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
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Курсовая работа
по дисциплине «Теплотехника»
на тему:
"Расчет и анализ идеального цикла ДВС
со смешанным подводом теплоты"
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Расчетно-пояснительная записка к
Курсовой работе
по дисциплине «Теплотехника»
на тему:
"Расчет и анализ идеального цикла ДВС
со смешанным подводом теплоты"
Содержание
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
2.5.1 Анализ цикла со смешанным подводом теплоты…………………..17
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Разраб.
Провер.
Расчёт и исследование идеального цикла ДВС со смешанным подводом теплоты
Стадия
Лист
Листов
3
20
Задание
Рассчитать идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты, включающий в соответствии с рисунком следующие термодинамические процессы: адиабатное сжатие рабочего тела 1-2, подвод теплоты по изохоре 2-3, подвод теплоты по изобаре 3-4, адиабатное расширение 4-5, отвод теплоты по изохоре 5-1.
Рис.1 Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты.
|
Доли компонентов рабочего тела,% |
ε |
λ |
ρ |
T1,K |
P1, MПa |
№ вар |
|||
|
CO2 |
CO |
H2O |
N2 |
||||||
|
8,5 |
5,5 |
16 |
70 |
11,0 |
2,0 |
1,7 |
293 |
0,1 |
1 |
Таблица 1
2.1 Определение газовой постоянной и теплоёмкостей рабочего тела
Молекулярную массу рабочего тела µ, представляющего собой смесь газов и паров воды, определяем по формуле:
(1);
Где n – количество компонентов смеси;
ri – объёмная доля i-ого компонента;
µi – молекулярная масса i-ого компонента;
Определим молярные массы компонентов по таблице 2:
Таблица 2
|
Газ |
Химическая формула |
Молярная масса, кг/кмоль |
Плотность, кг/м3 |
Газовая постоянная, Дж/(кг*К) |
|
Воздух |
- |
29 |
1,293 |
287,0 |
|
Азот |
N2 |
28 |
1,251 |
296,8 |
|
Кислород |
O2 |
32 |
1,429 |
259,8 |
|
Водород |
H2 |
2 |
0,089 |
4124,0 |
|
Монооксид углерода |
CO |
28 |
1,1997 |
296,9 |
|
Диоксид углерода |
CO2 |
44 |
1,287 |
188,9 |
|
Водяной пар |
H2O |
18 |
1,804 |
461,0 |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
µ(СО2)=44 кг/кмоль;
µ(СО)=28 кг/кмоль;
µ(H2O)=18 кг/кмоль;
µ(N2)=28 кг/кмоль;
Подставляя данные значения в формулу (1) получим молекулярную массу смеси газов:
;
Можем найти газовую постоянную по формуле:
(2);
Найдём:
(3);
Массовые теплоёмкости при постоянном объёме сv, и при постоянном давлении сp определяем по формулам соответственно (4) и (5):
(4);
(5);
Где ri - объёмные доли компонентов;
, - молярная теплоёмкость при постоянном объёме и давлении, зависящие только от атомн
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
ости газов и определяемые по таблице (3);
Таблица 3
|
Атомность газа |
Показатели |
|
|
,кДж/(кмоль*К) |
, кДж/(кмоль*К) |
|
|
Одноатомный |
12,48 |
20,80 |
|
Двухатомный |
20,80 |
29,12 |
|
Трёхатомный |
29,30 |
37,60 |
Сосчитаем:
;
;
Показатель адиабаты определяют как величину численно равную отношению массовых теплоёмкостей смеси при постоянном давлении и объёме:
(6).
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
Определение параметров состояния рабочего тела
Для определения параметров состояния рабочего тела последовательно для всех точек цикла рассчитаем: давление P, удельный объем Ѵ, температуру V и энтропию S.
1-2 Процесс адиабатного сжатия.
Точка 1
(7);
(8);
(9);
;
Точка 2
(11);
(12);
Так как процесс адиабатный то
S2=S1= (13);
(14);
2-3 Процесс изохорного нагревания.
Точка 3
(13);
(14);
(15);
(16);
3-4 Процесс изобарного нагревания.
Точка 4
(17);
(18);
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
(18);
(19);
4-5 Процесс адиабатного расширения
Точка 5
(20);
(21);
(22);
(23);
Сведём результаты расчётов в таблицу:
Таблица 4
|
Обозначение параметров |
Точки цикла |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
P, МПа |
0,1 |
||||
|
Ѵ, м3/кг |
|||||
|
T, К |
293 |
700,5 |
1401 |
||
|
S, кДж/(кг*К) |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
Расчёт процессов цикла
Для каждого процесса определим: теплоёмкость С, изменение внутренней энергии ∆U и энтальпии ∆i, количество подведённой и отведённой теплоты q, работы расширения и сжатия l:
Процесс адиабатного сжатия 1-2
C=0 (24);
(25);
(26);
(27);
(28);
Процесс подвода теплоты по изохоре 2-3:
(29);
(30);
(31);
(32);
(33);
Подвод теплоты по изобаре 3-4:
(34);
(35);
(36);
(37);
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
(38);
Процесс адиабатного расширения 4-5:
(39);
(40);
(41);
(42);
(43);
Отвод теплоты по изохоре 5-1:
(44);
(45);
(46);
(47);
(48);
Сведём результаты расчётов в таблиц
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
у:
Таблица 5
|
Характеристики процессов |
Процессы цикла |
||||
|
1-2 |
2-3 |
3-4 |
4-5 |
5-1 |
|
|
0 |
1,1238 |
0 |
|||
|
0 |
1102,1106 |
0 |
-753,9093 |
||
|
0 |
0 |
Выполним расчёт следующих характеристик: количество подведённой g1 и отведённой g2 теплоты, количество теплоты g0, превращённой в работу lp, работу расширения и сжатия l0 и lс, среднее давление Pi и термический КПД ηt.
Поскольку подвод теплоты осуществляется в процессах 2-3 и 3-4, а отвод в процессе 5-1, то
(49);
(50);
(51);
Расширение рабочего тела происходит в процессах 3-4 и 4-5, а сжатие – в процессе 1-2, поэтому:
(52);
(53);
(54);
Среднее давление и термический КПД определим как:
(55);
(56);
Для проверки повторно найдём термический КПД:
(57);
Относительная ошибка при вычислении составляет ∆=0,05 %;
Результаты расчётов сведём в таблицу 6:
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
Таблица 6
|
Характеристики цикла, кДж/кг |
|||||||
|
g1 |
g2 |
g0 |
lp |
lc |
l0 |
Pi,МПа |
ηt,% |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
Исследование и анализ цикла со смешанным подводом теплоты
Исследуем влияние степени сжатия ε, степени повышения давления λ и степени предварительного расширения ρ на термический КПД цикла ηt:
ε1=0,75*11=8,25;
ε2=0,85*11=9,35;
ε3=0,95*11=10,45;
ε4=1,05*11=11,55;
ε5=1,15*11=12,65;
ε6=1,25*11=13,75;
(58);
Сведём в таблицу:
Таблица 7
|
Термический КПД |
Параметры цикла |
|||||
|
λ=const, ρ=const |
||||||
|
ε1 |
ε1 |
ε1 |
ε1 |
ε1 |
ε1 |
|
|
50 |
52 |
54 |
55 |
57 |
58 |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
м 0,1:
λ1=0,75*2=1,5;
λ2=0,85*2=1,7;
λ3=0,95*2=1,9;
λ4=1,05*2=2,1;
λ5=1,15*2=2,3;
λ6=1,25*2=2,5;
(58);
Сведём в таблицу:
Таблица 8
|
Термический КПД |
Параметры цикла |
|||||
|
ε=const, ρ=const |
||||||
|
λ1 |
λ2 |
λ3 |
λ4 |
λ5 |
λ6 |
|
|
54,7 |
54,9 |
55 |
55,1 |
55,2 |
55,3 |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
ε=const, λ=const, ρi=(0,75-1,25)ρ с шагом 0,1:
ρ1=0,75*1,7=1,275;
ρ2=0,85*1,7=1,445;
ρ3=0,95*1,7=1,615;
ρ4=1,05*1,7=1,785;
ρ5=1,15*1,7=1,955;
ρ6=1,25*1,7=2,125;
(58);
Сведём в таблицу:
Таблица 9
|
Термический КПД |
Параметры цикла |
|||||
|
ε=const, λ=const |
||||||
|
ρ1 |
ρ2 |
ρ3 |
ρ4 |
ρ5 |
ρ6 |
|
|
57,3 |
56,5 |
55,5 |
54,7 |
53,7 |
52,8 |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
Очевидно, что термический КПД ηt двигателя внутреннего сгорания зависит от трёх основных показателей:
Проанализируем, как и в какой степени, эти параметры влияют на термический КПД ηt.
Из графика ηt(ε) можно сделать вывод, что повышение степени сжатия ведёт к существенному повышению КПД(при изменении степени сжатия с 8,25 до 13,75 КПД увеличился с 50% до 58%, при постоянных λ и ρ).
График ηt(ρ) показывает, что даже незначительное повышение степени предварительного расширения приводит к заметному уменьшению КПД (при изменении ρ с 1,275 до 2,125 КПД уменьшился с 57,3% до 52,8%, при постоянных λ и ε).
Анализируя график ηt(λ) приходим к выводу, что повышение λ ведёт за собой повышение и термического КПД, но не значительно (при изменении λ с 1,5 до 2,125 КПД увеличился с 54,7% до 55,3%, при постоянных ρ и ε).
Делаем вывод что для повышения термического КПД двигателя внутреннего сгорания целесообразней повышать степень сжатия ε, но из за конструктивных особенностей и самовоспламенения топлива бесконечно это делать нельзя.
Литер
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
атура
Приложение
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20