- •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
5.5. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
Принимая низшую теплотворную способность (теплоту горения) дизельного топлива равной 10400 ккал/кг и используя известные соотношения между единицами энергии, получим расход топлива в одном цилиндре двигателя за один цикл (цикловой расход топлива)
Gтц = Qподв/9.81/427/10400 [кг/цикл] 5.7
Количество воздуха, наполняющего один цилиндр двигателя за один цикл, определится из простейшего соотношения
Gвц = µ* Nмол /1000 [кг/цикл], 5.8
где µ = 28.96 кг/кмоль – молекулярная масса воздуха, а Nмол – количество молей воздуха в одном цилиндре двигателя.
Учитывая, что для полного сгорания 1 килограмма дизельного топлива необходимо 14.8 килограмм воздуха [2], запишем соотношение для коэффициента избытка воздуха
α= Gвц/Gтц/14.8 5.9
Коэффициент избытка воздуха чрезвычайно важный параметр двигателя, от которого в значительной мере зависят горение топлива, экологические характеристики двигателя и его компактность. Студенту предоставляется возможность самостоятельно прокомментировать полученное в его варианте проекта значение коэффициента избытка воздуха.
5.6. Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива
Расход топлива – Gт = Gтц*i*N*60/2 [кг/час], 5.10
где i*N*60/2 – количество циклов, совершаемых рабочим телом во всех цилиндрах двигателя за 1 час.
Мощность двигателя определим с учётом его механического коэффициента полезного действия и полагая, что полнота наполнения цилиндров двигателя рабочим телом учтена значением давления воздуха в начале процесса сжатия.
Pemax= Ni*ηм 5.11
Механический коэффициент полезного действия примем в соответствии с рекомендациями [2] равным ηм = 0.76.
По определению удельный расход топлива двигателя равен
qe = 1000*Gт/Pemax [г/кВт*час] 5.12
Студенту предоставляется возможность самостоятельно сравнить полученное в его варианте проекта значение удельного расхода топлива с удельным расходом топлива современных дизелей; прокомментировать сравнение анализом параметров рабочего тела в цикле.
6. Индикаторная и тепловая диаграммы цикла
Индикаторная диаграмма цикла – это графическое изображение термодинамического цикла в координатах давление – объём рабочего тела (P-V диаграмма). В разделе 4 методического пособия приведены аналитические зависимости, связывающие между собой параметры состояния рабочего тела во всех составляющих цикл термодинамических процессах. Аналитические связи получены в том числе и для параметров давление – объём рабочего тела. Эти зависимости совместно с исходными данными – параметры рабочего тела в начальной точке, степень сжатия, степень повышения давления и степень предварительного расширения позволяют графически изобразить индикаторную диаграмму цикла. Необходимые выкладки и образец индикаторной диаграммы приведены в примере курсового проекта.
Из изложенного ясно, что существуют две возможности графического построения индикаторной диаграммы. Первая возможность – это построение аналитических кривых зависимостей давления рабочего тела от его объёма для каждого составляющего цикл термодинамического процесса с помощью какого-либо современного графического пакета (Hyper Mesh, AGrapher, MathCad, AutoCAD и т.д.).
Вторая возможность – это построение диаграмм по предварительно рассчитанным координатам давление – объём рабочего тела в отдельных точках термодинамических процессов. Для этого объём рабочего тела в каждом термодинамическом процессе разделяется на ряд промежутков и на границах всех промежутков рассчитывается давление рабочего тела. По полученным точкам строится индикаторная диаграмма цикла.
В примере курсового проекта индикаторная диаграмма построена по аналитическим кривым. Вместе с тем, приведен и пример построения диаграммы по отдельным точкам.
Тепловая диаграмма цикла – это графическое изображение термодинамического цикла в координатах температура – энтропия рабочего тела (T-S диаграмма). Всё сказанное в этом разделе относительно методики построения индикаторной диаграммы в равной мере относится и к построению тепловой диаграммы. Отличие состоит лишь в следующем. Аналитические зависимости в разделе 4 методического пособия позволяют рассчитать изменение энтропии в каком-либо термодинамическом процессе или на участке этого процесса. Изменение энтропии можно отсчитывать, начиная, например, от начальной точки процесса. Изменение энтропии в последующем процессе (по порядку его исполнения в цикле – по ходу часовой стрелки) следует отсчитывать от значения энтропии в конечной точке предыдущего термодинамического процесса.
Также как и индикаторная диаграмма, в примере курсового проекта тепловая диаграмма построена по аналитическим кривым. Вместе с тем приведен и пример построения диаграммы по отдельным точкам.