- •Термодинаміка, теплопередача і теплосилові установки.
- •1. Основні вихідні поняття та визначення термодинаміки.
- •2.2 Робоче тіло і термодинамічна система.
- •Основні положення розрахунків суміші ідеальних газів.
- •2. Перший закон термодинаміки.
- •2.1. Внутрішня енергія робочого тіла.
- •2.3. Робота зміни об’єму.
- •2.4. Перший закон термодинаміки.
- •2.6. Ентропія.
- •3. Термодинамічні процеси ідеальних газів
- •3.1. Аналіз рівноважного ізохорного термодинамічного процесу.
- •3.2. Аналіз ізобарного термодинамічного процесу.
- •3.3. Аналіз ізотермічного термодинамічного процесу.
- •3.4. Аналіз адіабатного процесу.
- •3.5. Аналіз політропного процесу.
- •4.1. Оборотні і необоротні термодинамічні процеси.
- •4.2 Прямі і обернені термодинамічні цикли.
- •4.3 Цикл Карно. Теорема Карно.
- •4.4. Другий закон термодинаміки.
- •4.5. Ентропія як теплова характеристика циклу.
- •4.6. Зміна ентропії ізольованої термодинамічної системи.
- •5.1 Поняття стаціонарної і одновимірної течії
- •5.2 Основні рівняння течії газу.
- •1. Рівняння суцільності руху
- •2. Рівняння першого закону термодинаміки для течії або рівняння енергії.
- •5.3. Наявна та технічна роботи течії
- •5.4. Ізоентропійна течія газу
- •5.5. Витікання газу із резервуару необмеженого об’єму
- •5.6.Витікання газу через комбіновані сопла.
- •5.7. Дроселювання
- •6. Стискування газу в компресорі
- •6.1 Призначення, класифікація і сфера застосування компресорів
- •6.2 Термодинамічний аналіз роботи одноступеневого компресора.
- •6.3 Багатоступінчасте стикування газу в компресорі.
- •6.4 Потужність та ккд компресора.
- •7. Цикли двигунів внутрішнього згорання.
- •7.1 Призначення, класифікація і сфера застосування циклів двз.
- •7.2 Аналіз циклу двз із змішаним підведенням теплоти.
- •7.3 Аналіз циклу двз з підведенням теплоти по ізобарі.
- •7.4 Аналіз циклу двз з підведенням теплоти по ізохорі
- •7.5 Порівняння циклів двз
- •8. Цикли газотурбінних двигунів (гтд)
- •8.1 Призначення, класифікація і сфера застосування циклів гтд
- •8.2. Аналіз циклу гтд з підведенням теплоти по ізобарі.
- •8.3 Аналіз циклу гтд з підведенням теплоти по ізохорі (цикл Хемфрі)
- •8.4. Регенерація теплоти як метод підвищення термічного ккд циклів гтд
- •1. Теплопровідність.
- •1.1 Температурне поле, градієнт температури, тепловий потік.
- •1.2 Закон Фур’є
- •1.3 Теплопровідність плоскої стінки
- •1.4. Теплопровідність циліндричної стінки.
- •1.4. Теплопровідність циліндричної стінки.
- •2.1 Природна і вимушена конвекція
- •2.2 Рівняння тепловіддачі Ньютона-Ріхмана.
- •2.3 Диференціальні рівняння теплообміну.
- •2.4 Основи теорії подібності
- •2.5 Критерії подібності конвективного теплообміну
- •2.6 Умови подібності процесів конвективного теплообміну
- •2.7 Тепловіддача (конвекція) при природному русі теплоносія в необмеженому об’ємі.
- •2.8 Тепловіддача при турбулентному русі теплоносія в трубі
- •2.9 Тепловіддача при поперечному обтіканні труби та жмутків труб
- •2.10 Інтенсифікація процесів конвективного теплообміну
- •3. Теплообмін випромінюванням.
- •3.1. Основні визначення променистого теплообміну.
- •3.2 Основні закони випромінювання чорних і сірих тіл
- •3.3 Променистий теплообмін між сірими тілами.
- •4 Теплопередача
- •4.1 Основне рівняння теплопередачі. Коефіцієнт теплопередачі
- •4.2 Теплопередача через плоску одношарову і багатошарову стінки.
- •4.3 Передача теплоти через циліндричну одношарову і багатошарову стінки
- •4.4 Інтенсифікація процесів теплопередачі
- •4.5 Теплова ізоляція
- •5 Теплообмінні апарати.
- •5.1 Призначення класифікація і область використання теплообмінних апаратів
- •5.2 Основи теплового розрахунку теплообмінників
6.3 Багатоступінчасте стикування газу в компресорі.
П ри стискуванні газу його температура завжди зростає оскільки тому .
1 циліндр + 1 пром.холодильник = ступінь
Охолодження в проміжному холодильнику відбувається до початкової температури . Двоступінчасте стискування дозволяє уникнути високої температури на виході з компресора і зменшити величину технічної роботи на площу заштрихо-ваної зони.
Оптимальний проміжний тиск вибирається з умови мінімізації технічної роботи. для цілого компресора тоді . Де - кількість ступенів компресора. . В такому випадку або . Відповідно . При політропному стискуванні , . – масова продуктивність компресора .
В проміжному холодильнику відбувається ізобарне охолодження при якому в кожному з проміжних холодильників кількість відведеної теплоти рівна . .
6.4 Потужність та ккд компресора.
Потужність компресора визначається як , . Може бути задана об’ємна витрата або за нормальних умов або за вхідних умов . Тоді масова витрата визначається за рівнянням стану. Коефіцієнт корисної дії визначається .
Для компресорів з сорочкою охолодження (ізотермічне стискування) = 0,4 – 0,65
Для компресорів без сорочки охолодження = 0,7 – 0,93.
І це не дивлячись на те що технічна робота при ізотермічному стиску менша. А таке положення є через те що для ізотермічного процесу необоротність більша ніж для адіабатного.
7. Цикли двигунів внутрішнього згорання.
7.1 Призначення, класифікація і сфера застосування циклів двз.
Машина в якої в робочому органі (циліндрі) відбувається згорання робочого тіла та перетворення теплової енергії в механічну називається ДВЗ.
Застосовуються для перетворення енергії теплової в механічну роботу.
Класифікація циклів ДВЗ: за процесом підведення теплоти до робочого тіла є наступні цикли
– з підведенням теплоти по ізобарі;
– з підведенням теплоти по ізохорі;
– зі змішаним підведенням теплоти.
Двигуни діляться на двигуни з зовнішнім сумішоутворенням і двигуни з внутрішнім сумішеутворенням в яких робоча суміш утворюється безпосередньо в циліндрі.
7.2 Аналіз циклу двз із змішаним підведенням теплоти.
Б ув запропонований в 1904 р. російський інженером з прізвищем Трінклер і незалежно від Трінклера одночасно такий самий двигун запропонували німець Зайлігер і француз Сабате. Тому в літературі даний цикл може називатися як цикл зі змішаним підведенням теплоти і цикл ТрінклераЗайлігера-Сабате. До речі сучасні двигуни з внутрішнім сумішоутворенням „Дизелі” працюють за цим циклом. Яка особливість цього двигуна: має циліндр і поршень який виконує зворотно-поступальний рух. Особливістю є що у цього двигуна крім камери згорання є ще передкамера. В передкамеру вставлена форсунка через яку за допомогою паливного насоса в передкамеру впорскується паливо. Циліндр заповнюється повітрям, в кінці стискування його температура сягає 600-650 0С. Коли поршень знаходиться в ВМТ впорскується паливо в передкамеру заповнену гарячим повітрям і відбувається його самозаймання. Воно згорає в умовах сталого замкнутого об’єму, різко збільшується його тиск і температура (виділяється певна теплота). Решта палива яке ще не згоріло різко викидається в камеру згорання де догорає. Але поршень був в ВМТ і коли тиск почав зростати то поршень почав переміщуватися направо. Тому решта палива згорає при сталому тиску. Перша частина палива зростає при сталому об’ємі а друга при сталому тиску тому і цикл називається зі змішаним підведенням теплоти.
При розгляді циклів приймається певна ідеалізація: 1. РТ – ідеальний газ. 2. Цикл здійснюється при незмінній кількості РТ в циліндрі. 3. Процеси згоряння палива та викидання продуктів згоряння замінюється процесами підведення та відведення теплоти від повітря відповідно. 4. Процеси стиску і розширення приймається адіабатним. 5. Теплоємність робочого тіла та показник адіабати не залежить від температури.
З врахуванням цієї ідеалізації цикл реально складається з процесів:
1 -2 адіабатне стиснення (реально стискується чисте повітря); 2-3’ – ізохорний процес підвищення тиску – процес згоряння палива при постійному об’ємі (до РТ з зовнішнього середовища підводиться теплота ); 3’-3 – ізобарне розширення - згоряння палива при сталому тиску (підводиться теплота....); ізобарне розширення переходить в 3-4 – адіабатне розширення; 4-1 – ізохорне зменшення тиску – реально викид РТ але в діаграмі показано що РТ не покидає циліндр.
Для термодинамічного аналізу циклу користуються так званими характеристиками циклу. Частіше всього використовуються наступні параметри:
- міра стискування; - міра підвищення тиску в даному циклі вона більша 1 але є цикли в яких вона =1; - міра попереднього розширення аналогічно є цикли.....
При розгляді циклу ви повинні уміти маючи вище наведені характеристики циклу і параметри РТ в т.1 визначати параметри в інших точках циклу. Розглянемо ці залежності.
Параметри в т.2. Розглянемо процес 1-2. Це процес адіабатного стиснення
; ; .
Дальше розглянемо процес 2-3’ – ізохорне підведення теплоти
; ; .
Розглянемо процес 3’-3 – процес ізобарного підведення теплоти
; ; .
Процес 3-4 – адіабатне розширення РТ.
де . ; ; ; .
Таким чином я показав як маючи параметри стану РТ в точці 1 і характеристики циклу можна знайти параметри стані в інших точках циклу. Питання. Тепер перейдемо до термічного коефіцієнту корисної дії циклу. Згідно 2 закону термодинаміки термічний ККД циклу є Підведена теплота де в процесі 2-3’ ізохорного підведення теплоти до РТ а в ізобарному процесі . Відведена теплота вона приймається за абсолютним значенням в формулу ККД і для того щоб теплота була зі знаком плюс ми поміняли місцями температури. Тут приймаються істинні теплоємності оскільки сказали що теплоємності не залежать від температури тому і істинні.
Тоді Приймається що відношення теплоємностей є показник адіабати, а замість всіх температур підставляються вище наведені залежності через початкову температуру і характеристики циклу.
Т ермічний ККД характеризує ефективність перетворення підведеної теплоти в корисну роботу. Як бачимо що для даного циклу .
Що треба зробити, щоб збільшити термічний ККД циклу зі змішаним підведенням теплоти.
Розглянемо залежність від даних параметрів.
Для даного циклу щоб збільшити термічний ККД необхідно збільшити міру підвищення тиску , збільшити міру стиску яка для сучасних форсованих двигунів становить і 22 і 24 та зменшити міру попереднього розширення . Показник адіабати бажано збільшувати але вплинути на нього практично неможливо.
та від 1,2