- •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
6.5 Средние мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в окружающую среду в изохорном термодинамическом процессе b-a
Ранее уже были рассчитаны значения средней мольной теплоёмкости рабочего тела в диапазонах температур 0° - Tb и 0° - Tc, т.е. для граничных точек процесса отвода тепла.
MCv(Ta) = 20.655 Дж/(моль*К) и MCv(Tb) = 22.326 Дж/(моль*К).
Это позволяет рассчитать отведенное от рабочего тела тепло в изохорном процессе b-a по зависимости 4.20. С учётом количества вещества, участвующего в цикле, получим
Qb-a = Nмол*(MCv(Ta)*Ta – MCv(Tb)*Tb) =
0.06441*(20.655*310 – 22.326*1134),
Qb-a = -1218 Дж
Среднюю мольную изохорную теплоёмкость рабочего тела в процессе отвода тепла получим из уравнения 4.21
MCvm(Tb - Ta) = (MCv(Ta)* Ta - MCv(Tb)* Tb)/(Ta - Tb) =
= (20.655*310 – 22.326*1134)/(310 - 1134),
MCvm(Tb - Ta) = 22.955 Дж/(моль*К)
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
Положительный знак тепловая энергия, которой обменивается рабочее тело и окружающая среда, имеет в изохорном и изобарном термодинамических процессах подвода тепла и в политропных процессах сжатия и расширения рабочего тела. Поэтому, суммарное количество подведенной тепловой энергии в цикле равно
Qподв = Qa-c + Qc-y + Qy-z + Qz-b = 36.0 + 659.7 + 1124 + 641.7,
Qподв = 2461.4 Дж
6.6.2 Количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в цикле
Отрицательный знак тепловая энергия, которой обменивается рабочее тело и окружающая среда, имеет только лишь в изохорном термодинамическом процессе отвода тепла b-a.
Поэтому, отведенная тепловая энергия от рабочего тела равна
Qотв = Qb-a = -1218 Дж.
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
Из первого закона термодинамики следует, что в круговом термодинамическом процессе ( иначе говоря, в термодинамическом цикле) в механическую работу преобразуется алгебраическая сумма тепловой энергии, подведенной к рабочему телу
ΣQ = Qa-c + Qc-y + Q y-z + Qz-b + Qb-a = 36.0 + 659.7 + 1124 + 641.7 -1218,
ΣQ = 1243.4 Дж
Ранее уже была получена результирующая работа в цикле
Wрез = 1243 Дж
Таким образом, полученная разными способами (по разным уравнениям) механическая работа в цикле практически совпала по величине с суммарной тепловой энергией. Погрешность расчёта составила
Δ = 100*ABS(Wрез – ΣQ)/Wрез = 100*0.4/1243 ≈ 0.0%
7 Расчёт параметров двигателя
7.1. Термический коэффициент полезного действия цикла
В соответствии с определением, термический коэффициент полезного действия цикла представляет собой отношение полученной в цикле механической работы к подведенной к рабочему телу тепловой энергии
ηt = Wрез/Qподв = 1243/2461 = 0.505
Представляет интерес сравнение достигнутой в исследуемом термодинамическом цикле эффективности с эффективностью цикла Карно, реализованного в том же диапазоне температур, что и рассчитанный в проекте цикл. Значимость такого сравнения объясняется тем, что именно в цикле Карно достигается наивысшее значение термического кпд цикла.
ηК = 1 –Ta/Tz = 1 -310.1770 = 0.825
Столь значительная разница в эффективности рассчитываемого цикла и цикла Карно вызвана прежде всего отличиями в форме цикла. Последнее станет возможным легко комментировать после построения тепловой диаграммы цикла. Студенту предоставляется возможность проделать этот анализ самостоятельно.