Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE \* MERGEFORMAT 9
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
И ТЕОРИЯ ТЕПЛООБМЕНА
Контрольная работа № 1
РАСЧЕТ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Под идеальным циклом двигателя внутреннего сгорания (ДВС) пони мают замкнутый обратимый круговой процесс, совершаемый одной и той же несменяемой порцией рабочего тела. В цикле отсутствуют какие-либо потери энергии за исключением передачи теплоты холодному, источнику. Изучение идеальных циклов позволяет проводить анализ и сравнение ос новных показателей работы двигателей и выявлять факторы, влияющие на их экономичность.
1. Задание
1.1. Рассчитать идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты (см. рисунок), включающий следующие термодинамические процессы рабочего тела: адиабатное сжатие а-с, подвод теплоты по изохоре с-, под вод теплоты по изобаре -z, адиабатное расширение z-, отвод теплоты по изохоре b-a.
Расчет цикла состоит из следующих этапов:
- определение газовой посто янной рабочего тела;
- определение значений дав ления, удельного объема, температуры, энтропии во всех точках цикла;
- определение изменения внутренней энергии и энтальпии, значений теплоемкости, теплоты и работы для каждого из процессов.
шанным подводом теплоты
- определение характеристик цикла в целом: количества подведенной и отведенной теплоты, среднего давления и термического КПД.
1.2 Иследовать влияние степени сжатия, степени повышения давления и степени предварительного (изобарного) расширения на термический КПД цикла.
1.3 Исходные данные
Исходные данные выбираются из табл. 1 приложения в соответствии с порядковым номером в групповом журнале. Для студентов нечетных групп состав рабочего тела задан массовыми долями компонентов, для студентов четных групп - объемными долями. В число исходных дан ных входят также степень сжатия рабочего тела ε = , степень повы шения давления при изохорном подводе теплоты λ =, степень пред варительного расширения ρ = . Расчеты выполняются для рабочего тела массой 1 кг при исходных температуре = 293 К и давлении = 1,0 бар. Теплоемкости рабочего тела считаются постоянными, не зависящими
от температуры. Исходные данные записываются в табл.1.1.
Таблица 1.1
Исходные данные для расчета цикла ДВС
|
Доли компонентов рабочего тела, % |
ε |
|
ρ |
||||||
|
293 |
1,0 |
2. Методические указания к выполнению расчетов
2.1. Определение газовой постоянной и теплоемкостей рабочего тела. Газовая постоянная рабочего тела (смеси газов) R, Дж/(кг-К), вычисляется по формуле:
,
где μ - молярная масса смеси, кг/кмоль.
В зависимости от способа задания состава смеси для вычисления μ, используется одна из следующих формул:
или ,
где μi - молярные массы компонентов смеси (по табл. 2 приложения), и - соответственно массовые и объемные доли компонентов, n - количество компонентов смеси.
Массовые теплоемкости смеси при постоянном объеме и при постоянном давлении рассчитываются по следующим уравнениям:
и ,
где и - молярные теплоемкости компонентов смеси (принимаются постоянными, зависящими только от атомности газов, и выбираются по табл. 1.2). Показатель адиабаты .
Таблица 1.2
Теплоемкость газов , кДж/(кмоль.К)
|
Атомность газа |
|
|
|
Одноатомный |
12.5 |
20,8 |
|
Двухатомный |
20,8 |
29,1 |
|
Трехатомный |
29,1 |
37,4 |
2.2. Определение параметров рабочего тела
Рассчитываются следующие параметры состояния рабочего тела во всех точках цикла: давление р, удельный объем υ, температура и энтропия .
Например, в точке “” давление и температура известны (и), тогда
. Учитывая, что в начале координат равна нулю, получим :
В точке ′c′ →, , , и т.д.
Результаты расчетов сводятся в табл. 1.3 и используются в дальней шем для построения цикла в координатах и.
Таблица 1.3
Параметры рабочего тела
|
Параметры рабочего тела |
Единицы измерения |
Точки цикла |
||||
|
|
бар |
|||||
|
|
М3/кг |
|||||
|
|
К |
|||||
|
|
кДж/(кг ∙К) |
2.3. Расчет процессов цикла
Определяются следующие характеристики процессов: теплоемкость С, изменение внутренней энергии Δu, изменение энтальпии Δi, количество подведенной или отведенной теплоты q, работа расширения или сжатия l. Для расчета используются соответствующие каждому процессу уравнения. Например, для процесса адиабатного сжатия
для процесса подвода тепла по изохоре
для процесса подвода теплоты по изобаре
Аналогично рассчитываются характеристики остальных процессов цикла. Результаты сводятся в табл. 1 .4 . Таблица 1.4
Характеристики процессов цикла
|
Характеристики процессов |
Единицы измерения |
Процессы цикла |
||||
|
кДж/(кг ∙К) |
||||||
|
кДж/кг |
||||||
|
кДж/кг |
||||||
|
кДж/кг |
||||||
|
кДж/кг |
2.4. Расчет характеристик цикла
Определяются следующие характеристики цикла: количество подве денной теплоты количество отведенной теплоты количество теплоты превращенной в полезную работу работа расширения работа сжатия полезная работа термический КПД среднее давление
Расчеты выполняются по следующим формулам:
;
, , .
,
Для того, чтобы убедиться в отсутствии расчетных ошибок, в заклю чение следует вычислить значение термического КПД по формуле:
. (∗)
Результаты расчетов свести в табл.1.5.
Таблица 1.5
Характеристики цикла
|
Характеристики цикла |
||||||||
|
Единицы измерения |
кДж/кг |
- |
бар |
|||||
|
Результаты расчетов |
2.5. Исследование цикла
Исследование цикла заключается в оценке влияния на термический КПД цикла степени сжатия степени повышения давления и степени изобарного расширения При этом по формуле (∗) вычисляются значения для нескольких величин в пределах от при постоянных (заданных ) и Далее выполняются расчеты для нескольких значений в пределах от при постоянных ( заданных ) и, а затем для нескольких значений в пределах от до при постоянных (заданных ) и. Результаты расчетов заносятся в табл.1.6.
Таблица 1.6
Результаты исследования цикла ДВС
|
Характеристика цикла |
Постоянные параметры (из табл.1.1) |
||||||||
|
Переменные параметры и их значения |
|||||||||
2.6. Оформление работы
По данным табл.1.3 стоится цикл в координатах и (с соблюдением масштабов); по данным табл.1.6 – три графика зависимости соответственно от, и (с соблюдением масштабов).
Исходные данные к контрольной работе № 1
Таблица 2
Характеристики газов
Примечание: параметры водяного пара условно приведены к нор мальному состоянию.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Крутов В.И. Техническая термодинамика: Учеб. для машино строительных спец. вузов / В.И. Крутоа, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др.; Под ред. В.И. Крутова. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк 1991 .-384с.
2. Архаров А.М. Теплотехника: Учеб. для студентов вузов / Под общ. ред. В.И. Крутова -М.: Машиностроение, 1986.-432 с.
3. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1980. - 496 с.
4. Афанасьев В.Н, Задачник по технической термодинамике и теории тепломассообмена: Учеб. пособие для энергомашиностроит. спец. ву зов / Под ред. В.И, Крутова и Г.Б. Петражицкого. - М.: Высш шк 1986 -383с.
5. Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиля ция. - М.: Стройиздат, 1984. - 274 с.
6. Исаев С.И. Теория тепломассообмена: Учеб. для энергомашино-строит. спец. вузов / С.И. Исаев, И.А. Кожинов, В.И.' Кофанов и др.; Под ред. А.И. Леонтьева. - М.: Высш. шк., 1979. -495 с.
7. ГОСТ 8.417-8. Единицы физических величин - М: Изд-во стандартов, 1932,-40с.