MV_OGD_TOT_2011 (1)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНОЇ РОБОТИ

З ДИСЦИПЛІНИ «ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ТЕПЛОТЕХНІКИ»

Макіївка 2011

УДК 536.7

Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни «Теоретичні основи теплотехніки» для студентів напрямків підготовки 6.070106 «Автомобільний транспорт» та 6.050502 «Инженерная механика» денної і заочної форми навчання/ Укл.: С.А. Горожанкін, О.В. Маслов - Макіївка: ДонНАБА, 2011. – 40 с.

Викладено порядок виконання розрахунково-графічної роботи, яка передбачає закріплення і поглиблення знань по курсу «Теоретичні основи теплотехніки» шляхом придбання навиків практичного застосування законів теплотехніки, газової динаміки та термодинаміки для вирішення ряду задач практичного ладу. Виконання роботи дозволить розширити і закріпити знання теоретичного курсу, на практичному прикладі засвоїти методику вирішення конкретних завдань. Методичні вказівки включають короткі теоретичні відомості, зміст і методику виконання розрахункової роботи, завдання до роботи, приклад виконаної роботи.

Укладачі: Горожанкін С.А., доктор технічних наук, професор Маслов О.В., асистент

Рецензенти: Лук’янов О.В., доктор технічних наук, професор Кралін А.К., кандидат технічних наук, доцент

Відповідальний за випуск: Горожанкін С.А.

2

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНОЇ РОБОТИ

При вивченні курсу «Теоретичні основи теплотехніки» студент виконує розрахунково-графічну роботу, яка включає завдання на наступні теми: «Термодинамічні цикли», «Сопла та дифузори» та«Турбомашини». Робота повинна бути виконана на листах формату А4, що скріпляють, з обов'язковим дотриманням наступних вимог.

1.При визначенні термодинамічних параметрів і величин вказувати закони, залежності з яких витікають формули для їх обчислення.

2.Для всіх величин, якщо вони мають розмірність, обов'язково указувати цю розмірність в міжнародній системі одиниць.

3.Результати математичних обчислень вказувати з точністю до трьохчотирьох значущих цифр.

4.Графіки виконувати на міліметровому папері формату А4. Осі координат повинні бути проградуйовані відповідно до загальноприйнятих норм вибору масштабів. Масштаби слід вибирати так, щоб графік заповнював весь простір між осями координат.

5.При виконанні завдання дозволяється використання ЕОМ з елементами комп’ютерної графіки.

ВИРІШЕННЯ ЗАПРОПОНОВАНИХ ЗАВДАНЬ

1.ЗАВДАННЯ

1.1.Загальні положення

Ефективність багатьох машин і установок великою мірою залежить від структури потоків рідин і газів в них. Це, перш за все відноситься до транспортних машин, енергетичних пристроїв (двигуни, компресори, вентилятори, насоси, турбіни) і ін. При конструюванні більшості подібних пристроїв необхідні досить глибокі знання механіки рідин і газів. Удосконалення сучасних машин стало неможливим без ретельного вивчення газогідродинамічних процесів, що відбуваються в них, оскільки майже в кожній з них є елементи, в яких відбувається рух рідин або газів.

Курс «Теоретичні основи теплотехніки» передбачає вивчення основних законів руху стискуваних суцільних середовищ, в першу чергу газів, а також розгляд характерних явищ і процесів, що відбуваються в двигунах, гідравлічних, пневматичних системах автомобілів, будівельних, дорожніх машин.

Перед виконанням завдання необхідно вивчити наступні теми курсу: «Параметри стану газу», «Основні закони термодинаміки», «Витікання стискуваних середовищ», «Основи теорії турбомашин». Студент повинен твердо знати фізичну суть параметрів стану, одиниці їх вимірювання, їх зв'язок, зрозуміти сенс газових законів і вміти користуватися цими знаннями при виконанні пропонованих розрахункових завдань.

3

4. Побудувати цикл в масштабі в рv- і Тs- координатах, обчисливши, при необхідності, для окремих процесів значення параметрів стану в проміжних точках. Умовний початок відліку ентропії при побудові графіків прийняти для точки з мінімальним значенням ентропії. Результати обчислень звести в таблицю 4.

Таблиця 4. Параметри стану робочого тіла в проміжних точках циклу

Задача № 2 Витікання газу крізь сопло Лаваля

Газ при початковому тиску p1 і температурі t1 витікає крізь сопло Лаваля в середу з тиском р2. Масова витрата газу складає G кг/с. Розрахувати розміри конічної частини сопла, що розширюється, з кутом конусності α, якщо коефіцієнт швидкості складає φ. Зобразити сопло схематично в масштабі і побудувати графіки зміни тиску, швидкості, температури і щільності по довжині сопла. Довжину частини сопла, що звужується, прийняти рівною діаметру критичного перетину.

Задача № 3 Розрахунок турбокомпресора системи наддуву

Турбокомпресор системи наддуву двигуна внутрішнього згорання з об'ємною подачею Q м3/год адіабатно стискує повітря з початковою температурою t1 і тиском p1 і подає його в двигун під тиском р2. Визначити температуру газу в кінці стиску і ефективну потужність приводу компресора, якщо його внутрішній відносний ККД складає ηК, а механічний ККД всього агрегату - ηМ Для приводу компресора застосована осьова газова турбіна, що працює на вихлопних газах двигуна. Тиск газів перед турбіною складає р3, а їх температура – t3. Знайти кінцеву температуру і тиск газів на виході з турбіни, якщо її внутрішній відносний ККД складає ηТ. Прийняти для вихлопних газів k = 1,33 і R = 260 Дж/(кг·К).

Вихідні дані по варіантах до розрахунково-графічної роботи дивіться у Додатку 1, в якому вибираються початкові дані по варіантах, залежно від шифру.

Зразок оформлення розв’язаних завдань наведений в Додатку 2.

5

2.ПОСЛІДОВНІСТЬ РОЗРАХУНКУ ЗАВДАННЯ

2.1Розв’язання задачі №1 Розрахунок термодинамічного циклу теплового

двигуна

Всі теплові машини працюють по кругових процесах або циклах. Для термодинамічного аналізу роботи таких машин важливо знати умови, при яких здійснюється процес перетворення теплоти в роботу.

Циклом називають круговий замкнутий процес, що здійснюється в тепловій машині. У термодинаміці цикли утворюють з термодинамічних процесів і графічно зображують в системі координат, наприклад, в системі pv- або Ts -, де по осі абсцис відкладаються, в масштабі відповідно питомий об'єм і ентропія, а по осі ординат - абсолютний тиск і температура.

Таким чином, термодинамічний цикл, зображений графічно, є замкнутою фігурою, що складається з ряду ліній, кожна з яких відображає окремий термодинамічний процес. Точки перетину ліній процесів називають характерними точками циклу. Характерна точка графічно зображає кінцевий стан газу одного процесу і початковий стан наступного процесу.

Визначення масових ізобарної і ізохорної теплоємностей

Перед початком розрахунку циклу необхідно визначити основні термодинамічні показники робочого тіла. Для цього перш за все необхідно обчислити індивідуальну газову сталу R, за формолою:

де R - універсальна газова стала, R = 8314 Дж/(кмоль·К);

- молекулярна маса заданого газу, кг/кмоль. Молекулярна маса газу визначається з використанням таблиці періодичної системи елементів Д.І. Менделєєва.