Часть 2 Термодинамический цикл
Цель работы: анализ термодинамических циклов тепловых двигателей и определение основных параметров циклов.
Исходные данные
Задан произвольный цикл, состоящий из четырех последовательно осуществляемых процессов (таблица 6); рабочее тело – 1 кг сухого воздуха; теплоемкость Сp = 1,025 кДж/кгК, газовая постоянная R = 0,287 кДж/кгК.
Определить:
Параметры p,v и T для основных точек цикла (точек пересечения процессов).
Показатель политропы n, теплоемкость c, изменения внутренней энергии u, энтальпии i, энтропии s, количество теплоты q, работу L, располагаемую работу L0 для каждого термодинамического процесса.
Количество теплоты q1, подведенное за цикл, и q2, отведенное за цикл, работу цикла Lц, располагаемую работу цикла L0ц, термический к.п.д. цикла t .
Результаты расчетов представить в виде расчетных формул и таблицы 7.
Таблица 7
-
Про
цесс
n
с, кДж/кгК
u,
кДж/кг
i
кДж/кг
s,
кДж/кгК
q,
кДж/кг
L,
кДж/кг
L0,
кДж/кг
1-2
2-3
3-4
4-1
Таблица 1
-
№
задачи
1
2
3
4
5
СO2
H2
СO
N2
H2O
SO2
O2
1
12
-
-
75
8
-
5
0,95
2
2000
200-1000
2
10
-
2
80
-
-
8
1,0
3
450
300-1000
3
-
5
15
70
10
-
-
0,9
4
500
100-300
4
13
-
-
75
6
-
6
1,05
5
150
600-200
5
-
10
30
50
10
-
-
1,05
6
200
1000-100
6
5
30
10
55
-
-
-
0,85
7
350
900-200
7
14
-
-
77
5
-
4
0,7
8
400
700-500
8
-
5
20
75
-
-
-
0,95
9
100
500-200
9
-
-
-
60
15
10
15
1,0
10
300
800-300
10
15
-
-
76
4
-
5
1,05
2
600
600-100
11
18
-
1
65
-
16
-
1,2
8
1200
850-350
12
-
15
-
45
15
-
25
1,0
9
1000
350-750
13
14
-
-
76
6
-
4
0,9
10
2000
900-600
14
-
2
25
65
-
8
-
1,0
2
450
450-300
15
-
10
-
70
-
15
5
1,05
3
350
300-150
16
10
-
-
75
5
-
10
1,05
4
600
800-300
17
12
-
-
74
5
-
8
0,9
2
500
400-900
18
17
-
-
74
5
-
4
0,95
6
400
800-300
19
10
10
20
60
-
-
-
1,15
7
1000
650-150
20
-
2
28
55
-
15
-
0,85
8
1000
150-1200
21
15
-
-
47
7
-
31
1,0
9
800
300-800
22
-
17
40
13
-
30
-
1,0
10
300
1200-1000
23
12
-
-
74
5
-
8
0,9
2
500
400-900
В задачах №1-10 заданы объемные, в остальных задачах – массовые доли компонентов.
Таблица 6
№ задачи |
Заданные параметры в основных точках (p – в МПа, v – в м3/кг, Т – в К) |
Тип процесса и показатель политропы | ||||||
|
|
|
| |||||
1 |
p2=0,1 |
Т2=338 |
Т3=273 |
Т4=433 |
n = 1,3 |
изобар. |
адиабат. |
изохор. |
2 |
p1=0,8 |
v1=0,12 |
p2=2,0 |
p3=1,2 |
адиабат. |
изотерм. |
адиабат. |
изохор. |
3 |
p1=1,3 |
T1=573 |
p2=0,5 |
Т3=290 |
изотерм. |
адиабат. |
изотерм. |
адиабат. |
4 |
p1=0,2 |
v1=0,45 |
p2=1,2 |
Т3=573 |
адиабат. |
изохор. |
адиабат. |
изобар. |
5 |
p1=0,1 |
T1=273 |
p2=0,5 |
T3=473 |
n = 1,3 |
изобар. |
n =1,3 |
изобар. |
6 |
p1=0,09 |
T1=303 |
p2=0,4 |
Т3=473 |
n = 1,2 |
изобар. |
n = 1,2 |
изохор. |
7 |
p1=0,16 |
v1=0,5 |
Т2=423 |
p3=2,5 |
n = 1,2 |
изохор. |
n = 1,2 |
изобар. |
8 |
p1=0,18 |
Т1=303 |
v2=0,1 |
p3=0,3 |
n = 1,1 |
изотерм. |
n = 1,1 |
изохор. |
9 |
p1 =0,3 |
v1=0,3 |
p2=2,0 |
Т3=573 |
n = 1,3 |
изобар. |
n = 1,3 |
изобар. |
10 |
p1=2,0 |
Т1=473 |
Т2=623 |
v3=0,12 |
изобар. |
адиабат. |
изохор. |
изотерм. |
11 |
p1=0,2 |
Т1=323 |
p2=2,0 |
Т3=473 |
изотерм. |
изобар. |
изотерм. |
изобар. |
12 |
p1=0,4 |
Т1=373 |
p2=1,6 |
p3=0,6 |
адиабат. |
изотерм. |
адиабат. |
изобар. |
13 |
p1=0,3 |
Т1=300 |
p2=0,8 |
Т3=473 |
изотерм. |
изохор. |
изотерм. |
изохор. |
14 |
p1=1,2 |
Т1=373 |
p2=3,0 |
Т3=473 |
изотерм. |
изобар. |
изотерм. |
изобар. |
15 |
p1=5,0 |
Т1=573 |
p2=1,8 |
v3=0,2 |
изотерм. |
адиабат. |
изохор. |
адиабат. |
16 |
p1=0,7 |
v1=0,12 |
p1=2,0 |
Т3=473 |
адиабат. |
изобар. |
адиабат. |
изотерм. |
17 |
p1=0,3 |
Т1=303 |
p2=0,6 |
Т3=523 |
адиабат. |
изохор. |
адиабат. |
изотерм. |
18 |
p1=0,12 |
v1=0,7 |
v2=0,2 |
Т3=423 |
изотерм. |
изобар. |
изотерм. |
изобар. |
19 |
p1=0,4 |
v1=0,3 |
p2=1,0 |
Т3=573 |
изотерм. |
изобар. |
адиабат. |
изобар. |
20 |
p1=0,7 |
Т1=473 |
Т2=573 |
v3=0,4 |
изобар. |
изотерм. |
изохор. |
адиабат. |
21 |
p1=0,3 |
Т1=298 |
p2=1,0 |
Т3=573 |
адиабат. |
изобар. |
изотерм. |
изобар. |
22 |
p1=0,3 |
v1=0,3 |
p2=1,0 |
T3=473 |
адиабат. |
изохор. |
изотерм. |
изобар. |
23 |
p1=1,0 |
Т1=523 |
Т2=573 |
p3=0,6 |
изобар. |
адиабат. |
изобар. |
изохор. |
Таблица 2. Физические постоянные некоторых газов
Газ |
Химическая формула |
Масса 1кмоль, кг/кмоль |
Газовая постоянная R, Дж/кг град |
Плотность газа при н.у., кг/м3 |
Кислород |
О2 |
32 |
259,8 |
1,429 |
Водород |
Н2 |
2,016 |
4124,3 |
0,09 |
Азот |
N2 |
28,02 |
296,8 |
1,25 |
Окись углерода |
СО |
28 |
296,8 |
1,25 |
Воздух |
- |
28,96 |
287 |
1,293 |
Углекислый газ |
СО2 |
44 |
189,9 |
1,977 |
Водяной пар |
Н2О |
18,016 |
461,6 |
0,804 |
Гелий |
Не |
4,003 |
2077,2 |
0,178 |
Аммиак |
NН3 |
17,031 |
488,2 |
0,771 |
Таблица 3. Истинная молярная теплоемкость различных газов
при р=const (μсp , кДж/ кмоль К)
T, С |
О2 |
N2 (атм.) |
Н2 |
СО |
СО2 |
SO2 |
Н2О |
Воздух |
0 |
29,278 |
29,022 |
28,621 |
29,127 |
35,865 |
38,859 |
33,503 |
29,077 |
100 |
29,881 |
29,106 |
29,131 |
29,265 |
40,211 |
42,418 |
34,060 |
29,269 |
200 |
30,819 |
29,378 |
29,244 |
29,650 |
43,695 |
45,558 |
34,968 |
29,680 |
300 |
31,836 |
29,816 |
29,303 |
30,258 |
46,522 |
48,238 |
36,040 |
30,270 |
400 |
32,762 |
30,471 |
29,399 |
30,978 |
48,866 |
50,248 |
37,196 |
30,953 |
500 |
33,553 |
31,137 |
29,563 |
31,711 |
50,822 |
51,714 |
38,411 |
31,644 |
600 |
34,206 |
31,799 |
29,797 |
32,406 |
52,459 |
52,886 |
39,667 |
32,305 |
700 |
34,751 |
32,414 |
30,103 |
33,030 |
53,833 |
53,766 |
40,956 |
32,904 |
800 |
35,207 |
32,967 |
30,475 |
33,578 |
54,984 |
54,436 |
42,255 |
33,436 |
900 |
35,558 |
33,461 |
30,873 |
34,060 |
55,960 |
55,022 |
43,519 |
33,907 |
1000 |
35,919 |
33,897 |
31,288 |
34,474 |
56,781 |
55,441 |
44,729 |
34,319 |
1100 |
36,221 |
34,278 |
31,727 |
34,830 |
57,480 |
55,776 |
45,864 |
34,684 |
1200 |
36,493 |
34,613 |
32,159 |
35,144 |
58,079 |
56,069 |
46,919 |
35,006 |
1300 |
36,756 |
34,906 |
32,594 |
35,417 |
58,594 |
- |
47,903 |
35,295 |
1400 |
37,004 |
35,161 |
33,005 |
35,651 |
59,038 |
- |
48,808 |
35,551 |
1500 |
37,246 |
35,387 |
33,398 |
35,860 |
59,499 |
- |
49,645 |
35,777 |
1600 |
37,485 |
35,584 |
33,767 |
36,045 |
59,745 |
- |
50,416 |
35,982 |
1700 |
37,720 |
35,764 |
34,118 |
36,208 |
60,030 |
- |
51,140 |
36,174 |
1800 |
37,950 |
35,923 |
34,449 |
36,355 |
60,277 |
- |
51,789 |
36,350 |
1900 |
38,180 |
36,070 |
34,767 |
36,484 |
60,486 |
- |
52,384 |
36,514 |
2000 |
38,411 |
37,195 |
35,061 |
36,602 |
60,662 |
- |
52,937 |
36,660 |
2100 |
38,641 |
36,313 |
35,337 |
36,710 |
60,935 |
- |
53,456 |
36,803 |
2200 |
38,863 |
36,422 |
35,609 |
36,807 |
60,926 |
- |
53,937 |
36,932 |
2300 |
39,085 |
36,518 |
35,856 |
36,899 |
61,014 |
- |
54,377 |
37,058 |
2400 |
39,298 |
36,631 |
36,095 |
36,983 |
61,069 |
- |
54,787 |
37,175 |
2500 |
39,508 |
36,694 |
36,321 |
36,058 |
61,094 |
- |
55,168 |
37,284 |
Таблица 4. Средняя молярная теплоемкость различных газов
при р = const (μсp , кДж/ кмоль К)
T, С |
О2 |
N2 (атм.) |
Н2 |
СО |
СО2 |
SO2 |
Н2О |
Воздух |
0 |
29,278 |
29,022 |
28,621 |
29,127 |
35,865 |
38,859 |
33,503 |
29,077 |
100 |
29,542 |
29,052 |
28,939 |
29,181 |
38,117 |
40,659 |
33,746 |
29,156 |
200 |
29,935 |
29,135 |
29,077 |
29,307 |
40,065 |
42,334 |
34,123 |
29,303 |
300 |
30,404 |
29,290 |
29,127 |
29,521 |
41,760 |
43,883 |
34,579 |
29,525 |
400 |
30,882 |
29,504 |
29,109 |
29,793 |
43,255 |
45,223 |
35,094 |
29,793 |
500 |
31,338 |
29,768 |
29,253 |
30,103 |
44,579 |
46,396 |
35,634 |
30,099 |
600 |
31,765 |
30,048 |
29,320 |
30,429 |
45,759 |
47,359 |
36,200 |
30,408 |
700 |
32,155 |
30,346 |
29,412 |
30,756 |
46,819 |
48,238 |
36,794 |
30,727 |
800 |
32,506 |
30,639 |
29,521 |
31,074 |
47,769 |
48,950 |
37,397 |
31,032 |
900 |
32,829 |
30,928 |
29,650 |
31,380 |
48,624 |
49,620 |
38,013 |
31,325 |
1000 |
33,122 |
31,200 |
29,793 |
31,669 |
49,398 |
50,165 |
38,624 |
31,602 |
1100 |
33,390 |
31,459 |
29,948 |
31,941 |
50,106 |
50,667 |
39,231 |
31,866 |
1200 |
33,637 |
31,711 |
30,111 |
32,196 |
50,747 |
51,086 |
39,830 |
32,113 |
1300 |
33,867 |
31,945 |
30,291 |
32,431 |
51,329 |
- |
40,412 |
32,347 |
1400 |
34,081 |
32,167 |
30,471 |
32,657 |
51,865 |
- |
40,482 |
32,569 |
1500 |
34,286 |
32,376 |
30,651 |
32,862 |
52,355 |
- |
41,530 |
32,778 |
1600 |
34,479 |
32,569 |
30,836 |
33,055 |
52,807 |
- |
42,062 |
32,971 |
1700 |
34,663 |
32,753 |
31,016 |
33,235 |
53,226 |
- |
42,581 |
33,155 |
1800 |
34,839 |
32,921 |
31,196 |
33,407 |
53,611 |
- |
43,075 |
33,323 |
1900 |
35,010 |
33,084 |
31,376 |
33,566 |
53,967 |
- |
43,544 |
33,486 |
2000 |
35,174 |
33,235 |
31,552 |
33,712 |
54,298 |
- |
44,001 |
33,645 |
2100 |
35,333 |
33,381 |
31,727 |
33,855 |
54,603 |
- |
44,399 |
33,792 |
2200 |
35,488 |
33,520 |
31,895 |
33,984 |
54,888 |
- |
44,856 |
33,930 |
2300 |
35,638 |
33,645 |
32,062 |
34,110 |
55,152 |
- |
45,261 |
34,064 |
2400 |
35,789 |
33,683 |
32,226 |
34,227 |
55,399 |
- |
45,651 |
34,190 |
2500 |
35,932 |
33,880 |
32,389 |
34,340 |
55,624 |
- |
46,023 |
34,311 |