Курсовой проект - Термодинамика и тепломассообмен - файл n1.doc

приобрести
Курсовой проект - Термодинамика и тепломассообмен
скачать (100.4 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc432kb.22.05.2008 19:11скачать

n1.doc

3. Расчетная часть.

Исходные данные для выполнения курсовой работы:


№ вари-анта


Тип цикла


Условия сравнения


Значения термодинамических параметров

pi (МПА), vi 3/кг), Тi (oК)



Характеристики цикла


Подведенное тепло

q1(кДж/кг)

97

p

, q1

p1=0,114

Т1=319

p2=5,337

=1.35

не заданы

не задано

3.1.

При температуре 3190К (460С) значения теплоемкостей воздуха:

Сv = 0С =0,75158кДж/кгоК;

Сp = 0С =1,03838кДж/кгоК.

Показатель адиабаты воздуха при температуре 3190К:



Основные термодинамические параметры в характерных точках заданного цикла.

точка 1: по заданным из уравнения состояния идеального газа найдём удельный объем:

.

точка 2: так как процесс 1-2 адиабатный, то из уравнения адиабаты следует, что

.

Из уравнения состояния идеального газа:


точка 3:



Из уравнения состояния идеального газа:



точка 4: из уравнения адиабаты для процесса 3-4 получаем:

.

Из уравнения состояния идеального газа:



Степень сжатия и степень предварительного расширения для этого цикла соответственно равны:



Термический КПД этого цикла:



Сравнение термического КПД цикла с подводом тепла при с КПД циклов с подводом тепла при и смешанным подводом тепла выполняется при заданных в задании условиях сравнения и значениях термодинамических параметров в исходной точке (), аналогичных с заданным циклом.

Для расчета термического КПД цикла с подводом тепла при принимаются заданными

В соответствии с условиями сравнения известны параметры в цикле:

точка 2: процесс 1-2 адиабатный, следовательно (используя уравнение связи между давлением и удельным объемом для адиабатного процесса):

Из уравнения состояния находим:


точка 3: .



Из уравнения состояния идеального газа находим:



точка 4: так как а процесс 3-4 адиабатный, то из уравнения адиабаты:

Из уравнения состояния находим: .

Степень сжатия и степень изохорного повышения давления для рассматриваемого (с подводом тепла при ) цикла будут, соответственно, равны: . В соответствии с (2.2) термический КПД рассматриваемого цикла:

.

Для расчета термического КПД цикла со смешанным подводом тепла считаются заданными В соответствии с условиями сравнения известны параметры в цикле:


точка 2: ;

точка 3: В силу того, что, то



Выберем для рассматриваемого цикла со смешанным подводом тепла Тогда из уравнения состояния:


точка 4 :





Из уравнения состояния идеального газа:



точка5: учитывая, что процесс 4-5 адиабатный, получим:



а из уравнения состояния:


При этих значениях параметров в характерных точках цикла его характеристики будут равны: степень сжатия: степень изохорного повышения давления: степень предварительного расширения:

Термический КПД цикла со смешанным подводом тепла будет равен:


Таким образом, при значениях параметров в исходной точке и одинаковых максимальных параметрах в цикле наибольший термический КПД имеет цикл с изобарным () подводом тепла:

.
3.2 Термический КПД цикла Карно зависит лишь от температур верхнего и нижнего источников теплоты и, следовательно, не зависит от природы рабочего тела. При этом КПД цикла Карно растет с увеличением температуры верхнего источника и с уменьшением температуры источника теплоты. В случае, если цикл Карно осуществляется в диапазоне температур:

,

его термический коэффициент полезного действия будет равен:


3.3 Рабочее тело (идеальный газ) представляет собой смесь газов, массовый состав которой задан следующим образом – 64%N2, 14%CO2, 15%H2O, 4%H2, 3%CO.

Газовая постоянная смеси:


Теплоемкости смеси газов:

;



;


При температуре 3190К (460С) теплоемкости заданной смеси будут равны:


Показатель адиабаты будет равен:



Параметры в характерных точках цикла с газовой смесью.
точка 1: p1=0,114МПа, Т1=3190К; из уравнения состояния идеального газа:



точка 2: и тогда из уравнения адиабаты:



Из уравнения состояния идеального газа:


точка 3: Тогда из уравнения состояния:



точка 4: Из уравнения адиабаты:



Из уравнения состояния:



Зная основные термодинамические параметры в характерных точках цикла с газовой смесью (при изобарном подводе тепла), можно определить его характеристики: степень сжатия и степень предварительного расширения.









Точки



Значения термодинамических параметров




Характеристики цикла

Pi, МПа

vi, м3/кг

Ti,0K

Ti,0C

1

0,114

1,2858

319

9

? = 15,9925

2

5,337

0,0804

933,69

421,38

3

5,337

0,1114

1293,8

1065

? = 1,3856

4

0,1793

1,2858

501,72

419,71


Термический коэффициент полезного действия цикла:


Уменьшение показателя адиабаты приводит к уменьшению термического коэффициента полезного действия цикла:


    1. Полный термодинамический анализ всех процессов, из которых состоит цикл с изобарным подводом тепла:



Процесс 1-2 (адиабатное сжатие)


Процесс 2-3 (изобарный подвод тепла)



Процесс 3-4 (адиабатное расширение)





Процесс 4-1 (изохорный отвод тепла)



Результаты термодинамического анализа процессов цикла представлены в следующей таблице.


Процесс

q

?u

?i

l



?s

кДж/кг

1-2

0

739,6565

1026,1635

-729,5834

-1012,224

0

2-3

601,1676

433,3204

601,1676

165,447

0

0.5445

3-4

0

-953,1099

-1322,298

1304,3362

1304,3362

0

4-1

-219,8669

-219,8669

-305,0328

0

83,9627

-0,5449



381,3007

0.0001

0

740,1998

376.0749

-0,0004

Для цикла, результаты термодинамического анализа которого приведены в таблицах, последнее выражение будет выглядеть следующим образом:



Сравнивая это значение со значением термического КПД получаем значение погрешности определения термического кпд цикла:



Погрешность определения работы цикла:
.



  1. Краткое описание цикла.

Стремление к повышению термического коэффициента полезного действия в цикле поршневого ДВС с изохорным (при ) подводом тепла за счет увеличения степени сжатия ограничивается возможностью преждевременного самовоспламенения топливо-воздушной смеси, нарушающего нормальную работу двигателя. Кроме того, при высоких степенях сжатия скорость сгорания смеси резко возрастает, что может вызвать детонацию (взрывное горение), которая резко снижает экономичность двигателя и может привести к поломке его деталей. Поэтому в ДВС с изохорным подводом тепла нельзя применять высокие степени сжатия, в связи с чем такие двигатели имеют относительно низкие КПД.

Указанное выше ограничение может быть преодолено за счет раздельного ввода в цилиндр двигателя воздуха и топлива. Воздух при большом сжатии имеет настолько высокую температуру, что подаваемое в цилиндр топливо самовоспламеняется без всяких специальных запальных приспособлений. Кроме того, раздельное сжатие воздуха и топлива позволяет использовать любое жидкое тяжелое топливо – дизельное топливо, нефть, мазут, смолы, каменноугольные масла и пр.

Такими высокими достоинствами обладают двигатели, работающие с постепенным сгоранием топлива при постоянном давлении. В них вначале в цилиндре двигателя сжимается до высоких степеней сжатия (до ? = 20) чистый воздух, а в конце сжатия жидкое топливо впрыскивается в цилиндр и распыляется сжатым воздухом от компрессора. Раздельное сжатие воздуха и топлива позволяет применять высокие степени сжатия и исключает преждевременное самовоспламенение топливо-воздушной смеси. Процесс горения топлива при постоянном давлении обеспечивается соответствующей регулировкой топливной форсунки.

Вместе с тем, двигатели с постепенным сгоранием топлива при имеют некоторые недостатки. Одним из них является наличие компрессора, применяемого для подачи топлива, на привод которого расходуется

6 – 10% от общей мощности двигателя, что усложняет конструкцию и уменьшает экономичность двигателя. Помимо этого, необходимо иметь сложную топливную аппаратуру (насос, форсунки и т.п.).


1. Цель работы

Достижения современной промышленности, авиации, косми­ческой техники оказались возможными в результате освоения мощ­ных источников энергии - это гидравлические, паровые и газовые турбины; двигатели внутреннего сгорания; компактные и мощные ракетные и реактивные двигатели. Стержневое значение в этом развитии энергетики имели и имеют термодинамика и тепломассообмен, являющиеся теоретической базой создания теплоэнер­гетических машин и установок.

Эта дисциплина является одной из основных дисциплин цикла учебных планов направления 140500 «Энергомашиностроение» специальности 140501 - «Двигатели внутреннего сгорания» и относится к циклу общих математических и общенаучных дисциплин. В Государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования по специальности 140501 ей посвящены следующие строки:

ЕН.Ф.03.02

Термодинамика и тепломассообмен:


«…термодинамические свойства рабочих тел энергетических установок и аппаратов; циклы энергетических установок и аппаратов; внутренний КПД цикла; газовые и комбинированные циклы; …»
Целью курсовой работы является углубление и закрепление знаний по теме «Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания» путем приобретения навыков практического применения основных законов идеального газа для анализа и расчетов термодинамических процессов. Выполнение курсовой работы позволит расширить и закрепить знания об идеальных и теоретических циклах поршневых двигателей внутреннего сгорания, на практическом примере усвоить методику термодинамического анализа и расчета циклов.


2. Задание на выполнение курсовой работы

2.1. Двигатель внутреннего сгорания работает по идеальному циклу, тип которого, характеристики и некоторые термодинамические параметры заданы (см. приложение 1). Приняв в качестве рабочего тела воздух (? возд = 28,970), теплоемкости которого равны соответственно: Сv = (кДж/кгоК); Сp = (кДж/кгоК), выполнить исследование и сравнение заданного цикла с циклами двух других типов, для чего:

2.2. Сравнить термический коэффициент цикла ?t = max с термическим коэффициентом полезного действия цикла Карно, осуществляемого в том же диапазоне температур.

2.3. Выбрав в качестве рабочего тела смесь газов (состав задается в соответствии с приложением 2) и считая ее идеальным газом, исследовать влияние свойств рабочего тела на величину термического кпд цикла.

2.4. Для цикла с наибольшим значением термического коэффициента полезного действия (?t = max), рабочим телом которого является смесь газов (считая ее идеальным газом), при заданных термодинамических параметрах в точке 1 и характеристиках, полученных при расчетах по п. 2.3 выполнить полный термодинамический анализ цикла, для чего:

Результаты расчетов представить в виде таблиц.

2.5. Представить цикл по п.2.4 графически в p – v и T – s координатах.

2.6. дать краткое описание цикла в целом и указать, в каких типах двигателей он применяется, описать особенности работы этих двигателей.
Содержание:

  1. Цель работы

  2. Задание на выполнение курсовой работы

  3. Расчетная часть

  4. Краткое описание цикла

  5. Диаграммы


Федеральное агентство по образованию


Государственное образовательное учреждение

Уфимский государственный авиационный технический университет

Термодинамический анализ и сравнение

идеальных циклов

поршневых двигателей внутреннего сгорания
Курсовая работа по курсу

«Термодинамика и тепломассообмен»





Выполнил: студ. гр.


Консультант:




Оценка:_________________

Дата:___________________





Уфа – 2005





3. Расчетная
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации