- •Волжский государственный инженерно-педагогический университет Автомобильный институт
- •1. Цель курсового проекта
- •2. Основные допущения
- •3. Требования к содержанию и оформлению пояснительной записки
- •4.2. Краткое описание идеализированного цикла теплового двигателя
- •4.2.1. Термодинамический процесс политропного сжатия рабочего тела. Уравнения обмена механической и тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой. Энтропия рабочего тела
- •4.2.1.1. Уравнение термодинамического политропного процесса сжатия [1]
- •4.2.1.2. Энергия в механической форме, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда (в нашем случае это работа изменения объёма), описывается интегральным соотношением [1]
- •4.2.2. Термодинамический изохорный процесс подвода тепловой энергии
- •4.2.3. Термодинамический изобарный процесс подвода тепловой энергии
- •4.2.4. Термодинамический процесс политропного расширения рабочего тела
- •4.2.5. Термодинамический изохорный процесс отвода тепловой энергии
- •4.2.6. Методические рекомендации по расчёту тепловой энергии и изменения энтропии в термодинамических процессах
- •5. Определение параметров двигателя
- •5.1. Результирующая работа цикла
- •5.2. Суммарная тепловая энергия цикла
- •5.3. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •5.4. Среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •5.5. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •5.6. Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива
- •6. Индикаторная и тепловая диаграммы цикла
- •7. Индикаторная диаграмма двигателя
- •8. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •Пример термодинамического расчета идеализированного цикла поршневого двс со смешанным процессом подвода тепловой энергии к рабочему телу
- •1. Исходные данные:
- •Значения параметров состояния рабочего тела в точке c (в конце процесса сжатия a-c)
- •3.2. Значения параметров состояния рабочего тела в точке у (в конце изохорного процесса подвода тепловой энергии c-y)
- •3.3. Значения параметров состояния рабочего тела в точке z (в конце изобарного процесса подвода тепловой энергии y-z)
- •4. Проверка правильности вычислений параметров состояния рабочего тала в характерных точках цикла
- •5. Результирующая работа цикла, среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •6.2. Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изохорном термодинамическом процессе c-y
- •6.3. Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изобарном термодинамическом процессе y z
- •6.4. Средние мольные теплоёмкости воздуха и обмен тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в процессе политропного расширения z-b рабочего тела
- •6.5 Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в окружающую среду в изохорном термодинамическом процессе b-a
- •6.6 Результирующие параметры обмена тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в цикле
- •6.6.1 Суммарное количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу в цикле
- •6.6.2 Количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в цикле
- •6.6.3.Количество тепловой энергии преобразованной в механическую работу за один цикл в одном цилиндре двигателя Контроль расчётов тепловой энергии в термодинамических процессах цикла
- •7 Расчёт параметров двигателя
- •7.1. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •7.2. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •7.3 Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива.
- •8. Изменение энтропии в термодинамических процессах цикла
- •9.1. 9. Построение индикаторной и тепловой диаграмм цикла
- •9.2. Последовательность построения индикаторной и тепловой диаграмм цикла и результаты расчётов параметров для построения диаграмм
- •10. Индикаторная диаграмма двигателя
- •11. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •12. Выводы
- •Волжский государственный инженерно-педагогический университет Автомобильный институт
- •Вариант №2
6.2. Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изохорном термодинамическом процессе c-y
При окислении топлива выделяется энергия в тепловой форме. Часть топлива окисляется (сгорает) в изохорном процессе c – y.
Подведенное к топливу тепло в этом процессе определим из определения теплоёмкости вещества (уравнение 4.7), уравнения 4.20 и используя аппроксимирующую зависимость для средней мольной изохорной теплоёмкости рабочего тела в диапазонах температур от 0°С до Tc и от 0° до Ty. Заметим, что средняя мольная изохорная теплоёмкость рабочего тела в диапазоне температур 0° - Tc была определена в предыдущем разделе.
MCv(Ty) = 20.0262 + 0.0020291*Ty = 20.0262 + 0.0020291*1264,
MCv(Ty) = 22.592 Дж/(моль*К)
MCv(Tc) = 21.737 Дж/(моль*К).
Тогда, подведенное к рабочему телу тепло из окружающей среды равно
Qc-y = Nмол*(MCv(Ty)* Ty - MCv(Tc)* Tc) =
0.06441*(22.592*1264 – 21.737*843),
Qc-y = 659.7 Дж
Среднюю мольную теплоёмкость рабочего тела в изохорном процессе подвода тепла c-y определим из уравнения
MCvm(Tс - Ty) = (MCv(Ty)* Ty - MCv(Tc)* Tc)/(Ty - Tc) =
= (22.592*1264 – 21.737*843)/(1264 - 843),
MCvm(Tс - Ty) = 24.302 Дж/(моль*К).
6.3. Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изобарном термодинамическом процессе y z
Часть топлива, не сгоревшая ранее в изохорном процессе, окисляется в изобарном термодинамическом процессе y-z.
Как и в предыдущем случае, подведенное к топливу тепло в этом процессе рассчитаем из определения теплоёмкости вещества (уравнение 4.7) и уравнения 4.20. Предварительно из аппроксимирующей зависимости 4.24 определим среднюю мольную изобарную теплоёмкость рабочего тела в диапазонах температур от 0°С до Ty и от 0° до Tz..
MCp(Ty) = 28.340 + 0.002028*Ty = 28.340 + 0.0020291*1264,
MCp(Ty) = 30.906 Дж/(моль*К).
MCp(Tz) = 28.340 + 0.002028*Tz = 28.340 + 0.0020291*1770,
MCp(Tz) = 31.932 Дж/(моль*К).
Qy-z = Nмол*(MCp(Tz)* Tz - MCp(Ty)* Ty) =
= 0.06441*(31.932*1770 – 30.906*1264),
Qy-z = 1124 Дж
Среднюю мольную теплоёмкость рабочего тела в изобарном термодинамическом процессе y-z определим из уравнения 4.21
MCpm(Ty - Tz) = (MCp(Tz)* Tz - MCp(Ty)* Ty)/(Tz - Ty) =
= (31.932*1770 – 30.906*1264)/(1770 – 1264),
MCpm(Ty - Tz) = 34.498 Дж/(моль*К).
6.4. Средние мольные теплоёмкости воздуха и обмен тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в процессе политропного расширения z-b рабочего тела
По аппроксимирующей зависимости 4.23 определим среднюю мольную изохорную теплоёмкость воздуха для двух диапазонов температур: 0°С –Tz. и 0°С –Tb. Температуры Tz и Tb –это начальная и конечная температуры рабочего тела в процессе политропного расширения
MCv(Tz) = 20.0262 + 0.0020291*Tz = 20.0262 + 0.0020291*1770,
MCv(Tz) = 23.62 Дж/(моль*К);
MCv(Tb) = 20.0262 + 0.0020291*Tb = 20.0262 + 0.0020291*1134,
MCv(Tb) = 22.326 Дж/(моль*К)
По зависимости 4.21 определим среднюю мольную теплоёмкость при постоянном объёме в процессе расширения рабочего тела
MCvm(Tz - Tb) = (MCv(Tz)* Tz -MCv(Tb)* Tb)/(Tz - Tb) =
=(23.62*1770 - 22.326*1134)/(1770 – 1134),
MCvm(Tz - Tb) = 25.918 Дж/(моль*К)
По полученному значению средней мольной теплоёмкости при постоянном объёме из уравнения 4.26а определяем средний показатель адиабаты в процессе расширения
к2 = 1 + R*/MCvm(Tz - Tb) = 1+8.314/25.918,
к2 = 1.32,
а из уравнения 4.25 определяем среднюю мольную теплоёмкость в политропном расширении
MCпm(Tz - Tb) = MCvm*(n2-k2)/(n2-1) = 25.918*(1.20 – 1.32)/0.20,
MCпm(Tz - Tb) = -15.65 Дж/(моль*К)
Отрицательное значение средней мольной теплоёмкости в политропном расширении z-b означает, что в этом процессе по мере расширения и при уменьшении температуры рабочего тела тепловая энергия подводится из окружающей среды к рабочему телу.
Действительно, используя уравнение 4.10, с учётом количества рабочего тела, участвующего в цикле, определяем тепловую энергию, которой рабочее тело обменивается с окружающей средой
Qz-b = N мол *MCпm2*(Tb – Tz) = -0.06441*15.65*(1134 – 1770),
Qz-b = 641.7 Дж
Итак, тепловая энергия, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда, положительна. Напомним, что этот знак соответствует условию n2 < k2. В реальных условиях такое возможно вследствие того, что в процессе расширения рабочего тела в цилиндре двигателя всё ещё догорает топливо, не сгоревшее в предыдущих изохорном и в изобарном процессах.