентом величинах степени сжатия ε, степени повышения давления β, показателя адиабаты к оценить влияние каждого из этих параметров на коэффициент полезного действия цикла η и изобразить это влияние графически. 2.3.6 Провести анализ результатов расчёта. 3.Исходные данные для проведения расчётов термодинамических процессов.
Календарный график работы над курсовой работой на весь период выполнения (с указанием сроков отдельных этапов): в течение семестра Руководитель профессор базовой кафедры техники и технологии ракетного двигателестроения (КБ Химмаш) Бершадский В.А. Задание принял к исполнению Белогур А.Н. РЕЦЕНЗИЯ на курсовую работу по дисциплине «Термодинамика и теплопередача» Студент Белогур Антон Николаевич Факультет информационно-технологический Курс, группа курс 3, группа РЗ-16 Тема: «Расчет и анализ термодинамических процессов идеальных циклов тепловых машин». Вариант № 4 Рецензент (фамилия, имя, отчество) Текст рецензии: Оценка выполненной работы Дата рецензирования подпись рецензента 1. Краткое описание теплового двигателя и рабочего тела: Цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Дизеля). Цикл Дизеля — это теоретический цикл двигателей с пневматической подачей топлива в сжатый воздух над поршнем и его самовоспламенением от высокой температуры сжатого воздуха (компрессорных дизелей). В цикле Дизеля устанавливается форсунка для подачи топлива. В случае образования горючей смеси внутри цилиндра требуется больше времени для сгорания топлива, поскольку оно включает в себя время впрыска и время испарения топлива, образования смеси. Время сгорания соизмеримо с временем перемещения поршня от верхней мертвой точки к нижней, поэтому сгорание топлива идет при совершении поршнем рабочего хода. Давление в процессе горения меняется мало. После сгорания топлива происходит расширение продуктов сгорания. Теоретический цикл Дизеля — цикл с подводом теплоты при постоянном давлении. Процесс сжатия воздуха горения – 1-2. Процесс сгорания топлива представляем изобарным процессом с подводом теплоты 2—3; процессы выхлопа и выталкивания отработанных газов и всасывания воздуха представляем изохорным процессом с отводом теплоты 4—1. Процессы сжатия воздуха и расширения продуктов сгорания считаем адиабатными. Рабочее тело — идеальный газ с постоянными свойствами. Все процессы обратимые.  Типы процессов: 1-2 s=c Адиабатный 2-3 p=c Изобарный 3-4 n=c Политропный 4-1 v=c Изохорный Рабочее тело – воздух. Молярная масса воздуха  Удельная газовая постоянная для воздуха  Изобарная массовая теплоемкость при р = 0,1013 МПа и Т = 300 К  =  +R=0,858+0,286=1,144  Изохорная теплоемкость =  =3R=0,286 , где i-число степеней свободы газа(i=6)2. Расчет основных параметров в узловых точках: Расчет давления p, удельного объема v, температуры газа T для основных и промежуточных точек цикла. Точка 1. Т1 = 263 К; p1= 0,08 МПа. Удельный объем из уравнения состояния идеального газа:   Точка 2  Давление  и температуру  найдем из уравнения адиабаты  Точка 3    Точка 4    Расчет промежуточных точек цикла. Процесс 1-2 Задаемся значениями удельного объема:  ; ;  .Значение давлений найдем из уравнения адиабаты. Значение температуры найдем по уравнению состояния идеального газа. Промежуточная точка 1   Промежуточная точка 2   Промежуточная точка 3   Процесс 2–3. Задаемся значениями давления:  ; ;  .Температуру найдем по уравнению состояния идеального газа. Промежуточная точка  Промежуточная точка 5  Промежуточная точка 6  Процесс 3–4. Задаемся значениями удельного объема:  ; ;  .Значение давлений найдем из уравнения политропы. Значение температуры найдем по уравнению состояния идеального газа. Промежуточная точка 7   Промежуточная точка 8   Промежуточная точка 9   Процесс 4–1. Задаемся значениями давления:  ;  ;  .Температуру найдем по уравнению состояния идеального газа. Промежуточная точка 10  Промежуточная точка 11  Промежуточная точка 12  Сведем результаты расчета основных параметров в узловых точках в таблицу 1. Таблица 1 – Результаты расчета основных параметров в узловых точках
Построение диаграммы в координатах v-p, согласно таблице 1.  3. Расчет параметров процессов цикла: Определение для каждого из процессов цикла удельных значений: теплоемкости – с; изменений внутренней энергии –  , энтальпии –  , энтропии –  ; теплоты процесса – q, работы процесса – l, располагаемой работы l0; средние значения температуры в процессах подвода и отвода теплоты –  и  .Процесс 1-2 – адиабатный. !!! Работа процесса   Располагаемая работа  Изменение внутренней энергии  Изменение энтальпии  Изменение энтропии  Подведенная теплота  По результатам расчета получаем получаем:  , То есть первый закон термодинамики соблюдается. Теплоемкость процесса  Процесс 2-3 – изобарный        То есть первый закон термодинамики соблюдается. Теплоемкость процесса  Процесс 3-4 – политропный   Политропная теплоемкость         То есть первый закон термодинамики соблюдается. Процесс 4-1 – изохорный        То есть первый закон термодинамики соблюдается. Теплоемкость процесса  Подведенная в цикле теплота  Отведенная в цикле теплота  Расчет средних значений температуры в процессах подвода и отвода теплоты  - в процессе подвода тепла = = = 496,198K- в процессе отвода теплаСведем результаты расчета параметров процессов в таблицу 2. Таблица 2 – Результаты расчета параметров процессов
Построение диаграммы в координатах Т-S, согласно таблице 2.  4. Общая характеристика цикла Работа цикла   Располагаемая работа цикла   Термический к.п.д. цикла 
5. Графическое определение параметров цикла: Рассмотрим диаграмму в координатах v-p. Работа в процессах 1-2, 2-3 и 3-4 численно равна площади фигур под кривыми 1-2, 2-3 и 3-4 с основаниями на оси (v). Работа цикла равна площади фигуры 1-2-3-4-1.      Рассмотрим диаграмму в координатах v-p. Располагаемая работа в процессах 1-2, 3-4 и 4-1 численно равна площади фигур под кривыми 1-2, 3-4 и 4-1 с основаниями на оси (р). Располагаемая работа цикла равна площади фигуры 1-2-3-4-1.      Рассмотри диаграмму в координатах s-T. Теплота, подведенная в цикле в процессах 2-3 и 3-4, находится как площадь фигуры под кривой 2-3-4 с основание на ось (s). Теплота, отведенная в цикле, находится как площадь фигуры под кривой 4-1 с основанием на ось (s). Работа цикла и располагаемая работа цикла равна площади фигуры 1-2-3-4-1.     . Определение параметров эквивалентного цикла Карно. Используя понятие среднетермодинамической температуры представим в виде эквивалентного цикла Карно цикл 1-2-3-4. Для этого процесс подвода теплоты в цикле 2-3-4 заменим изотермическим процессом a-b со среднетермодинамической температурой , а процесс отвода теплоты 4-1 заменим изотермическим процессом c-d со среднетермодинамической температурой . Полученный цикл Карно abcd имеет  и  равные подведенной и отведенной теплоте рассматриваемого цикла 1234, т.е. это эквивалентные циклы, для которых термический к.п.д определяется по формуле:  Анализ влияния степени сжатия объема и степени изобарного расширения на коэффициент полезного действия в цикле:  Термический к.п.д. цикла равен        Таким образом, при повышении степени сжатия ε КПД цикла Дизеля увеличивается. При использовании газа с более высоким показателем адиабаты газа, КПД также увеличивается. Выводы Работа выполнена и получены навыки в расчете и анализе термодинамических процессов цикла Дизеля. При переходе от рассмотренных идеальных циклов к определению показателей реальных двигателей учитывают необратимые потери в действительных процессах, переменное значение теплоемкости рабочего тела в различных стадиях цикла, потери работы на трение. Основные закономерности, полученные в результате сопоставления идеальных циклов ДВС, сохраняются и при сопоставлении реальных циклов. Например, сохраняется вывод о преимуществах цикла Дизеля по отношению к циклу Отто при одинаковой максимальной температуре сравниваемых циклов. По этой причине в настоящее время увеличено производство ДВС, работающих по циклу Дизеля, и сокращено производство ДВС, работающих по циклу Отто. Реализация данного направления развития техники обеспечит значительную экономию расходования жидкого топлива в народном хозяйстве нашей страны. Список литературы: Нащокин В.В. техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1975 – 496 с. Лекционный материал по предмету «Термодинамика и теплопередача» в МГОТУ 2018г. Королев 2018 г. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, кДж/кг
, кДж/кг
, кДж/кг
