РГЗ Теплотехника. сибирский федеральный университет
 Скачать 110.99 Kb.
|
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт Нефти и Газа Кафедра «Топливообеспечения и горючесмазочных материалов» Расчетно-графическое задание по «теплотехнике» «Расчет теоретического цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания» Вариант 08
Красноярск 2014 Таблица1 – Исходные данные
1.1 Расчет параметров точки 1 цикла: P1 = 1 *105 Па - задано по условию; Т1 = 273 + t1 =273 + 60 = 333 К; R∞ = 8314 Дж/кмоль*К; ∞ = 28,9 кг/кмоль (молекулярная масса воздуха); R = R∞/∞ =  = 287.7 Дж/кг*К; v1 = RT1/P1 =  = 0.95 м3/кг;u1 = cvT1 = 0.71*333 = 236,4 кДж/кг; h1 = cpT1 = 1.005*333 = 334,6 кДж/кг. 1.2 Для нахождения параметров точки 2 цикла используют соотношения между параметрами Р, v, Т, в адиабатном процессе 1-2: v2 = v1/  =  = 0.135 м3/кг;k = cp/cv = 1.4; Р2 = Р  = 1*105-74 = 15,3*105 Па = 15,3 бар;Т2 = P2v2/R =  = 715 К;u2 = cv*T2 = 0.71*715 = 509 кДж/кг; h2 = ср*Т2 = 1.005*715 = 720,5 кДж/кг. 1.3 Для определения параметров точки 3 цикла используют соотношения между параметрами в изохорном процессе 2-3: Р3 = Р2 λ = 15,3*105*2,5= 38,1*105 Па = 38,1 бар; Т3 = Т2 λ = 717*2,5= 1792,5 К; v3 = v2 = 0.135 м3/кг; u3 = cvT3 = 0.71*1792,5 = 1272,6 кДж /кг; h3= cp T3 = 1.005*1792,5 = 1801,5 кДж/кг. 1.4 Для расчета параметров точки 4 цикла используют соотношения между параметрами в адиабатном процессе 3-4 и изохорном процессе 4-1: v4 = v1 = 0.95 м3 / кг; Р4 = P3(v3/v4)k = 38,1*105(0.135/0.95)1,4 = 2.47*105 Па = 2,47 бар; Т4 = Р4 * v4 /R =  = 815,6 К;u4 = cvТ4 = 0.71 * 815,6 = 579 кДж/кг; h4 = срТ4 = 1.005 * 815,6 = 819,6 кДж /кг. Таблица 2 – Pезультаты расчетов параметров процесса
Таблица 3- Pезультаты расчетов параметров процесса
 Рисунок 1 - Цикл Отто в P-v координатах  Рисунок 2 - Цикл Отто в lnP-ln100v координатах 2 Определяем изменение энтропии в процессах: ∆s1-2 = 0, так как процесс изоэнтропный; ∆s 2- 3 = cvln(T3/T2)= 0.71* ln(1792,5/715) = 0.65 кДж/кг*К; ∆s 3-4 = 0, так как процесс изоэнтропный; ∆s 4-1 = cvln(T,/T4)= 0.71* ln(333/815,6) = - 0.65 кДж/кг*К. Изохору 2-3 строят в «MathCAD» или по промежуточным точкам d, е, задавшись для них значениями температуры и определив соответственно Td = 1000 К, ∆s2-d = cvln(Td/T2)= 0.71 * ln(1000/715) = 0,23 кДж/кг*К; Те = 1400 К, ∆s2-e= cvln(Te/T2)= 0.71 * ln(l 400 / 715) = 0.47 кДж/кг*К. Изохору 4-1 строят по точкам f, q, h,задавшись для них значениями температуры и определив ∆s: Tf = 400 К, Tq = 500 К ,Th= 700 К ; ∆s1-f = cvln(Tf/T1)= 0.71*1n(400/333)= 0.130кДж/кг*К; ∆s1-q = cvln(Tq /Т1) = 0.71*1n(500/333) = 0.28 кДж/кг*К; ∆s1-h = cvln(Th /Т1) = 0.71 *ln(700/333) = 0.52 кДж/кг*К. Приращение энтропии в изобарном и изохорном процессах, в диапазоне температур от Т1 до Т2: ∆spl-2 = ср1n(Т2 /Т1)= 1.005 1n(715/333) = 0.77кДж/кг*К; ∆svl-2 = cvln(T2/T1)= 0.71 ln(715/333) = 0.54 кДж/кг*К. Приближенный расчет изменения энтальпии в изоэнтропном процессе 1-2: ∆h l-2 = h2 - h, = ∆spl.2(T2 + Т1)/2 = 0.77(715+ 333)/2 = 404,2 кДж/кг*К; Приближенный расчет изменения внутренней энергии в изоэнтропном процессе 1-2: ∆u1-2 = u2- u1; ∆u1-2 =∆svl-2(Т1 + Т2)/2 = 0.54(333+ 715)/2 = 567кДж/кг. Из первого закона термодинамики следует, что q = ∆u +l. По условию адиабатного процесса q = 0; следовательно, l= -∆u = -567 кДж/кг. Т2 = 717 К, Т3 = 1792,5 К; ∆sv2-3 = cv ln(T3/T2)= 0.71 ln(1792,5 /717) = 0.65 кДж/кг*К; ∆sp2-3 = cp ln(T3/T2)= 1.005 ln(1792,5 /717) = 0,92 кДж/кг*K; Приближенный расчет изменения внутренней энергии и энтальпии в изохорном процессе 2-3: ∆u2-3 =∆sv2-3(T3+ Т2)/2 = 0.65(1792,5+ 717)/2= 1631,1 кДж/кг; ∆h2-3 = ∆sp2-3(T3 + Т2)/2 = 0,92(1792,5+717 )/2 = 2308,7 кДж/кг q2-3 = ∆u2- 3 = 1631,1 кДж/кг; Т3 = 1792,5 К, Т4 = 815,6 К ∆sv3-4= cv 1n(Т4 /Т3) = 0.71 ln(815,6 /1792,5) = - 0.55 кДж/кг*К ; ∆sp3-4 = ср 1n(Т4 /Т3) = 1.0051n(815,6 /1792,5) = - 0.79 кДж/кг*К Приближенный расчет изменения внутренней энергии и энтальпии в изоэнтропном процессе 3-4: ∆u3-4 = ∆sv3-4(T3 + Т4)/2= -0.55(1792,5 +815,6 )/2 = -1120,5 кДж/кг; ∆h3-4 = ∆sp3-4(T3 + Т4 )/2 = -0.79(1792,5 + 815,6)/2 = - 1030,1кДж/кг; Т4 = 815,6 К, Т1 = 333 К. ∆sv4-1 = cv ln(T1/T4)= 0.71 ln(333/815,6) = -0.63кДж/кг- К; ∆sp4-1= cp ln(T1/T4)= 1.005 ln(333/815,6) = -0.9 кДж / кг - К . Приближенный расчет изменения внутренней энергии и энтальпии изохорном процессе 4-1: ∆u4-1 = ∆sv4-1(Т4 + Т1) / 2 = - 0.63(815,6+333 )/2= -723кДж/кг; ∆h4-1 = ∆sp4-1(Т4 + Т1) / 2 = - 0.90(815,6+333) / 2 = -1033,7кДж/кг; q4-1 = ∆u4-1 = -723кДж/кг. Таблица 4 - Результаты расчетов параметров процесса
 Рисунок 3 - Цикл Отто в Т-S координатах Количество тепла, подводимого к телу в процессе 2-3: q1 = cv(T3 - Т2) = 0.71(1792,5- 715)= 765кДж/кг. Количество тепла, отводимого от рабочего тела в процессе 4-1: q2 = cv(T4 – Т1) = 0.71(815,6-333)= 342,6кДж/кг. Работа, совершаемая в цикле: l0= q1- q2 = 765- 342,6=422,4 кДж/кг. Термический КПД цикла: ητ= (q1-q2)/ q1= (765- 342,6)/765 = 0,55 Количество воздуха, совершающего работу в цилиндрах двигателя при мощности N = 130 кВт: М=N/ l0= 130/422,4 = 0.30 кг/с. Количество тепла, сообщаемого рабочему телу за 1с при мощности 130 кВт: Q1= Mq1 = 0,3*765= 229,5 кДж/с = 283 кВт. Количество тепла, отводимого от рабочего тела за 1с при мощности 130 кВт: Q2 = Mq2 = 0.3* 342,6 = 102,7 кДж/с = 102,7 кВт. Термический КПД цикла можно также рассчитать по формуле:  Эта величина  незначительно отличается от полученной. |
