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
ДЕПАРТАМЕНТ ПО АВИАЦИИ
МИНИСТЕРСТВА ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙВЫСШИЙ АВИАЦИОННЫЙ КОЛЛЕДЖ»
Кафедра технической эксплуатации воздушных судов и двигателей
Техническая термодинамика и теплопередача
Методические указания по изучению дисциплины и выполнению
контрольной и курсовой работ для студентов заочной формы обучения специальности 1-37 04 01
Минск – 2013г.
УДК
Составитель: Э.К. Бересневич
Рецензент: доктор физико-математических наук Кнюкшто Валерий Николаевич.
Одобрено и рекомендовано к изданию научно-методическим советом МГВАК (протокол от 2012г №)
Техническая термодинамика и теплопередача: Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной и курсовой работ для студентов заочной формы обучения. /Сост. Э.К. Бересневич./; МГВАК. Минск, 2011.38с.
Методические указания предназначены для организации самостоятельной работы студентов заочного отделения, обучающихся по специальности 1-37 04 01 «Техническая эксплуатация воздушных судов и двигателей» при изучении учебногокурсапо дисциплине «Техническая термодинамика и теплопередача».
Методические указания содержат перечень основных рекомендуемых учебников и дополнительных учебных пособий для более глубокого изучения отдельных вопросов курсов. Приведена развернутая программа теоретического материала курсов и дано содержание контрольного задания, курсовой работы. В методических комментариях акцентируются наиболее важные моменты, на которые необходимо обратить внимание при самостоятельном изучении дисциплины. Методические указания могут быть также полезны и курсантам МГВАК, обучающимся на стационаре.
Введение
Учебная дисциплина «Термодинамика и теплопередача» является составной частью учебного плана подготовки инженера-механика по специальности «Техническая эксплуатация воздушных судов и двигателей» для всех форм обучения. Дисциплина состоит из двух самостоятельных разделов:
Техническая термодинамика является частью термодинамики – раздела теоретической физики. Объектом исследований технической термодинамики являются авиационные двигатели – тепловые машины, в которых изучаются закономерности взаимного превращения теплоты в работу, устанавливается взаимосвязь между тепловыми, механическими и химическими процессами, имеющими место в тепловых машинах.
Теплопередача – это наука, изучающая процессы переноса теплоты (теплообмена) в пространстве с неоднородным температурным полем. В зависимости от характера теплообмена перенос теплоты может быть назван теплопроводностью (например, через стенки корпуса), конвекцией (например, при охлаждении турбинных лопаток воздухом) и излучением (например, при горении топливовоздушной смеси от пламени к стенкам жаровой трубы в камере сгорания).
Основной формой изучения данной дисциплины является самостоятельная работа над учебным материалом. При этом не следует стремиться к механическому запоминанию всех формул и зависимостей. Главное внимание необходимо уделить раскрытию физического смысла входящих в формулы параметров, уяснить динамику изменения их в процессе эксплуатации и др. Однако нужно твёрдо помнить основные уравнения и формулы. Изучив всю тему, надо проверить свои знания, ответив на контрольные вопросы.
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Курс дисциплины «Техническая термодинамика и теплопередача» изучается студентами заочной формы обучения специальности 1-37 04 01 «Эксплуатация воздушных судов и двигателей» самостоятельно по рекомендованным в списке учебной литературы учебникам, учебным пособиям, методическим указаниям и закрепляется выполнением контрольной и курсовой работ. В период лабораторно-экзаменационной сессии для студентов проводятся обзорные лекции по основным вопросам курсов и практические работы. В процессе освоения дисциплины студенты получают консультации на кафедре технической эксплуатации воздушных судов и двигателей.
Изучать курс рекомендуется в следующем порядке. Внимательно ознакомиться с содержанием соответствующего раздела рабочей программы и методическими указаниями; прочитать по учебнику материал, рекомендуемый в программе для изучения данной темы. Изучение каждого раздела полезно начинать с уяснения принципиальных положений, затем переходить к разбору его конкретных особенностей. Усвоив смысл изучаемого раздела и разобравшись в ходе математических выкладок, важно самостоятельно повторить вывод той или иной зависимости,дать ответы на вопросы для самоконтроля. Такой метод способствует лучшему усвоению идей и методов, положенных в основу математических выводов. При изучении материала полезно составлять конспекты по каждой теме изучаемой темы.
В процессе изучения дисциплины студенты выполняют одну контрольную работу (в осеннем семестре) и курсовую работу в весеннем семестре. Цель контрольной работы закрепление пройденного материала.
Цель курсовой работы: закрепить теоретические знания, полученные при изучении курса и научить студента самостоятельно рассчитывать и анализировать термодинамические процессы в элементах двигателей и системах летательных аппаратов; производить анализ идеальных циклов авиационных двигателей; рассчитывать одномерные газовые потоки в элементах двигателей летательных аппаратов; производить анализ теплового состояния этих элементов и влияния на него различных факторов; уметь оценивать эффективность методов тепловой защиты элементов конструкции; оценивать эффективность теплообменных аппаратов и систем охлаждения.
Для положительной аттестации по дисциплине от студента требуется знание теоретических положений курсов, понимание физической сущности изучаемых явлений и процессов, умение применять теоретические положения при решении практических задач.
Программа теоретического курса
Введение. РАЗДЕЛ 1. Техническая термодинамика.
ТЕМА 1.1. Основные понятия технической термодинамики.
Предмет технической термодинамики. Термодинамическая система, внешняя среда, рабочее тело. Параметры состояния рабочего тела. Методы измерения температуры.
В начальной теме курса рассматриваются основные понятия и определения, на базе которых строится изложение всего дальнейшего курса технической термодинамики, как науки о взаимопревращениях теплоты и работы в тепловых машинах.
Здесь необходимо обратить внимание на упрощающие предположения при введении понятия идеального газа, как абстрактной модели газа, в котором отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия и геометрические размеры его молекул пренебрежимо малы.
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 1.2. Законы и уравнения идеальных газов.
Основное уравнение кинетической теории газов. Законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля. Уравнение Клапейрона. Газовая постоянная. Уравнение Клапейрона - Менделеева. Определение универсальной газовой постоянной.
Следует твердо усвоить уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона) в различных формах его записи (рv=RT; рV=mRT; р=RT ), связывающее основные параметра состояния газовой среды: абсолютное давление р , удельный объем v и абсолютную температуру T. Необходимо уяснить различие между понятиями универсальной газовой постоянной R, являющейся абсолютной константой и имеющей численноезначение 8314 Дж/(кмоль К), и удельной газовой постоянной R, величина которой зависит от молекулярной массы каждого конкретного газа и определяется соотношением вида R= R/ .
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 1.3. Газовые смеси.
Понятие о газовой смеси, как о рабочем теле. Способы задания газовых смесей. Средняя молекулярная масса, плотность и объем газовой смеси. Относительный объемный состав газовой смеси.
При изучении темы«газовые смеси» нужно освоить методику расчета параметров смеси, состоящей из отдельных идеальных газов. Обратите внимание на отличие расчетных формул при задании состава смеси массовыми gi и объемнымиri долями. Умение рассчитывать удельную газовую постоянную и теплоемкость смеси позволит при исследовании термодинамических процессов рассматривать смесь как самостоятельный идеальный газ.
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 1.4. Теплоемкость газов и их смесей.
Понятие о количестве теплоты и теплоемкости. Массовая, объемная и киломольная теплоемкость газов. Теплоемкость газа при постоянном объеме и при постоянном давлении. Истинная и средняя теплоемкости. Теплоемкость газовой смеси. Определение количества теплоты, необходимой для нагревания газа.
При рассмотрении теплоемкости следует освоить методику расчета средней теплоемкости и уяснить зависимость теплоемкости газа от вида термодинамического процесса, что находит отражение в уравнении Майера cp-cv=R. Обратите внимание на понятие показатель адиабаты k , который вводится соотношением k = cp/ cv и его численное значение определяется структурой молекулы газа.
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 1.5. Термодинамические процессы.
Термодинамическая система и процессы, протекающие в ней. Внутренняя энергия и работа термодинамической системы. Первый закон (начало) термодинамики. Энтальпия. Определение теплоты, работы и внутренней энергии. Изохорный процесс. Изобарный процесс. Изотермический процесс. Адиабатный процесс. Политропный процесс. Определение параметров состояния в термодинамических процессах.
Первый закон термодинамики – это термодинамическое выражение всеобщего закона сохранения, суть которого заключается в сохранении общего энергетического баланса при взаимопревращении энергии из одного вида в другой.
Для записи аналитического выражения первого закона термодинамики необходимо детально рассмотреть энергетические характеристики термодинамической системы, к числу которых относятся изменение внутренней энергии, изменение энтальпии, количество теплоты, работа деформации (расширения) и располагаемая (полезная) работа. При изучении энергетических характеристик необходимо усвоить различие понятий «функция состояния», к которым относятся внутренняя энергия и энтальпия, и «функция процесса» (теплота и работа). Обратить внимание на факторы, определяющие знак каждой из энергетических характеристик, и знать выражение их через изменение параметров состояния как в дифференциальной, так и в интегральной форме.
Понятие «политропные процессы» представляет собой обобщающую модель всего многообразия термодинамических процессов в идеальных газах, протекающих при постоянном значении теплоемкости. Идентификация процессов осуществляется по показателю политропы n , который определяет связь между параметрами состояния в виде уравнения политропных процессов Pvn=const.
Здесь следует обратить внимание на необычное обстоятельство, выражающееся в возможности изменения численного значения теплоемкости газа в различных политропных процессах во всем диапазоне действительных чисел от - до . В частности это приводит к тому, что при условиях, когда показатель политропы принимает значение в интервале 1 < n < k , теплоемкость любого газа будет иметь отрицательное значение.
Нужно научится анализировать политропные процессы по показателю политропы. Принимая конкретные значения n можно получить академически известные частные случаи газовых процессов: изобарический (n=0), изотермический (n=1), адиабатный (n= k), и изохорический (n=).
При изучении этого раздела необходимо приобрести навыки графического представления и анализа политропных процессов с использованием обобщенной P-v диаграммы, содержащей классические частные случаи газовых процессов
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 1.6. Термодинамика газового потока.
Уравнение неразрывности. Уравнение сохранения энергии. Уравнение Бернулли. Параметры заторможенного потока. Понятие критической точки и критических параметров газа. Температура, давление заторможенного потока. Течение газа в соплах и диффузорах. Скорость истечения газа из сопла. Уравнение расхода газа. Определение секундного расхода газов и параметров заторможенного потока.
Изучение материала необходимо начинать с понятия установившегосятечения газа, записать уравнения неразрывности струи и первогозакона термодинамики для газового потока. Понять сущность критическогосостояния при истечении, связанного с переходом от дозвукового ксверхзвуковому течению, уметь определять вид сопла,рассчитывать скорость истечения и расход газа.
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 1.7. Термодинамические циклы.
Прямые и обратные циклы. Коэффициент полезного действия цикла. Цикл Карно и его термический коэффициент полезного действия. Второй закон (начало) термодинамики. Понятие энтропии. Возрастание энтропии в реальных процессах. Цикл Отто. Особенности цикла Отто. Исследование цикла Отто. Определение параметров цикла Отто. Цикл Дизеля. Особенности цикла Дизеля. Исследование цикла Дизеля. Определение параметров цикла Дизеля. Цикл Брайтона. Особенности цикла Брайтона. Исследование цикла Брайтона.
При знакомстве с циклическими процессами нужно усвоить понятие тепловой машины, как устройства для взаимопревращения теплоты и работы. Обратить внимание на принципиальное различие между прямыми и обратными циклами с точки зрения знака цикловой работы. Уяснить смысл термического коэффициента полезного действия (к.п.д.).
Второй закон термодинамики являясь одним из фундаментальных законов природы дополняет действие первого закона с точки зрения указания направления самопроизвольного протекания процессов. Это закон асимметрии природы, утверждающий, что все процессы развиваются в направлении установления равновесия.
В рамках технической термодинамики обратимых процессов сущность второго закона может быть сведена к двум основным положениям: - от холодного тела к горячему теплота не может переходить самопроизвольно, без затрат механической энергии; - для превращения теплоты в работу в тепловом двигателе обязательно наличие двух тепловых резервуаров, иными словами нельзя практически построить тепловую машину с к.п.д., равным единице (нельзя полностью превратить в работу всю подводимую теплоту).
Нужно детально разобраться в формулах вычислений изменения энтропии в политропных процессах через изменения параметров состояния газа. Научиться графическому анализу термодинамических процессов на T-s диаграмме, которую часто называют тепловой диаграммой по причине того, что величина площади под линией процесса на ней соответствует количеству подводимой или отводимой теплоты в зависимости от знака ds.
Изучая цикл Карно необходимо усвоить, что этот цикл составлен из последовательности дух изотермических и двух адиабатных процессов. Термический к.п.д. этого цикла зависит только от температур тепловых резервуаров t = 1-Tх / Tн . Здесь очень важно обратить внимание на то обстоятельство, что к.п.д. цикла Карно имеет максимально возможное значение для любых циклов в данном интервале температур.
При изучении циклов газотурбинной установки и двигателей внутреннего сгорания нужно усвоить основные упрощающие допущения термодинамического анализа: рабочее тело - идеальный газ с постоянной теплоемкостью, все процессы равновесные и обратимые, процесс сгорания топлива представляется как подвод теплоты от внешних источников. Следует научиться анализировать различные циклы, пользуясь рабочей (P-v), тепловой (T-s) и индикаторной (P-V) диаграммами. Нужно усвоить методику определения термического к.п.д. и цикловой работы каждого из рассматриваемых циклов и возможные способы их повышения.
При анализе циклов ДВС обратите внимание на отличие циклов Отто и Дизеля, связанное с различными условиями подвода теплоты при сгорании топлива. Уясните, что в циклах ДВС повышение степени сжатия является эффективным средством увеличения мощности и экономичности двигателя. Разберитесь с ролью температуры самовоспламенения топлива на ограничения величины степени сжатия.
Вопросы для самоконтроля:
РАЗДЕЛ 2. Теплопередача.
ТЕМА 2.1. Теплопроводность при стационарном режиме.
Основные понятия и определения. Закон теплопроводности Фурье и коэффициент теплопроводности. Определение коэффициента теплопроводности материала. Теплопроводность однослойной и многослойной плоской стенки. Теплопроводность однослойной и многослойной цилиндрической стенки. Теплопроводность однослойной и многослойной сферической (шаровой) стенки. Теплопроводность стенок различной формы.
Приступая к изучению теории теплообмена необходимо усвоить механизм и физическую сущность каждого из способов передачи теплоты: теплопроводность (диффузия тепла), конвективный теплоперенос и излучение (радиационный теплоперенос). Обратите внимание на то, что все они одновременно участвуют в процессе теплопереноса, однако при различных условиях роль и значимость каждого из них может существенно изменяться. Так в неподвижных сплошных телах основным механизмом передачи теплоты является теплопроводность. При движении среды возрастает вклад конвекции, а в условиях разряженных газов и высоких температур приоритет переходит к радиационному механизму переноса теплоты.
При рассмотрении первого способа теплопереноса - теплопроводности, обратите внимание на понятие температурного поля, как совокупности значений температуры для каждой точки исследуемого пространства в соответствующий момент времени. Нужно также уяснить понятия градиента температуры, теплового потока и его плотности.
Изучая основной закон теплопроводности (закон Фурье) обратите внимание на то, что в его записи q =-grad t минус отражает факт противонаправленности векторов плотности теплового потока и температурного градиента. Здесь необходимо получить представления о численных значениях коэффициента теплопроводности для различных материалов, как характеристики их способности проводить теплоту.
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 2.2. Конвективный теплообмен.
Сущность конвективного теплообмена. Факторы, определяющие его интенсивность. Общие положения теории подобия. Применение теории подобия к конвективному теплообмену. Теплоотдача при больших скоростях движения газов.
Основной задачей раздела, посвященного конвективному механизму переноса теплоты движущейся средой (теплоносителем), является изучение методик определения коэффициента теплоотдачи и применения их для практических расчетов. Одной из таких методикявляетсяметодика определения коэффициента теплоотдачи базирующаяся на физическом моделировании и обобщении экспериментальных данных с помощью теории подобия в виде критериальных уравнений теплоотдачи.
Здесь нужно твердо усвоить физический смысл отдельных критериальных чисел подобия, участвующих в описании конвективного переноса теплоты: значением Nu оценивается интенсивность теплоотдачи с поверхности твердого тела в подвижную окружающую среду, критерии Re и Gr характеризуют интенсивность вынужденного и свободного движения теплоносителя, величина Pr показывает соотношение его механических и тепловых свойств.
Необходимо детально освоить процедуру расчета коэффициента теплоотдачи с применением критериальных уравнений теплоотдачи.Рассмотрите теплообмен при вынужденном движении теплоносителя по трубам, а также при его свободной циркуляции. Обратите вниманиена методику получения критериальных уравнений путем обобщения экспериментальных данных по теплоотдаче в подобных условиях.
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 2.3. Лучистый теплообмен.
Основные понятия лучистого теплообмена. Законы теплового излучения. (Планка, Стефана Больцмана, Кирхгофа, Ламберта). Лучистый теплообмен между телами (между плоскими стенками, между двумя произвольно расположенными поверхностями). Излучение газов. Защита от излучения. Определение степени черноты тела методом сравнения.
Прежде всего нужно усвоить принципиальное отличие радиационного механизма переноса теплоты, связанного с электромагнитным излучением, от теплопроводности и конвекции.
Обратите внимание на то, что описание закономерностей радиационного теплопереноса проводится с использованием абсолютной температуры T, К.
Подробно изучите содержание и физическое проявление основных законов излучения. Особое внимание следует уделить закону Стефана-Больцмана, основного с точки зрения инженерного применения ( E = T 4 ). Нужно усвоить, что степень черноты не определяет цвет тела, а характеризует его излучательную способность относительно абсолютно черного тела.
Применение законов теплового излучения нужно рассмотреть на примере теплообмена между параллельными пластинами. Здесь обратите внимание на понятие приведенной степени черноты, как характеристики излучательной способности всей системы тел, участвующих в теплообмене. Изучите вопросы экранирования, как эффективного средства борьбы с тепловым излучением. Выясните, как изменится лучистый тепловой поток при наличии экрана, какую роль при этом имеет его степень черноты.
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 2.4. Сложный теплообмен.
Передача тепла через однослойную и многослойную плоскую стенку. Передача тепла через однослойную и многослойную цилиндрическую стенку. Теплопередача в охлаждаемых турбинных лопатках.
Теплопередача – это процесс переноса теплоты от одной подвижной среды (горячей) к другой (холодной) через разделяющую их твердую стенку. Весь процесс можно условно разделить на три этапа: конвективный теплообмен между горячим теплоносителем и стенкой, теплопроводность через стенку и конвективный теплообмен между стенкой и холодным теплоносителем. Каждый из этих процессов имеет вполне определенное термическое сопротивление. От его суммарной величины будет зависеть количество передаваемого тепла. При изучении темы необходимо получить уравнение теплопередачи. Сформулировать физический смысл коэффициента теплопередачи. Получить зависимости для определения коэффициентов теплопередачи и суммарного термического сопротивления стенок: плоской однослойной и многослойной, цилиндрической однослойной и многослойной. Выяснить изменение суммарного термического сопротивления и тепловых потерь через цилиндрическую стенку при увеличении ее толщины. Показать, как можно использовать понятие критического диаметра при выборе материала изоляции. Выделить основные факторы, определяющие величину коэффициента теплопередачи. Наметить пути интенсификации данного процесса. Привести примеры использования процессатеплопередачи в системах авиационной техники, транспортных машин.
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 2.5. Нестационарная теплопроводность.
Описание процесса. Дифференциальное уравнение теплопроводности.
Нужно понять физический смысл дифференциального уравнения теплопроводности, как варианта выражения первого закона термодинамики, из решения которого при соответствующих начальных и граничных условиях может быть получено температурное поле рассматриваемого объекта. Уясните различие между разными граничными условиями : I рода - задание значения температур на поверхности тела; II рода - задание на границе плотности теплового потока (температурного градиента); III рода -установление линейной зависимости теплового потока от температурного напора на границе в виде закона Ньютона-Рихманаq=(tп–tср). Здесь нужно понять, что коэффициент теплоотдачи моделирует влияние на границу тела окружающей среды и зависит от ее физических свойств и условий движения.
Разберитесь с методикой решения дифференциального уравнения теплопроводности для отыскания стационарных температурных полей в простейших ситуациях плоского и цилиндрического слоев.
Обратите внимание на особенность теплоизоляции цилиндрических тел. Здесь в отличие от плоских поверхностей существует ограничение на выбор материала теплозащитного покрытия, вызванное существованием критического диаметра, при котором тепловые потери достигают максимума.
Расчет нестационарных температурных полей путем решения уравнения теплопроводности связан со значительными трудностями математического характера. Для приобретения навыков приближенной инженерной оценки процессов нагрева или охлаждения тел с маленьким термическим сопротивлением изучите метод регулярного теплового режима.
Вопросы для самоконтроля:
ТЕМА 2.6. Теплообменные аппараты.
Основные определения и схемы теплообменных аппаратов. Расчет теплообменных аппаратов. Определение коэффициента теплопередачи.
Рассмотрите классификацию теплообменных аппаратов по принципу действия: рекуператоры, регенераторы, смесители. Уясните основные принципы работы устройств каждого типа.
Наиболее распространенными являются рекуперативные теплообменники, поэтому при теоретическом анализе теплопередачи можно ограничится рассмотрением только этого типа устройств. Детально разберите методику расчета рекуперативного теплообменника для прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей. Обратите внимание на понятия средне логарифмического и среднеарифметического температурного напора. Научитесь анализировать изменение температур теплоносителей в зависимости от схемы их движения и значения водяных эквивалентов.
Вопросы для самоконтроля:
РАЗДЕЛ 3. Основы теории горения.
ТЕМА 3.1. Основы термохимии.
Понятие о процессе сгорания. Уравнения химических реакций горения. Теоретически необходимое количество кислорода, окислителя и воздуха. Коэффициент избытка окислителя и воздуха. Теплотворность. Определение теплотворности, количества тепла, топлива в ДВС и коэффициента избытка воздуха.
Рассмотрите принцип образования тепла в авиационных двигателях за счет химической энергии горючего. Уясните основные этапы горения: скрытое горение; видимое горения. Четко усвойте уравнения химических реакций горения. Научитесь рассчитывать теоретически необходимое количество кислорода, окислителя и воздуха. Детально разберите понятия топлива, топливо-воздушной смеси, коэффициента избытка воздуха, теплотворности.
Вопросы для самоконтроля:
Требования к выполнению контрольной работы
При выполнении контрольной работы необходимо придерживаться следующих правил:
– к решению задач контрольного задания следует приступать только после изучения соответствующего раздела курса
– задание составлено по вариантной системе. Номер варианта определяется кафедрой;
– условия задач переписывать полностью;
– в процессе решения сначала приводить формулы, затем подставлять в них соответствующие численные значения; размерность приводить только для результата вычисления;
– вычисления проводить только в международной системе СИ;
– решения иллюстрировать схемами и графиками (если требуется по условию);
– оставить поля для замечаний рецензента и 1…2 чистые страницы для работы над ошибками.
– в тексте работы приводить ссылки на использованную литературу, а в конце контрольной работы – список использованной литературы.
Контрольная работа подписывается студентом. Прием контрольных работ на рецензию прекращается за 10 дней до начала лабораторно-экзаменационной сессии. Работы, выполненные по чужому варианту, не рассматриваются.
Задание 1 Газовые смеси и теплоемкости
Дано:
Газовая смесь имеет следующий (1)* процентный состав (2); давление смеси (4) в барах, объем смеси (5), температура смеси (6) в °С.
Требуется определить:
1) (3) состав смеси;
2) газовые постоянные компонентов и смеси;
3) среднюю молекулярную массу смеси через объемные и массовые доли;
4) парциальные давления компонентов через объемные и массовые доли;
5) массу смеси и компонентов;
6) парциальные объемы и плотности компонентов;
7) плотность компонентов и смеси при заданных условиях через объемные и массовые доли;
8) плотности компонентов и смеси при нормальных условиях через объемные и массовые доли;
9) истинные мольную, объемную (для 1 м3) и массовую теплоемкости смеси при р = const и v = const для вышеуказанной температуры смеси;
10) средние мольную, объемную и массовую теплоемкости при р = const и v = const для интервала температур (7);
11) затрату тепла на нагревание (охлаждение) при р = const двух молей, 5 м3 и 7 кг смеси в вышеуказанном интервале температур.
*Примечание: Данные (1), (2), (3) и т.д. взять из таблицы в соответствии с вариантом.
Таблица данных и ответов к контрольному заданию
|
Вариант |
(1) |
(2) |
(3) |
(4) |
(5) |
(6) |
(7) |
Ответы |
|||||||||
|
СО2 |
Н2 |
СО |
N2 |
Н2О |
SO2 |
О2 |
μсм |
Q', кДж |
Q", кДж |
Q'", кДж |
|||||||
|
1 |
Объемный |
10 |
- |
- |
50 |
11 |
- |
29 |
Весовой |
0,95 |
2 |
2000 |
200-1000 |
29,66 |
56380 |
6280 |
6650 |
|
2 |
-«- |
10 |
- |
2 |
80 |
- |
- |
8 |
-«- |
1,0 |
3 |
450 |
300-100 |
29,92 |
12300 |
1370 |
1440 |
|
3 |
-«- |
- |
5 |
15 |
70 |
10 |
- |
- |
-«- |
0,9 |
4 |
500 |
1000-300 |
25,7 |
46100 |
5130 |
6280 |
|
4 |
-«- |
13 |
- |
- |
75 |
6 |
- |
6 |
-«- |
1,05 |
5 |
150 |
600-200 |
29,72 |
26700 |
2980 |
3150 |
|
5 |
-«- |
- |
10 |
30 |
50 |
10 |
- |
- |
-«- |
1,05 |
6 |
200 |
1000-100 |
24,40 |
58200 |
6500 |
8330 |
|
6 |
-«- |
5 |
30 |
10 |
55 |
- |
- |
- |
-«- |
0,85 |
7 |
350 |
900-200 |
21,0 |
44400 |
4950 |
7410 |
|
7 |
-«- |
14 |
- |
- |
77 |
5 |
- |
4 |
-«- |
0,70 |
8 |
400 |
700-500 |
29,90 |
14100 |
1570 |
1650 |
|
8 |
-«- |
- |
5 |
20 |
75 |
- |
- |
- |
-«- |
0,95 |
9 |
100 |
500-200 |
26,70 |
18000 |
2010 |
2380 |
|
9 |
-«- |
- |
- |
- |
60 |
15 |
10 |
15 |
-«- |
1,0 |
10 |
300 |
800-300 |
30,70 |
35000 |
3890 |
4000 |
|
10 |
-«- |
15 |
- |
- |
76 |
4 |
- |
5 |
-«- |
1,05 |
2 |
600 |
600-100 |
30,20 |
33150 |
3710 |
3830 |
|
11 |
-«- |
20 |
- |
10 |
- |
15 |
- |
55 |
-«- |
1,15 |
3 |
700 |
750-250 |
31,90 |
37450 |
4180 |
4100 |
|
12 |
-«- |
16 |
- |
- |
75 |
4 |
- |
4 |
-«- |
1,2 |
4 |
750 |
1000-500 |
30,35 |
36600 |
4080 |
4230 |
|
13 |
-«- |
8 |
5 |
2 |
85 |
- |
- |
- |
-«- |
1,25 |
5 |
700 |
300-1300 |
27,92 |
68800 |
7660 |
8630 |
|
14 |
-«- |
15 |
- |
- |
75 |
5 |
- |
5 |
-«- |
1,05 |
6 |
800 |
600-900 |
30,10 |
21400 |
2460 |
2570 |
|
15 |
-«- |
- |
20 |
10 |
50 |
- |
- |
20 |
-«- |
0,85 |
7 |
1000 |
1000-400 |
23,60 |
38850 |
4330 |
5730 |
|
16 |
Весовой |
18 |
- |
1 |
65 |
- |
16 |
- |
Объемный |
1,2 |
8 |
1200 |
850-350 |
33,16 |
36600 |
4080 |
3860 |
|
17 |
-«- |
- |
15 |
- |
45 |
15 |
- |
25 |
-«- |
1,0 |
9 |
1000 |
350-750 |
9,33 |
24800 |
2770 |
9300 |
|
18 |
-«- |
14 |
- |
- |
76 |
6 |
- |
4 |
-«- |
0,90 |
10 |
2000 |
9000-600 |
28,65 |
21350 |
2380 |
2610 |
|
19 |
-«- |
- |
2 |
25 |
65 |
- |
8 |
- |
-«- |
1,0 |
2 |
450 |
450-300 |
23,04 |
9220 |
1025 |
1400 |
|
20 |
-«- |
- |
10 |
- |
70 |
- |
15 |
5 |
-«- |
1,05 |
3 |
350 |
300-150 |
12,67 |
8960 |
1005 |
2470 |
|
21 |
-«- |
10 |
- |
- |
75 |
5 |
- |
10 |
-«- |
1,05 |
4 |
600 |
800-300 |
28,61 |
33600 |
3740 |
4100 |
|
22 |
-«- |
- |
5 |
10 |
80 |
- |
- |
5 |
-«- |
1,0 |
5 |
550 |
400-800 |
17,04 |
24950 |
2780 |
5150 |
|
23 |
-«- |
17 |
- |
- |
74 |
5 |
- |
4 |
-«- |
0,95 |
6 |
400 |
800-300 |
29.14 |
34600 |
3850 |
4140 |
|
24 |
-«- |
10 |
10 |
20 |
60 |
- |
- |
- |
-«- |
1,15 |
7 |
1000 |
650-150 |
12,37 |
30300 |
3380 |
8560 |
|
25 |
-«- |
- |
2 |
28 |
55 |
15 |
- |
- |
-«- |
0,85 |
8 |
1000 |
150-1200 |
23,82 |
69150 |
7720 |
10150 |
|
26 |
-«- |
15 |
- |
- |
47 |
7 |
- |
31 |
-«- |
1,0 |
9 |
800 |
300-800 |
29,61 |
35000 |
3900 |
4130 |
|
27 |
-«- |
- |
17 |
40 |
13 |
- |
30 |
- |
-«- |
1,0 |
10 |
300 |
1200-1000 |
9,21 |
13500 |
1510 |
5130 |
|
28 |
-«- |
12 |
- |
- |
74 |
5 |
- |
9 |
-«- |
0,90 |
2 |
500 |
400-900 |
28,78 |
34600 |
3860 |
4200 |
|
29 |
-«- |
- |
8 |
15 |
62 |
- |
15 |
- |
-«- |
0,95 |
3 |
1000 |
800-600 |
14,32 |
12750 |
1420 |
3120 |
|
30 |
-«- |
10 |
- |
- |
80 |
5 |
- |
5 |
-«- |
1,0 |
4 |
600 |
600-100 |
28,42 |
31850 |
3560 |
3920 |
Пример решения задания
Дано:
|
СО2= 12%, |
rСО2= 0,12 |
|
N2 = 75%, |
rN2 = 0,75 |
|
Н2О = 8%, |
rН2О = 0,08 |
|
О2 =5%, |
rО2= 0,05 |
|
Всего…..100% |
ri=1,0 |
давление смеси рсм= 1 бар (105 н/м2);.
температура смеси tcм = 100°С (Тсм = 373К).
t1 = 200°С (Т1 = 473К),
t2 = 1000°С (Т2 = 1273К).
Решение.
;
;;;
Определение объемного состава смеси при известном массовом составе:
;;
;
а) через объемные доли:
проверка:
б) через массовые доли:
а) через объемные доли:
б) черезмассовые доли:
(при рсм и Тсм)
а) через объемные доли:
б) через массовые доли:
в) через парциальные плотности компонентов:
а) через объемные доли:
б) через массовые доли:
(Проверка )
а) мольная:
б) объемная
в) массовая
а) мольная:
где ;
Средняя мольная теплоемкость при постоянном давлении в заданном интервале температур:
По закону Майера:
Средняя мольная теплоемкость при постоянном объеме в заданном интервале температур:
б) объемная
в) массовая
Примечание. Средние мольные теплоемкости берутся из таблиц для температур t1 = 200° С и t2 = 1000° С.
а) двух молей смеси:
б) 5м3смеси:
в) 7кг смеси:
Приложения для выполнения контрольной работы:
Таблица1.
Истинная мольная теплоемкоасть различных газов
при p=constμcpкДж/(кмоль∙град)
(по данным М.П. Вукаловича, В.А. Кирилина, В.Н. Тимофеева)
|
t°C |
O2 |
N2 атмосф |
H2 |
CO |
CO2 |
SO2 |
H2O |
Воздух |
|
0 |
29,2783 |
29,0228 |
28,6208 |
29,1275 |
35,8650 |
38,8590 |
33,5033 |
29,0773 |
|
100 |
29,8812 |
29,1066 |
29,1317 |
29,2657 |
40,2116 |
42,4183 |
34,0603 |
29.2699 |
|
200 |
30,8192 |
29,3787 |
29,2448 |
29,6509 |
43,6955 |
45,5589 |
34,9689 |
29,6802 |
|
300 |
31,8368 |
29,8161 |
29,3034 |
30,2581 |
46,5220 |
48,2388 |
36,0409 |
30,2707 |
|
400 |
32,7622 |
30,4717 |
29,3997 |
30,9783 |
48,8669 |
50,2488 |
37,1966 |
30,9532 |
|
500 |
33,5536 |
31,1375 |
29,5630 |
31,7101 |
50,8224 |
51,7143 |
38,4110 |
31,6441 |
|
600 |
34,2068 |
31,7991 |
29,7975 |
32,4052 |
52,4597 |
52,8868 |
39,6672 |
32,3057 |
|
700 |
34,7512 |
32,4146 |
30,1032 |
33,0302 |
53,8332 |
53,7662 |
40,9569 |
32.9045 |
|
800 |
35,2076 |
32,9674 |
30,4758 |
33,5787 |
54,9487 |
54,4362 |
42,2550 |
33,4363 |
|
900 |
35,5877 |
33,4615 |
30,8737 |
34,0603 |
55,9504 |
55,0224 |
43,5196 |
33,9095 |
|
1000 |
35,9195 |
33,8970 |
31,2882 |
34,4748 |
56,7811 |
55.4411 |
44,7298 |
34,3199 |
|
1100 |
36,2210 |
34,2780 |
31,7299 |
34,8307 |
57,4804 |
55,7761 |
45,8645 |
34,6842 |
|
1200 |
36,4931 |
34,6130 |
32,1592 |
35,1448 |
58,0792 |
56,0692 |
46,9198 |
35,0066 |
|
1300 |
36,7569 |
34,9061 |
32,5947 |
35,4170 |
58,5942 |
- |
47,9038 |
35,2955 |
|
1400 |
37,0040 |
35,1615 |
33,0050 |
35,6515 |
59,0381 |
- |
48,5053 |
35,5510 |
|
1500 |
37.2469 |
35,3877 |
33,3987 |
35,8608 |
59,4992 |
- |
49,6458 |
35,7771 |
|
1600 |
37,4856 |
35,5845 |
33,7671 |
36,0451 |
59,7458 |
- |
50,4162 |
35,9823 |
|
1700 |
37,7200 |
35,7645 |
34,1189 |
36,2084 |
60,0305 |
- |
51,1407 |
36,1749 |
|
1800 |
37,9504 |
35,9237 |
34,4497 |
36,3550 |
60,2776 |
- |
51,7897 |
36,3508 |
|
1900 |
38,1807 |
36,0702 |
34,7679 |
36,4848 |
60,4869 |
- |
52,3843 |
36,5141 |
|
2000 |
38,4110 |
36,1958 |
35,0611 |
36,6020 |
60,6628 |
- |
53,4563 |
36,8030 |
|
2100 |
38,6413 |
36,3131 |
35,3374 |
35,7109 |
60,9350 |
- |
53,4563 |
36,8030 |
|
2200 |
38,8632 |
36,4220 |
35,6096 |
36,8072 |
60,9266 |
- |
53,9378 |
36,9328 |
|
2300 |
39,0851 |
36,5183 |
35,8567 |
36,8993 |
61,0146 |
- |
54,3775 |
37,0584 |
|
2400 |
39,2987 |
36,6313 |
36,0953 |
36,9831 |
61,0690 |
- |
54,7879 |
37,1757 |
|
2500 |
39,5081 |
36,6941 |
36,3215 |
36,0584 |
61,0941 |
- |
55,1689 |
37,2846 |
|
2600 |
39,7133 |
- |
36,5350 |
- |
- |
- |
55,5332 |
- |
|
2700 |
39,9142 |
- |
36,7360 |
- |
- |
- |
55,8724 |
- |
|
2800 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
56,1949 |
- |
|
2900 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
56,4964 |
- |
Таблица 2
Средняя мольная теплоемкоасть различных газов
при p=constкДж/(кмоль∙град)
(по данным М.П. Вукаловича, В.А. Кирилина, В.Н. Тимофеева)
|
t°C |
O2 |
N2 атмосф |
H2 |
CO |
CO2 |
SO2 |
H2O |
Воздух |
|
0 |
29,2783 |
29,0228 |
28,6208 |
29,1275 |
35,8650 |
38,8590 |
33,5033 |
29,0773 |
|
100 |
29,5421 |
29,0521 |
28,9391 |
29,1819 |
38,1179 |
40,6596 |
33,7462 |
29,1558 |
|
200 |
29,9357 |
29,1359 |
29,0773 |
29,3076 |
40,0650 |
42,3346 |
34,1231 |
29,3034 |
|
300 |
30,4047 |
29,2908 |
29,1275 |
29,5211 |
41,7609 |
43.8839 |
34,5795 |
29,5253 |
|
400 |
30,8820 |
29,5044 |
29.1903 |
29,7933 |
43,2558 |
45,2239 |
35,0945 |
29,7933 |
|
500 |
31.3385 |
29,7682 |
29,2531 |
30.1032 |
44,5790 |
46.3963 |
35,6437 |
30,0990 |
|
600 |
31,7656 |
30,0487 |
29,3201 |
30,4298 |
45,7599 |
47,3594 |
36,2000 |
30,4088 |
|
700 |
32,1550 |
30,3460 |
29,4122 |
30,7564 |
46,8193 |
48,2388 |
36,7946 |
30,7271 |
|
800 |
32,5067 |
30,6392 |
29,5211 |
31,0746 |
47,7698 |
48,9507 |
37,3976 |
31,0328 |
|
900 |
32,8292 |
30,9281 |
29,6509 |
31,3803 |
48,6240 |
49,6206 |
38,0132 |
31,3259 |
|
1000 |
33,1223 |
31,2003 |
29,7933 |
31,6693 |
49,3987 |
50,1650 |
38,6245 |
31,6023 |
|
1100 |
33,3903 |
31,4599 |
29,9482 |
31,9414 |
50,1064 |
50,6675 |
39,2317 |
31,8661 |
|
1200 |
33,6373 |
31,7111 |
30,1115 |
32,1969 |
50,7471 |
51,0862 |
39,8305 |
32,1131 |
|
1300 |
33,8676 |
31,9456 |
30,2916 |
32,4314 |
51,3291 |
- |
40,4125 |
32,3476 |
|
1400 |
34,0812 |
32,1676 |
30,4717 |
32,6575 |
51,8651 |
- |
40,4820 |
32,5695 |
|
1500 |
34,2864 |
32,3769 |
30,6517 |
37,8627 |
52,3550 |
- |
41,5306 |
32,7789 |
|
1600 |
34,4790 |
32,5695 |
30,8360 |
33,0553 |
52,8073 |
- |
42,0624 |
32,9715 |
Продолжение таблицы 2
|
t°C |
O2 |
N2 атмосф |
H2 |
CO |
CO2 |
SO2 |
H2O |
Воздух |
|
1700 |
34,6632 |
32,7538 |
31,0160 |
33,2357 |
53,2260 |
- |
42,5816 |
33,1558 |
|
1800 |
34,8931 |
32,9213 |
31,1961 |
33,4070 |
53,6112 |
- |
43,0757 |
33,3233 |
|
1900 |
35,0108 |
33,0846 |
31,3761 |
33,5661 |
53,96,72 |
- |
43,5447 |
33,4866 |
|
2000 |
35,1741 |
33,2353 |
31,5520 |
33,7127 |
54,2980 |
- |
44,0011 |
33,6457 |
|
2100 |
35,3332 |
33,3819 |
31,7279 |
33,8551 |
54,6036 |
- |
44,3990 |
33,7923 |
|
2200 |
35,4882 |
33,5201 |
31,8954 |
33,9849 |
54,8884 |
- |
44,8596 |
33,9305 |
|
2300 |
35,6389 |
33,6457 |
32,0629 |
34,1105 |
55,1522 |
- |
45,2616 |
34,0644 |
|
2400 |
35,7897 |
33,6834 |
32,2262 |
34,2278 |
55,3993 |
- |
45,6510 |
34,1901 |
|
2500 |
35,9320 |
33,8802 |
32,3895 |
34,3408 |
55,6254 |
- |
46,0237 |
34,3115 |
|
2600 |
36,0744 |
- |
32,5444 |
- |
- |
- |
46,3880 |
- |
|
2700 |
36,2126 |
- |
32,6952 |
- |
- |
- |
46,7355 |
- |
|
2800 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
47,0663 |
- |
|
2900 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
47,3846 |
- |
Методические указания по выполнению курсовой работы
В процессе самостоятельной работы студент выполняет курсовую работу. Пояснительную записку к этой работе следует выполнять с соблюдением требований Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), писать чернилами или пастой аккуратно и разборчиво (разрешается печатный вариант, шрифт TimtsNewRoman, №14). Страницы должны быть пронумерованы и иметь поля для замечаний рецензента. Графическая часть работ выполняется также согласно ЕСКД, пастой или карандашом, на миллиметровой бумаге в мелкую клетку. Численные значения параметров, а также результаты расчётов надо давать в соответствие требованиям системы СИ. Необходимо иметь в виду, что деятельность инженера – механика по технической эксплуатации авиадвигателей базируется, в основном, на анализе получаемой информации и принятии соответствующих решений. Поэтому при выполнении курсовой работы необходимо подробное обоснование выбранных коэффициентов, используемых в расчётах, с учётом имеющегося опыта эксплуатации и перспектив развития авиационной техники.
Требования к выполнению курсовой работы
При выполнении курсовой работы необходимо придерживаться следующих правил:
– в процессе выполнения курсовой работы сначала приводить формулы, затем подставлять в них соответствующие численные значения; размерность приводить только для результата вычисления;
– вычисления проводить только в международной системе СИ;
– решения иллюстрировать схемами и графиками (если требуется по условию);
– оставить поля для замечаний рецензента и 1…2 чистые страницы для работы над ошибками.
– в тексте работы приводить ссылки на использованную литературу, а в конце курсовой работы – список использованной литературы.
Курсовая работа подписывается студентом. Прием курсовых работ на рецензию прекращается за 10 дней до начала лабораторно-экзаменационной сессии. Работы, выполненные по чужому варианту, не рассматриваются.
1. Цель и задачи курсовой работы.
Цель курсовой работы – закрепить теоретические знания, полученные при изучении курса и научить курсанта самостоятельно рассчитывать и анализировать термодинамические процессы в элементах двигателей и системах летательных аппаратов; производить анализ идеальных циклов авиационных двигателей; рассчитывать одномерные газовые потоки в элементах двигателей; производить анализ теплового состояния этих элементов и влияния на него различных факторов; уметь оценивать эффективность методов тепловой защиты элементов двигателя; оценивать эффективность теплообменных аппаратов и систем охлаждения.
2. Задание, объем и защита курсовой работы.
Задание на курсовую работу выдается отдельно каждому курсанту в начале семестра по вариантам согласно приведенной ниже методике.
Общий объем работы по курсовому проекту составляет 10 часов.
Выполненная курсовая работа подписывается курсантом и руководителем. Зачет по курсовой работе принимает руководитель (преподаватель кафедры ТЭВСиД).
При защите курсовой работы нужно кратко изложить содержание выполненных расчетов и обосновать принятые основные решения.
3. Методика выполнения курсовой работы.
При изучении учебной дисциплины «Термодинамика и теплопередача» курсанты выполняют курсовую работу, состоящую из двух частей:
Целью первой части курсовой работы является приобретение навыков и умений в определении:
Целью второй части курсовой работы является приобретение навыков и умений в определении:
Для реализации поставленной задачи во второй части курсовой работы для цикла Брайтона с регенерацией тепла курсантам предлагается выполнить расчёт теплообменного аппарата.
3.1.Указания по определению варианта задания.
К выбору варианта задания и исходных данных для выполнения курсовых работ.
Пример: Студент Иванов И.И., шифр БТП200092. Из табл. 1 следует, что первой букве фамилии «И» соответствует число А=9. Две последние цифры шифра образуют число В=92, то есть С=92+9=101. Таким образом, вариант задания – 01.
Таблица 1
|
А |
Б |
В |
Г |
Д |
Е |
Ж |
З |
И |
К |
Л |
М |
Н |
О |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
П |
Р |
С |
Т |
У |
Ф |
Х |
Ц |
Ч |
Ш |
Щ |
Э |
Ю |
Я |
|
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
В соответствии с вариантом задания из табл. 2 выписываются исходные данные для выполнения курсовой работы:
Таблица 2
|
Вариант задания |
π |
Δ |
Степень регенерацииσр |
|
01, 99 |
15 |
6,0 |
0,60 |
|
02, 98 |
14 |
5,8 |
0,61 |
|
03, 97 |
13 |
5,6 |
0,62 |
|
04, 96 |
12 |
5,4 |
0,63 |
|
05, 95 |
11 |
5,2 |
0,64 |
|
06, 94 |
10 |
5,0 |
0,65 |
|
07, 93 |
9 |
4,8 |
0,66 |
|
08, 92 |
8 |
4,8 |
0,67 |
|
09, 91 |
7 |
5,0 |
0,68 |
|
10, 90 |
6 |
5,2 |
0,69 |
|
11, 89 |
5 |
5,4 |
0,70 |
|
12, 88 |
6 |
5,6 |
0,71 |
|
13. 87 |
7 |
5,8 |
0,72 |
|
14, 86 |
8 |
6,0 |
0,73 |
|
15, 85 |
9 |
5,8 |
0,74 |
|
16, 84 |
10 |
5,6 |
0,75 |
|
17, 83 |
11 |
5,8 |
0,74 |
|
18, 82 |
12 |
6,0 |
0,73 |
|
19, 81 |
13 |
6,0 |
0,72 |
|
20, 80 |
14 |
6,2 |
0,71 |
|
21, 79 |
15 |
6,4 |
0,70 |
|
22, 78 |
14 |
6,4 |
0,69 |
|
23, 77 |
13 |
6,2 |
0,68 |
|
24, 76 |
12 |
5,8 |
0,67 |
|
25, 75 |
11 |
6,0 |
0,66 |
|
26, 74 |
10 |
5,8 |
0,65 |
|
27, 73 |
9 |
5,6 |
0,64 |
|
28, 72 |
8 |
5,4 |
0,63 |
|
29, 71 |
7 |
5,6 |
0,62 |
|
30, 70 |
6 |
5,8 |
0,61 |
|
31, 69 |
5 |
6,0 |
0,60 |
|
32, 68 |
6 |
5,6 |
0,61 |
|
33, 67 |
7 |
5,2 |
0,62 |
|
34, 66 |
8 |
5,8 |
0,63 |
|
35, 65 |
9 |
6,0 |
0,64 |
|
36, 64 |
10 |
6,2 |
0,65 |
|
37, 63 |
11 |
6,4 |
0,66 |
|
38, 62 |
12 |
6,6 |
0,67 |
|
39, 61 |
13 |
6,4 |
0,68 |
|
40, 60 |
14 |
6,2 |
0,69 |
|
41, 59 |
15 |
6,0 |
0,70 |
|
42, 58 |
14 |
5,8 |
0,71 |
|
43, 57 |
13 |
5,6 |
0,72 |
|
44, 56 |
12 |
5,4 |
0,73 |
|
45, 55 |
11 |
5,2 |
0,74 |
|
46, 54 |
10 |
5,0 |
0,75 |
|
47, 53 |
9 |
4,8 |
0,74 |
|
48, 52 |
8 |
5,4 |
0,73 |
|
49, 51 |
7 |
5,6 |
0,72 |
|
50, 00 |
6 |
5,8 |
0,71 |
3.2. Порядок выполнения первой части курсовой работы
3.2.1. Расчёт параметров состояния в контрольных точках цикла Брайтона без регенерации тепла (рис.1)
Рис.1. Изображение цикла Брайтона в p-v координатах
Точка 1.Параметры:p1, v1 – заданы условием. Применяя уравнения состояния определяется Т1.
Точка 2. Давление р2=р1, где – степень повышения давления из задания, р1=101325 – начальное давление; температура – , где к =1.4 – показатель адиабаты для воздуха; удельный объём – ; плотность – .
Точка 3. р3=р2; ; ;
Точка 4. р4=р1; ;
3.2.2. Расчёт энергетических показателей термодинамических процессов цикла Брайтона без регенерации тепла
Процесс 1 – 2.
) – изменение внутренней энергии рабочего тела, Дж/кг;
- деформационная работа, Дж/кг;
- техническая работа, Дж/кг;
- изменение теплосодержания рабочего тела, Дж/кг;
- удельная теплоемкость при постоянном давлении;
q12=0 – количество теплоты, участвующее в процессе;
изменение энтропии рабочего тела.
Процесс 2 – 3.
Процесс 3 – 4.
Процесс 4 – 1.
R=287 - газовая постоянная для сухого воздуха; в=28.966 - масса одного киломоля воздуха.
3.2.3. Расчёт энергетических показателей цикла Брайтона без регенерации тепла:
а) - удельная работа сжатия, Дж/кг;
б) - удельная работа расширения, Дж/кг;
в) - работа цикла (свободная энергия на выходе из тепловой машины), Дж/кг;:
г) - количество тепла, подведенное к 1 кг рабочего тела в цикле, Дж/кг;
д) - количество тепла, отводимое от рабочего тела в окружающую среду, Дж/кг;
е) - полезно использованное тепло в цикле, Дж/кг.
а) - термический КПД цикла Брайтона;
б) - термический КПД цикла Карно. Цикл Карно, состоящий из двух адиабатных и двух изотермических процессов (рис.2) и совершаемый в диапазоне температур Т1 – Т3, является базовым для любого термодинамического цикла;
в) - совершенство заданного термодинамического цикла Брайтона.
Рис.2. Цикл Карно в p,v координатах
«1 – 2» - адиабатический процесс сжатия;
«2 – 3» - изотермический процесс расширения – подвод теплоты к рабочему телу q1;
«3 – 4» - адиабатический процесс расширения;
«4 – 1» - изотермический процесс сжатия – отвод теплоты от рабочего тела q2.
3.2.5. Расчёт параметров состояния рабочего тела на входе и выходе из теплообменного аппарата:
а) холодный теплоноситель:
Вход (точка 2): р2=р1; ; ; ;
Выход (точка 2та):
б) горячий теплоноситель
Вход (точка 4): v4=v1; ; ;
Выход (точка 4та):
Рис.3. Цикл Брайтона с регенерацией тепла.
3.2.6. Количество теплоты, полученное холодным теплоносителем в теплообменном аппарате:
.
3.2.7. Экономия топлива (в процентах) при использовании регенерации тепла составляет:
.
3.2.8. Совершенство термодинамического цикла Брайтона с регенерацией тепла:
а) ; б) ;
в) г) .
3.2.9. Оценка возможности использования регенерации тепла в цикле Брайтона
а) Определяется максимальное значение степени повышения давления из условия (Т4Т2): .
б) Задаваясь двумя-тремя значениями в диапазоне от заддо тах, производится расчёт цикла Брайтона с регенерацией тепла для построения графика . На графике находим значение опт при экономии топлива не менее 10…15 %.
3.3. Порядок выполнения второй части курсовой работы
Исходными данными для решения задачи являются:
1. Параметры состояния на входе в теплообменный аппарат холодного
(Т2, р2, v2, 2) и горячего (Т4, р4, v4, 4) теплоносителей.
2. Параметры состояния на выходе из теплообменного аппарата холодного (Т2та, р2та, v2та, 2та) и горячего (Т4та, р4та, v4та, 4та) теплоносителей.
Значения всех параметров состояния берутся из первой части контрольной работы при расчете цикла Брайтона с регенерацией тепла при оптимальном значении опт.
3. Массовый расход холодного и горячего теплоносителей Gхол=Gгор, кг/с.
4. Форма канала – равносторонний треугольник со стороной l1 для холодного теплоносителя и l2 для горячего теплоносителя.
5. Скорость течения холодного с1 и горячего с2 теплоносителей, м/с.
Значения исходных данных, перечисленных в п.3,4,5, берутся из табл. 3.
3.3.1. При расчете цикла Брайтона с заданной степенью регенерации р становятся известными параметры состояния холодного (точка «2» или точка «к» и точка «2та» или точка «кта») и горячего (точка «4» или точка «т» и точка «4та» или точка «тта») теплоносителей на входе и выходе из теплообменного аппарата.
3.3.2. Далее рассчитываются:
а) определяющая температура для горячего (Топ1) и холодного (Топ2) теплоносителей (для расчёта критериев подобия):
Топ1=0,5(Т4+Т4 та), Топ2=0,5(Т2+Т2 та);
б) плотность горячего и холодного теплоносителей при данных температурах из уравнения состояния
;
в) площадь проходного сечения потока для теплоносителей из уравнения расхода
где G– массовый расход холодного и горячего теплоносителей, кг/с;
с1 – средняя скорость движения холодного теплоносителя по каналам теплообменного аппарата, м/с;
с2 – средняя скорость движения горячего теплоносителя по каналам теплообменного аппарата, м/с;
г) необходимое количество каналов для теплоносителей
где Fкан1, Fкан2 – соответствующие площади поперечного сечения каналов. Для равностороннего треугольника со стороной L1 илиL2 имеем:
;
д) по значению температуры Топ1 (или Топ2) с помощью табл. 5 находятся коэффициенты теплопроводности 1 (или 2) и динамической вязкости 1 (или 2) теплоносителей методом линейной интерполяции;
е) эквивалентный гидравлический диаметр канала для горячего и холодного теплоносителей:
где Пкан1, Пкан2 – соответствующие периметры каналов;
ж) число Рейнольдса;
Таблица 3
|
Вариант |
G, кг/с |
L1, мм |
L2, мм |
C1, м/с |
C2, м/с |
|
01, 99 |
20 |
2,0 |
2,0 |
15 |
25 |
|
02, 98 |
19 |
2,5 |
2,5 |
16 |
24 |
|
03, 97 |
18 |
3,0 |
3,0 |
17 |
23 |
|
04, 96 |
17 |
3,5 |
3,5 |
18 |
25 |
|
05, 95 |
15 |
4,0 |
4,0 |
19 |
24 |
|
06, 94 |
14 |
5,0 |
5,0 |
20 |
30 |
|
07, 93 |
13 |
2,0 |
2,0 |
21 |
29 |
|
08, 92 |
12 |
2,5 |
2,5 |
22 |
28 |
|
09, 91 |
11 |
3,0 |
3,0 |
23 |
27 |
|
10, 90 |
10 |
3,5 |
3,5 |
24 |
26 |
|
11, 89 |
20 |
4,0 |
4,0 |
25 |
25 |
|
12, 88 |
19 |
5,0 |
5,0 |
25 |
15 |
|
13. 87 |
18 |
2,0 |
2,0 |
26 |
14 |
|
14, 86 |
17 |
2,5 |
2,5 |
27 |
13 |
|
15, 85 |
15 |
3,0 |
3,0 |
28 |
15 |
|
16, 84 |
14 |
3,5 |
3,5 |
29 |
14 |
|
17, 83 |
13 |
4,0 |
4,0 |
20 |
10 |
|
18, 82 |
12 |
5,0 |
5,0 |
11 |
29 |
|
19, 81 |
11 |
2,0 |
2,0 |
12 |
28 |
|
20, 80 |
10 |
2,5 |
2,5 |
13 |
27 |
|
21, 79 |
20 |
3,0 |
3,0 |
14 |
26 |
|
22, 78 |
19 |
3,5 |
3,5 |
15 |
25 |
|
23, 77 |
18 |
4,0 |
4,0 |
25 |
18 |
|
24, 76 |
17 |
5,0 |
5,0 |
26 |
14 |
|
25, 75 |
15 |
2,0 |
2,0 |
27 |
13 |
|
26, 74 |
14 |
2,5 |
2,5 |
18 |
15 |
|
27, 73 |
13 |
3,0 |
3,0 |
19 |
14 |
|
28, 72 |
12 |
3,5 |
3,5 |
20 |
10 |
|
29, 71 |
11 |
4,0 |
4,0 |
21 |
19 |
|
30, 70 |
10 |
5,0 |
5,0 |
12 |
28 |
|
31, 69 |
20 |
2,0 |
2,0 |
13 |
27 |
|
32, 68 |
19 |
2,5 |
2,5 |
14 |
26 |
|
33, 67 |
18 |
3,0 |
3,0 |
15 |
29 |
|
34, 66 |
17 |
3,5 |
3,5 |
15 |
15 |
|
35, 65 |
15 |
4,0 |
4,0 |
16 |
14 |
|
36, 64 |
14 |
5,0 |
5,0 |
27 |
13 |
|
37, 63 |
13 |
2,0 |
2,0 |
18 |
15 |
|
38, 62 |
12 |
2,5 |
2,5 |
19 |
14 |
|
39, 61 |
11 |
3,0 |
3,0 |
20 |
20 |
|
40, 60 |
10 |
3,5 |
3,5 |
11 |
29 |
|
41, 59 |
20 |
4,0 |
4,0 |
12 |
28 |
|
42, 58 |
19 |
5,0 |
5,0 |
13 |
29 |
|
43, 57 |
18 |
2,0 |
2,0 |
14 |
26 |
|
44, 56 |
17 |
2,5 |
2,5 |
15 |
23 |
|
45, 55 |
15 |
3,0 |
3,0 |
35 |
15 |
|
46, 54 |
14 |
3,5 |
3,5 |
36 |
14 |
|
47, 53 |
13 |
4,0 |
4,0 |
37 |
13 |
|
48, 52 |
12 |
5,0 |
5,0 |
38 |
15 |
|
49, 51 |
11 |
2,0 |
2,0 |
39 |
14 |
|
50, 00 |
10 |
2,5 |
2,5 |
30 |
10 |
з) число Нуссельта из критериальных уравнений в зависимости от характера движения теплоносителей:
Re2000 – ламинарный,
2000<Re104 – переходный,
Re>104 – турбулентный,
и) коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке канала (1) и от стенки к холодному теплоносителю (2):
;
к) коэффициент теплопередачи:
;
л) количество теплоты, переданное воздуху в теплообменном аппарате:
;
м) средний температурный напор в теплообменном аппарате, работающем по схеме противотока, определяется формулой:
;
н) потребная площадь теплообмена:
;
о) потребная длина каналов для теплоносителей
;
п) ширина теплообменного аппарата
;
р) принимая ширину теплообменного аппарата равнойВ=0.5…0.6 м, находим потребное количество рядов каналов для теплоносителей
с) высота теплообменного аппарата
.
3.3.3. Определяются потери полного давления по газовой и воздушной сторонам теплообменного аппарата:
а) при ламинарном движении теплоносителя
где - коэффициент сопротивления трения находится по формуле:
б) при турбулентном движении теплоносителя
где - коэффициент сопротивления трения находится по формуле: .
КоэффициентА зависит от формы сечения; численные значения А приведены в табл. 4.
Таблица 4
Значения эквивалентного диаметра и коэффициента А
для различных сечений канала
|
Форма сечения |
dэкв |
А |
|
Круг диаметром d |
D |
64 |
|
Квадрат со стороной а |
А |
57 |
|
Равносторонний треугольник со стороной а |
0,58а |
53 |
|
Кольцо шириной а |
2а |
96 |
|
Прямоугольник со стороной а и bпри: a/b=0 a/b=0,25 a/b=0,5 |
2a 1,6a 1,3a |
96 73 62 |
|
Эллипс а – малая и b – большая полуось при: A/b=0,3 a/b=0,5 a/b=0,7 |
1,4а 1,3а 1,17а |
73 68 65 |
Приложения
Приложение 2
Физические параметры сухого воздуха при давлении 760 мм рт.ст.
|
Т, К |
T, oC |
, Кг/м3 |
Ср, кДж/кг·К |
λ·102, Вт/м·К |
а·105, м2/с |
μ·106, Н·с/м2 |
ν·106, м2/с |
Pr |
|
273 |
0 |
1.293 |
1.0036 |
2.44 |
1.881 |
17.17 |
13.28 |
0.707 |
|
283 |
10 |
1.247 |
1.0039 |
2.51 |
2.006 |
17.66 |
14.16 |
0.705 |
|
293 |
20 |
1.205 |
1.0042 |
2.59 |
2.142 |
18.15 |
15.06 |
0.703 |
|
303 |
30 |
1.165 |
1.0045 |
2.67 |
2.286 |
18.64 |
16.00 |
0.701 |
|
313 |
40 |
1.128 |
1.0048 |
2.76 |
2.431 |
19.13 |
16.96 |
0.699 |
|
323 |
50 |
1.093 |
1.0052 |
2.83 |
2.572 |
19.62 |
17.95 |
0.698 |
|
333 |
60 |
1.060 |
1.0055 |
2.90 |
2.720 |
20.11 |
18.97 |
0.696 |
|
343 |
70 |
1.029 |
1.0058 |
2.97 |
2.856 |
20.60 |
20.02 |
0.694 |
|
353 |
80 |
1.000 |
1.0061 |
3.05 |
3.020 |
21.09 |
21.09 |
0.692 |
|
363 |
90 |
0.972 |
1.0079 |
3.13 |
3.189 |
21.48 |
22.10 |
0.690 |
|
373 |
100 |
0.946 |
1.0098 |
3.21 |
3.364 |
21.88 |
23.13 |
0.688 |
|
393 |
120 |
0.898 |
1.0135 |
3.34 |
3.684 |
22.86 |
25.45 |
0.686 |
|
413 |
140 |
0.854 |
1.0172 |
3.49 |
4.034 |
23.74 |
27.80 |
0.684 |
|
433 |
160 |
0.815 |
1.0209 |
3.64 |
4.389 |
24.52 |
30.09 |
0.682 |
|
453 |
180 |
0.779 |
1.0246 |
3.78 |
4.750 |
25.31 |
32.49 |
0.681 |
|
473 |
200 |
0.776 |
1.0283 |
3.93 |
5.136 |
26.00 |
34.85 |
0.680 |
|
523 |
250 |
0.674 |
1.0300 |
4.27 |
6.100 |
27.37 |
40.61 |
0.677 |
|
573 |
300 |
0.615 |
1.0317 |
4.61 |
7.156 |
29.72 |
48.33 |
0.674 |
|
623 |
350 |
0.566 |
1.0335 |
4.91 |
8.187 |
31.39 |
55.46 |
0.676 |
|
673 |
400 |
0.524 |
1.0352 |
5.21 |
9.312 |
33.06 |
63.09 |
0.678 |
|
773 |
500 |
0.456 |
1.0387 |
5.74 |
11.53 |
36.20 |
79.38 |
0.687 |
|
873 |
600 |
0.404 |
1.0496 |
6.22 |
13.83 |
39.14 |
96.89 |
0.699 |
|
973 |
700 |
0.362 |
1.0605 |
6.71 |
16.34 |
41.79 |
115.4 |
0.796 |
|
1073 |
800 |
0.329 |
1.0710 |
7.18 |
18.88 |
44.34 |
134.8 |
0.713 |
|
1173 |
900 |
0.301 |
1.0815 |
7.63 |
21.62 |
46.70 |
155.1 |
0.717 |
|
1273 |
1000 |
0.277 |
1.0907 |
8.07 |
24.59 |
49.05 |
177.1 |
0.719 |
|
1373 |
1100 |
0.257 |
1.0999 |
8.50 |
27.63 |
51.21 |
193.3 |
0.722 |
|
1473 |
1200 |
0.239 |
1.1082 |
9.15 |
31.65 |
53.46 |
223.7 |
0.724 |
Литература:
Приложение
ДЕПАРТАМЕНТ ПО АВИАЦИИ
МИНИСТЕРСТВА ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВЫСШИЙ АВИАЦИОННЫЙ КОЛЛЕДЖ
|
УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой _______________Э.К. Бересневич «______»______________201 г. |
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование
Курсанту ______________________________________________________________
1. Тема курсовой работы:
2.Исходные данные к курсовой работе:
для первой части курсовой работы:
для второй части курсовой работы:
1. Параметры состояния на входе в теплообменный аппарат холодного
(Т2, р2, v2, 2) и горячего (Т4, р4, v4, 4) теплоносителей.
2. Параметры состояния на выходе из теплообменного аппарата холодного и горячего теплоносителей.
3. Массовый расход холодного и горячего теплоносителей Gхол=Gгор, кг/с.
4. Форма канала – равносторонний треугольник со стороной l1 для холодного теплоносителя и l2 для горячего теплоносителя.
5. Скорость течения холодного с1 и горячего с2 теплоносителей, м/с.
Величины исходных данных для выполнения курсовой работы определяются согласно методических указаний на выполнение курсовой работы.
3. Содержание пояснительной записки (перечень вопросов, подлежащих разработке):
В первой части курсовой работы определение:
Во второй части курсовой работы определение:
4. Перечень графических материалов: построение в масштабе графика цикла Брайтона, зависимости экономии топлива от степени повышения давления воздуха в двигателе.
5. Консультанты по курсовой работе: Бересневич Эдуард Казимирович.
6. Дата выдачи задания:____________________________________________________
7. Срок сдачи курсантом законченной курсовой работы: «____»_________ 20 г.
Руководитель _______________________________________
(подпись)
Задание принял к исполнению___________________________________________
(дата и подпись курсанта)
Приложение
ДЕПАРТАМЕНТ ПО АВИАЦИИ
МИНИСТЕРСТВА ТРАНСПОРТА И КОММУНИКАЦИЙ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВЫСШИЙ АВИАЦИОННЫЙ КОЛЛЕДЖ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Термодинамика и теплопередача»
ТЕМА:
Студента группы __________
Быченка Владимира Сергеевича
Шифр( № студенческого билета) ________
Вариант ______
Выполнил _____________ А. Т. Петров
Проверил_____________ Э.К. Бересневич
Минск 2012
С о де р ж а н и е
|
1. |
Введение ……………………………………………………………………… |
3 |
|
2. |
Общие методические указания ……………………………………………... |
4 |
|
3. |
Программа теоретического курса …………………………………………… |
5 |
|
4. |
Требования к выполнению контрольной работы ………………………… |
17 |
|
5. |
Методические указания по выполнению курсовой работы …… |
27 |
|
6. |
Приложения ………………………………………………………………… |
38 |
|
7. |
Литература …………………………………………………………………… |
40 |