- •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
5. Определение параметров двигателя
5.1. Результирующая работа цикла
Как было установлено ранее, механическая работа совершается в трёх термодинамических процессах цикла – в политропном сжатии рабочего тела, в процессе адиабатического расширения и в политропном расширении рабочего тела. Результирующая механическая работа цикла – это алгебраическая сумма указанных работ (работа сжатия отрицательна, т.к. она производится окружающей средой над рабочим телом).
Wрез = Wa-c + Wc-y+ Wy-z + Wz-b + Wb-a = Wa-c + Wy-z + Wz-b 5.1
5.2. Суммарная тепловая энергия цикла
Во всех термодинамических процессах, составляющих цикл, рабочее тело обменивается энергией в тепловой форме с окружающей средой. В изохорном процессе c-y и в изобарном процессе y-z тепло подводится к рабочему телу. В этих процессах тепловая энергия положительна. В изохорном процессе b-a тепло отводится от рабочего тела и это тепло имеет отрицательный знак. В политропных процессах сжатия и расширения тепловая энергия, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда, может быть и положительной и отрицательной (знак тепловой энергии определяется соотношением показателей политроп и адиабат процессов). Суммарная удельная тепловая энергия, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда за цикл, равна алгебраической сумме значений удельной теплоты во всех термодинамических процессах
Σq = qa-c + qc-y + qy-z + qz-b + qb-a, 5.2
а суммарная полная тепловая энергия равна
ΣQ = Nмол*Σq, 5.3
где количество молей вещества “Nмол” в одном цилиндре двигателя определяется из уравнения состояния идеального газа 4.2.
Т.к. в курсовом проекте рассчитывается замкнутый термодинамический цикл, то из первого закона термодинамики следует, что результирующая работа цикла равна суммарной тепловой энергии, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда. Это позволяет студенту проконтролировать точность выполненных расчётов!
5.3. Термический коэффициент полезного действия цикла
Удельная тепловая энергия, подведенная к рабочему телу из окружающей среды – qподв, определяется по уравнению 5.2, в котором следует оставить только-лишь положительные слагаемые. Тогда, полная тепловая энергия, подведенная к рабочему телу, равна
Qподв = Nмол * qподв
Термический коэффициент полезного действия цикла рассчитывается на основании определения
η t= Wрез/Qподв 5.4
Это значение эффективности цикла можно оценить, сравнивая термические кпд рассчитываемого цикла и цикла Карно, реализованного в этом же диапазоне температур.
ηК = 1 –Ta/Tz
5.4. Среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
Среднее индикаторное давление рабочего тела – это параметр, который показывает насколько компактным может быть изготовлен двигатель, работающий по принятому циклу. По определению среднее индикаторное давление равно
Pi = Wрез/(Va – Vc) = Wрез/Vh, 5.5
где Vh – это объём, описываемый поршнем двигателя за один ход.
В соответствии с определением 5.5 среднее индикаторное давление цикла представляет собой количество механической работы, производимой в некотором замкнутом цикле при изменении объёма рабочего тела на единицу.
Индикаторная мощность четырёхтактного двигателя может быть определена по уравнению
Ni = i*Wрез*(N/60/2)/1000 [кВт], 5.6
в которой
i – количество цилиндров двигателя;
N – частота вращения коленвала двигателя в об/мин;
N/60/2 – количество совершаемых циклов за 1 секунду в одном цилиндре двигателя.