расчет газового цикла. 9 февраля решение 6+01. Курсовая работа по дисциплине транспортная энергетика

• Название: Курсовая работа по дисциплине транспортная энергетика
• Анкор: расчет газового цикла
• Дата: 18.02.2023
• Размер: 1.06 Mb.
• Имя файла: 9 февраля решение 6+01 .docx
• Тип: Курсовая; #943599

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, 2020

Содержание

1. 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 цикл

Цикл отнесен к 1 кг воздуха. Принимаем:

С_р= 1,005 кДж/(кг·К);

С_v = 0,718 кДж/(кг·К);

R = 287 Дж/(кг·К).

Требуется:

1. 
   определить параметры р, v, T, u, h для основных точек цикла;
   
2. 
   построить цикл: а) в координатах р-v, б) в координатах Т-s.
   

Каждый процесс должен быть построен по двум – трем промежуточным точкам;

3. 
   найти n, c, Δu, Δh, Δs, q, l для каждого процесса, входящего, в состав цикла;
   
4. 
   определить работу цикла l_ц, термический к.п.д. и среднее индикаторное давление р_i;
   
5. 
   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  (η_t), представленных как ответы в схемах вариантов заданий.
  
• 
  
  
• 
  
  

0,9aт =  88259.85  Пa

4 aт = 392266 Пa

 Решение.

1.Определение параметров для основных точек цикла

Политропный процесс 1-2





Изобарный процесс 2-3


Политропный процесс 3-4




Значения удельной внутренней энергии ( ) и энтальпии ( ) определим по уравнениям :



Таблица №1

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

Теплоемкость политропных процессов 1-2 и 3-4



Процесс 1-2

=

=



Процесс 2-3

1

=

=

Процесс 3-4

=

=

=

Процесс 4-1

=

=



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



выбирается произвольно, а рассчитывается
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



Табл. 4

Параметр точка	V,	P, кПа
d	0.4	293.871
e	0.6	180.654
f	0.8	127.915

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



Процесс 1-2 политропный

Параметр точка	T0K	S, кДж/(кг·К)
а	320	-0,039
b	340	-0.083
с	360	-0.124

Процесс 2-3(изобарный)

Параметр точка	T0K	S, кДж/(кг·К)
d	400	0,029
e	425	0.09
f	450	0.148

Процесс 3-4( политропный )

Параметр точка	T0K	S, кДж/(кг·К)
k	450	0,036
l	425	0.077
m	400	0.12

Процесс 4-1( изохорный)

Параметр точка	T0K	S, кДж/(кг·К)
n	360	-0,046
r	340	-0.087
t	320	-0.13

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 и отведённой

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:





б) Суммарная работа цикла

Суммарную работу цикла находим по формуле:



в) Термический КПД цикла

Термический КПД цикла определяется из соотношения:

. =20%

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

2. Теория теплообмена.

Задача 1.

Плоская стальная стенка толщиной ₁ (₁=40 Вт/мК) 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/мК). 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 t_г, а воздуха - t_в. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 1.



Решение.



Полное термическое сопротивление плоской многослойной стенки



Коэффициент теплопередачи

=

По уравнению теплопередачи плотность теплового потока q



Температура t1 на поверхности стальной стенки



на границе между стальной стенкой и изоляционной пластиной



на поверхности изоляционной пластины

=

Задача 2.

Воздух течет внутри трубы, имея среднюю температуру t_в , 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/мК. Снаружи труба омывается горячими газами. Температура и коэффициент теплоотдачи горячих газов, омывающих трубу, соответственно равны t_г, 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/мК	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



где кинематический коэффициент вязкости находят по заданной средней температуре воды tж=150°С в табл. ПРИЛОЖЕНИЯ [1].

Полученное значение следовательно заданный режим течения является развитым турбулентным.

число Прандтля при температурных Prж =0,683;

Для вынужденной конвекции внутри цилиндрической трубы при нахождении α₁ использовать критериальную зависимость вида:





По значению вычисляем

коэффициент теплоотдачи от трубы к воздуху





где коэффициент теплопроводности находится по табл.7 [1] при .

наружный диаметр трубы



Линейный коэффициент теплопередачи определим по формуле:



Удельный тепловой поток

=

Задача 3.

Определить потери теплоты в единицу времени с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы t_c, температура воздуха в помещении t_в, 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 = °С находим:

Коэффициент теплопроводности теплоносителя =0,307 Вт/(м·°С);

Кинематическая вязкость =21.3425 м²/с;

Критерий Прандтля =0,704;

Коэффициент объемного расширения

К^-1.

Определим число Рэлея:

Определим число Рэлея:





Определим число Нуссельта:

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

Определим коэффициент теплоотдачи:





Тепловые потери горизонтальной трубы будут складываться из потерь за счёт свободной конвекции и излучения.







C_o - коэффициент излучения абсолютно чёрного тела [С_о=5,67 Вт/(м²·К⁴).]

Общие потери теплоты

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

=

Удельный лучистый тепловой поток определяется по уравнению Стефана-Больцмана для результирующего излучения:

Вт/м²

В случае наличия экрана, при установившемся режиме, удельный лучистый тепловой поток находят решением следующих уравнений:

, (1)

, (2)

. (3)

Решая уравнение 1 находят Т_э, а затем удельный лучистый тепловой поток q.









Удельный лучистый тепловой поток q



Вт/м²

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/мК	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