- •Т.П. Чепикова
- •I программа, методические указания
- •Часть 1. Техническая термодинамика
- •Тема 1. Основные понятия и определения
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 2. Первый закон термодинамики
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 3. Второй закон термодинамики
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 4. Термодинамические процессы
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 5. Влажный воздух
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 7. Термодинамический анализ процессов в компрессорах
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 8. Циклы двигателей внутреннего сгорания. Циклы газотурбинных установок
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 9. Циклы холодильных машин, теплового насоса
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Часть 2. Теория тепло- и массообмена
- •Тема 1. Основные понятия и определения
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 2. Распространение теплоты теплопроводностью
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 3. Конвективный теплообмен
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 4. Теплообмен излучением
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 5. Сложный теплообмен. Теплообменные аппараты
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Часть 3. Энергетические и экологические проблемы использования теплоты
- •Тема 1. Теплоснабжение предприятий промышленности
- •Методические указания
- •Вопросы для самопроверки
- •Содержание курсовой работы
- •II. 1 Теоретические основы расчета и анализа циклов
- •Определение характеристик газовой смеси
- •2.2 Определение характеристик цикла
- •2.2.1 Цикл Карно теплового двигателя
- •2.2.2 Цикл двс со смешанным подводом теплоты (цикл Сабатэ - Тринклера)
- •2.2.3 Цикл двс с изохорным подводом теплоты (цикл Отто)
- •2.2.4 Цикл двс с изобарным подводом теплоты (цикл Дизеля)
- •2.2.5 Цикл гту с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Брайтона)
- •2.2.6 Цикл гту с регенерацией теплоты
- •3 Определение цикловой работы
- •4 Определение изменения в процессах внутренней энергии, энтальпии и энтропии
- •5 Изображение цикла в p,V- и t,s – диаграммах
- •6 Упрощенный пример расчета газового цикла гту с изобарным подводом теплоты
- •6.1. Исходные данные
- •6.3 Определяем значение показателя адиабаты для данного рабочего тела
- •6.4 Составляем таблицу параметров характерных точек цикла.
- •6.5 Удельная работа цикла по общей формуле
- •7 Оформление курсовой работы
- •Литература
- •Курсовая работа
- •Варианты заданий для кр по теплотехнике «Расчет и анализ газового цикла» (1 часть кр)
Определение характеристик газовой смеси
а) расчет следует начинать с определения молекулярной массы смеси по формулам
или , (2.1.1.)
где - молекулярная масса смеси,- молекулярная массаi –того компонента смеси, gi – массовая доля i –того компонента смеси, ri – объемная доля i –того компонента смеси, n – количество компонентов в газовой смеси.
Далее рассчитывается газовая постоянная смеси Rсм:
; ;, (2.1.2.)
где 8314 – универсальная газовая постоянная (постоянная Менделеева).
б) удельную теплоемкость смеси при постоянном давлении срсм определить по уравнению
, (2.1.3.)
а удельную теплоемкость при постоянном объеме сvсм - по уравнению
.
Значения удельных теплоемкостей каждого из компонентов смеси при постоянном давлении сpi и постоянном объеме сvi рассчитываются по уравнениям
; , (2.1.4.)
где Ri – газовая постоянная компонента; k – показатель адиабаты.
в) показатель адиабаты для смеси может быть подсчитан по уравнению
. (2.1.5.)
2.2 Определение характеристик цикла
Расчет ТД-параметров состояния в характерных точках цикла проводится по анализу каждого ТД-процесса, приведенного в [1, 2 и др.]. Найденные ТД-параметры состояния характерных точек цикла необходимо внести в таблицу 1.
Таблица 1 - Сводная таблица ТД-параметров
Обозначение точки |
Давление р, Па |
Удельный объем v, м3/кг |
Температура Т, К |
а |
|
|
|
b |
|
|
|
c |
|
|
|
….. |
|
|
|
2.2.1 Цикл Карно теплового двигателя
Цикл Карно обеспечивает самый высокий термический КПД () в заданном температурном интервале. Он состоит их двух изотерм и двух адиабат (рис.1).
Рис. 1 Цикл Карно теплового двигателя в p,v- и T,s – диаграммах
Поскольку подвод и отвод теплоты в прямом цикле Карно осуществляется по изотермам 1-2и3-4, то имеем следующие уравнения дляи(все формулы здесь и далее приведены для 1кг рабочего тела, в случае, если масса рабочего тела отлична от 1кг, ее необходимо учитывать):
;
или
;.
Для адиабат 2-3и4-1можно записать:
;,
отсюда .
Для любого цикла, совершаемого рабочим телом массой 1 кг, термический КПД определяется по формуле
. (2.2.1)
Для цикла Карно теплового двигателя после подстановки значенийив формулу (2.2.1) и необходимых сокращений получим
.
Среднее давление цикла Карно определяется по уравнению
,
где pmax=p1.
2.2.2 Цикл двс со смешанным подводом теплоты (цикл Сабатэ - Тринклера)
Подача топлива в таком цикле осуществляется так, что одна его часть будет сгорать при постоянном объеме, а другая при постоянном давлении (рис.2).
Рис. 2 Цикл Сабатэ-Тринклера в p,v- иT,s– диаграммах
Точка а на этих диаграммах соответствует положению поршня в нижней мертвой точке (н.м.т.).
Характеризующими этот цикл величинами являются:
1) степень сжатия - отношение удельного объема газа в начале сжатияк удельному объему в конце сжатия:
;
2) степень повышения давления - отношение давления в конце подвода теплотык давлению в начале подвода теплоты:
;
3) степень предварительного расширения -отношение удельного объема газа в конце подвода теплотык удельному объему в начале подвода теплоты:
.
Для вывода формулы цикла со смешанным подводом теплоты воспользуемся общим уравнением для этого коэффициента
;
т.к.
,
то
, (2.2.2)
где - значение удельной теплоты, подводимой к газу по изохоре;- значение удельной теплоты, подводимой к газу по изобаре. Тогда
;
.
Удельная теплота , отводимая по изохоре, вычисляется по формуле
.
Подставив значения ,,в формулу (2.2.2) и выполнив преобразования, получим:
. (2.2.3)
Определим температуры в характерных точках цикла через начальную температуру .
Температура из соотношения параметров в адиабатном процессе
,.
Из соотношения параметров в изохорном процессе найдем температуру
;.
Температуру найдем как конечную температуру изобарного процесса:
;.
Температуру найдем из соотношения параметров в адиабатном процессе
, т.к., то.
После преобразований
,
окончательно получим
.
Полученные значения ,,иподставим в формулу (2.2.3) и после сокращения на температуру, и выноса в знаменатель из скобок, получим:
.
Среднее давления цикла со смешанным подводом теплоты определяется по зависимости
.