Газовый цикл тепловых двигателей и установок

2. Варианты заданий [4]

В приведенных ниже вариантах заданий на курсовую работу рассматривается газовые циклы тепловых двигателей.

Основное допущение для термодинамического расчета газового цикла теплового двигателя: рабочим телом является атмосферный воздух не изменяющейся массой .

Известные параметры воздуха при нормальных условиях: ; ; . Задается цикл в координатах , без учета масштаба.

Требуется:

1. Определить параметры p, v, T, u, i для основных точек цикла.

2. Найти: n, , , , , для каждого процесса, входящего в состав цикла.

3. Определить работу цикла , термический к.п.д. цикла и индикаторное давление.

4. Полученные данные поместить в сводные таблицы.

5. Построить цикл в координатах и , соблюдая масштаб построения. Каждый процесс должен быть построен по двум-трем промежуточным точкам. При выполнении задания следует обратить внимание на физический смысл величин и их размерности.

Рис.2.1 Вариант 1 Рис.2.2 Вариант 2 Рис.2.3 Вариант 3

Рис.2.4 Вариант 4 Рис.2.5 Вариант 5 Рис.2.6 Вариант 6

Рис.2.7 Вариант 7 Рис.2.8 Вариант 8 Рис.2.9 Вариант 9

Рис.2.10 Вариант 10 Рис.2.11 Вариант 11 Рис.2.12 Вариант 12

Рис.2.13 Вариант 13 Рис.2.14 Вариант 14 Рис.2.15 Вариант 15

Рис.2.16 Вариант 16 Рис.2.17 Вариант 17 Рис.2.18 Вариант 18

Рис.2.19 Вариант 19 Рис.2.20 Вариант 20 Рис.2.21 Вариант 21

Рис.2.22 Вариант 22 Рис.2.23 Вариант 23 Рис.2.24 Вариант 24

Рис.2.25 Вариант 25 Рис.2.26 Вариант 26 Рис.2.27 Вариант 27

Рис.2.28 Вариант 28 Рис.2.29 Вариант 29 Рис.2.30 Вариант 30

3. Пример выполнения расчетов в курсовой работе

3.1 Исходные данные для расчета

Вариант задания №12

Рис. 3.1 Рабочая диаграмма процесса

Цикл состоит из четырех процессов:

1 – 2 адиабатный процесс;

2 – 3 изотермический процесс;

3 – 4 адиабатный процесс;

4 – 1 изобарный процесс;

Исходными данными для расчета являются следующие значения термодинамических параметров в точках:

p1=4 атм; p2=16 атм; p3=6 атм; t1=100°C. Теплоемкости процессов: ; . Удельная газовая постоянная воздуха .

3.2Порядок выполнения расчетов

Переведем единицы измерения в систему СИ:

1 атм » 98 кПа;

p1 = 4 атм = 3,92×105 Па;

p2 = 16 атм = 15,68×105 Па;

p3 = 6 атм = 5,88×105 Па;

Т1 = 373 К.

3.3 Определяем параметры состояния p, v, T, u, i для основных точек цикла:

Для точки 1 дано.

Из уравнения Клапейрона следует, что

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре :

Для точки 2 дано.

Для определения используем уравнение адиабаты рvk = const, откуда

Из соотношения найдем

Для определения температуры используем уравнение состояния в виде :

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре

Для точки 3 дано p3 = 5,88×105 Па, Т3 = Т2 = 563 К.

Из уравнения Клапейрона следует, что

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре :

Для точки 4 дано p1 = p4 = 3,92×105 Па.

Для определения используем уравнение адиабаты , откуда

где , откуда

Для определения используем уравнение состояния:

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре :

3.4 Определение параметров p, v, T, u, i для дополнительных точек цикла:

Для точки 1' дано Определим .

Для определения используем уравнение pvk = const:

, где .

Откуда .

Для определения температуры используем уравнение состояния , откуда:

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре :

Для точки 1'' дано

Для определения используем уравнение рvk = const, из которого:

где . Откуда

Для определения температуры используем уравнение состояния:

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре :

Для точки 2' дано

Из уравнения Клапейрона следует, что

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре :

Для точки 2'' дано .

Из уравнения Клапейрона следует, что

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре

Для точки 3' дано .

Для определения используем уравнение рvk = const, согласно которому

, где

откуда .

Для определения температуры используем уравнение состояния, из которого

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре :

Для точки 4' дано , при температуре

определим .

Для определения используем уравнение состояния:

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре :

Для точки 4'' дано , при температуре определим Для определения используем уравнение состояния:

Находим внутреннюю энергию и энтальпию при температуре :

3.5 Для каждого процесса, входящего в состав цикла, найдем n, c, Du, Di, Ds, q, l.

Определим перечисленные величины:

Для адиабатного процесса 1-2 при ;

так как для адиабаты

dq = 0, то c = 0;

Адиабатный процесс протекает без теплообмена с окружающей средой, поэтому q = 0.

Работу процесса определим из уравнения первого закона термодинамики: так как

то ;

Для изотермического процесса 2-3 при Т = const показатель политpопы .

Теплоемкость , так как для изотермы dТ = 0, то ;

Удельное количество теплоты, участвующее в изотермическом процессе, равно: при изотермическом процессе работа численно равна количеству теплоты:

Для адиабатного процесса 3-4 пpи ; , так как для адиабаты dq = 0, то c = 0;

Адиабатный процесс протекает без теплообмена с окружающей средой, поэтому q = 0.

Работу процесса определим из уравнения первого закона термодинамики:

так как то .

Для изобарического процесса 4-1 при n = 0 и теплоемкости

Для адиабатного процесса 1-1' при ;

, так как для адиабаты dq = 0, то c = 0;

Адиабатный процесс протекает без теплообмена с окружающей средой, поэтому q = 0.

Работу процесса определим из уравнения первого закона термодинамики: так как то .

Для адиабатного процесса 1'-1'' при ;

, так как для адиабаты dq = 0, то c = 0;

Адиабатный процесс протекает без теплообмена с окружающей средой, поэтому q = 0.

Работу процесса определим из уравнения первого закона термодинамики: так как то .

Для изотермического процесса 2-2' при Т = const показатель политропы .

Теплоемкость , так как для изотермы dТ = 0, то ;

Удельное количество теплоты, участвующее в изотермическом процессе, равно:

при изотермическом процессе работа численно равна количеству теплоты

Для изотермического процесса 2'-2'' при Т = const показатель политропы .

Теплоемкость , так как для изотермы dТ = 0, то ;

Удельное количество теплоты, участвующее в изотермическом процессе, равно:

при изотермическом процессе работа численно равна количеству теплоты

Для адиабатного процесса 3-3' при ;

, так как для адиабаты dq = 0, то c = 0;

Адиабатный процесс протекает без теплообмена с окружающей средой, поэтому q = 0.

Работу процесса определим из уравнения первого закона термодинамики:

так как то

Для изобарического процесса 4-4' при n = 0 и теплоемкости

Для изобарического процесса 4'-4'' при n = 0 и теплоемкости

3.6 Определяем работу цикла lц, qц, термический к.п.д. ht, а так же среднее индикаторное давление pi:

Таблица 3.1. Термодинамические параметры процесса в точках

	*p, кПа*	v, м3/кг	*Т, К*	u, кДж/кг	i, кДж/кг
1	392	0,273	373	246,83	374,86
2	1568	0,103	563	399,73	565,82
3	588	0,275	563	399,73	565,82
4	392	0,365	499	354,29	501,5

Таблица 3.2. Термодинамические параметры процесса в дополнительных точках

	*p, кПа*	v, м3/кг	*Т, К*	u, кДж/кг	i, кДж/кг
1'	490	0,233	398	282,58	399,99
1''	980	0,143	488	346,48	490,44
2'	860	0,188	563	399,73	565,82
2''	702,5	0,230	563	399,73	565,82
3'	490	0,313	534	379,14	536,67
4'	392	0,329	450	319,5	452,25
4''	392	0,293	400	284	402

Таблица 3.3. Изменение термодинамических параметров процесса в основных точках

Процессы	n	Du, кДж/кг	Di, кДж/кг	Ds, кДж/кг×К	q, кДж/кг	l, кДж/кг
1-2	1,42	152,90	190,96	0,00	0,00	-152,90
2-3	1	0,00	0,00	0,3	158,77	158,77
3-4	1,42	-45,44	-64,32	0,00	0,00	45,44
4-1	0	-107,46	-126,64	-0,3	-126,63	-19,17
		SDu=0	SDi=0	SDs=0	SDq=32,14	SDl=32,14

Таблица 3.4. Изменение термодинамических параметров процесса в дополнительных точках

Процессы	n	Du, кДж/кг	Di, кДж/кг	Ds, кДж/кг×К	q, кДж/кг	l, кДж/кг
1-1'	1,42	35,75	25,13	0,00	0,00	-35,75
1'-1''	1,42	63,9	90,45	0,00	0,00	-63,9
2-2'	1	0,00	0,00	0,17	95,71	95,71
2'-2''	1	0,00	0,00	0,057	32,091	32,091
3-3'	1,42	-20,59	-29,15	0,00	0,00	20,59
4-4'	0,00	-34,79	-49,25	-0,104	-49,24	-14,45
4'-4''	0,00	-35,50	-50,25	-0,118	-50,25	-14,75

Рис. 3.2 Рабочая диаграмма процесса

Рис. 3.3 Тепловая диаграмма процесса

4. Порядок оформления курсовой работы

Курсовая работа должна содержать следующие разделы:

Титульный лист (см. приложение А.)

Содержание (перечень разделов и подразделов работы)

Основные сокращения и обозначения (выносят обозначения и сокращения, встречающиеся в работе более трех раз).

Введение (кратко определяется суть курсовой работы и ее место в учебном процессе).

1. Теоретическая часть (привести теоретические основы расчетов термодинамических параметров рассматриваемого цикла, привести теоретические определения и зависимости).

2. Расчетная часть (последовательно и подробно произвести расчеты, связанные с определением числовых значений параметров состояния, характеризующие рассматриваемый цикл, количество теплоты и работы).

3. Графическая часть (используя графические редакторы отобразить рассматриваемый цикл в рабочей () и тепловой () диаграммах с отображением расчетных точек и их значений).

Заключение (результаты и вывод по курсовой работе).

Библиография (перечень используемых литературных источников, на которые необходима ссылка в процессе выполнения курсовой работы).

Библиография

1. Б.Я. Бендерский. Техническая термодинамика и теплопередача. Курс лекций с краткими библиографиями ученых. – Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. – 264 с.

2. Юдаев. Б.Н. Техническая термодинамика. – М.: Высшая школа, 1988. – 479 с.

3. Теплотехника. Учебник для вузов. / Под. Ред. В.Н. Луканина. – М.: ВШ, 2000. – 671 с.

4. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче / Под. pед. Юдаева Б.H. М: Высшая школа, 1968 - 346 с.

Приложение. А. Пример оформления титульного листа

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ижевский государственный технический университет

Газовый цикл

Курсовая работа

«Газовый цикл тепловых двигателей и установок»

Вариант №12