- •Термодинамика и теплопередача. Учебное пособие
- •Раздел I. Техническая термодинамика
- •Содержание
- •Раздел I
- •Тема 1. Газ, как рабочее тело термодинамических систем
- •Тема 2. Первый закон термодинамики
- •Тема 3. Термодинамические процессы
- •Тема 4. Второй закон термодинамики
- •Тема 5. Идеальные циклы тепловых двигателей
- •Основные условные обозначения
- •Основные сечения потока
- •Сокращения
- •Используемые индексы
- •Предисловие
- •Введение
- •Раздел I техническая термодинамика
- •Тема 1. Газ, как рабочее тело термодинамических систем
- •1.1. Структура основных понятий термодинамики авиационных гтд
- •1.2. Основные понятия и определения термодинамики
- •1.3. Реальный и идеальный газы. Параметры состояния рабочего тела
- •1.3.1. Давление
- •1.3.2. Температура
- •1.3.3. Удельный объём, плотность
- •1.4. Уравнение состояния идеального и реального газов
- •1.4.1. Уравнение состояния идеального газа
- •1.4.2. Уравнение состояния реального газа
- •1.5. Понятие о термодинамическом процессе. Равновесные (обратимые) и неравновесные (необратимые) процессы
- •1.5.1. Равновесные (обратимые) процессы
- •1.5.2. Графическое изображение термодинамического процесса
- •1.5.3. Неравновесные (необратимые) процессы
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Проверьте, как Вы усвоили материал
- •Тема 2. Первый закон термодинамики
- •2.1. Внутренняя энергия рабочего тела. Изменение внутренней энергии
- •2.2. Работа газа, как форма передачи энергии в термодинамическом процессе
- •2.3. Теплота, как форма передачи энергии в термодинамическом процессе
- •2.4. Энтропия. Энтропийная “t-s” диаграмма
- •2.5. Зависимость количества работы и теплоты от характера термодинамического процесса
- •2.6. Теплоёмкость газа. Уравнение Майера. Показатель адиабаты
- •2.7. Энтальпия
- •2.8. Техническая работа (работа движущегося газа)
- •2.9. Содержание и уравнение первого закона термодинамики
- •2.10. Чистые вещества и смеси газов
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Проверьте, как Вы усвоили материал
- •Тема 3. Термодинамические процессы
- •3.1. Последовательность и объём расчёта термодинамических процессов
- •3.2. Изохорный процесс: определение, осуществление и исследование
- •3.2.1. Исследование изохорного процесса
- •3.3. Изобарный процесс: определение, осуществление и исследование
- •3.3.1. Исследование изобарного процесса
- •3.4. Изотермический процесс: определение, осуществление, исследование
- •3.4.1. Исследование изотермического процесса
- •3.5. Адиабатный (изоэнтропический) процесс: определение, осуществление, исследование
- •3.5.1. Исследование адиабатного процесса
- •3.6. Сравнение адиабаты и изотермы
- •3.7. Обобщающее значение политропных процессов
- •3.8. Энтальпийная “I-s” диаграмма (“I-s” координаты)
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Проверьте, как Вы усвоили материал
- •Тема 4. Второй закон термодинамики
- •4.1. Понятие о круговых процессах (циклах). Прямой цикл (цикл тепловой машины)
- •4.2. Полезная работа цикла. Термический кпд цикла
- •4.3. Цикл Карно и теорема Карно
- •4.4. Обратные циклы (циклы холодильных машин)
- •4.5. Второй закон термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики
- •4.6. Второй закон термодинамики и энтропия
- •4.7. Статистическая интерпретация второго закона термодинамики
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Информация к размышлению
- •Проверьте, как Вы усвоили материал
- •Тема 5. Идеальные циклы тепловых двигателей
- •5.1. Особенности термодинамического метода исследования циклов тепловых двигателей
- •5.2. Схема устройства и принцип работы авиационного газотурбинного двигателя (гтд)
- •5.3. Идеальный цикл гтд (цикл Брайтона – Стечкина)
- •5.4. Работа и термический кпд цикла гтд
- •5.6. Сравнение циклов Брайтона и Гемфри
- •5.7. Цикл с регенерацией тепла
- •5.8. Цикл со ступенчатым подводом тепла
- •5.9. Эксергетический метод термодинамического анализа
- •5.10. Идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •5.10.1. Идеальный цикл двс с подводом тепла
- •5.10.2. Идеальный цикл двс с подводом тепла при постоянном
- •5.10.3. Сравнение циклов Отто и Дизеля
- •5.10.4. Цикл двс со смешанным теплоподводом
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •4. Эффективность цикла оцениваем по величине термического кпд цикла
- •Решение
- •Проверьте, как Вы усвоили материал
- •Заключение
- •Список использованной литературы
- •Приложение
- •Международная стандартная атмосфера (мса) гост 4401–81 (фрагмент)
- •Теплофизические величины
- •Соблюдайте гост 8.417 – 2002
Решение
1. Находим параметры состояния рабочего тела в точках Н, К, Г, С идеального цикла (рис. 5.18):
а) в точке Н:
удельный объём υН рабочего тела находим по уравнению состояния (1.11)
м3/кг;
б) в точке К:
удельный объём υК в конце процесса сжатия (т. К) находится по выражению (5.63)
м3/кг.
Давление и температура в конце процесса сжатия определяются с помощью формул адиабатного процесса
, т.е. pК = pH ∙ εk = 101325 ∙ 71,4 = 154473 Па;
, т.е. ТК = ТH ∙ εk-1 = 288 ∙ 71,4-1 = 627,2 К;
в) в точке Г:
в конце процесса сгорания, т.е. в т. Г удельный объём
υГ = υК = 0,116 м3/кг.
Давление pГ определяем с помощью формулы (5.4)
pГ = λ ∙ pК = 4 ∙ 154473 = 617892 Па,
а величина температуры ТГ определяется из выражения (5.4 или 5.62)
ТГ = λ ∙ ТК = 4 ∙ 627,2 = 2509 К;
г) в точке С:
в конце адиабатного процесса расширения, т.е. в т. 4,
υС = υН = 0,816 м3/кг.
Температуру в конце процесса расширения легко определить, пользуясь зависимостью (5.62)
ТС = λ ∙ ТН = 4 ∙ 288 = 1152 К.
Давление в конце адиабатного процесса расширения или в начале изохорного процесса С-Н определим используя зависимость (3.3)
т.к.
Имеем: pС = λ ∙ pН = 4 ∙ 101325 = 405300 Па.
2. Теперь определим количество подводимого тепла q1 к 1 кг воздуха и количество отводимого тепла q2 от 1 кг рабочего тела в изохорных процессах К-Г и С-Н:
3. Полезная работа идеального цикла ДВС определится по формуле
LЦ = qЦ = q1 – q2 = 1351,1 – 620,3 = 730,8 Дж/кг.
4. Эффективность цикла оцениваем по величине термического кпд цикла
Следовательно, в данном цикле (идеальном цикле ДВС с подводом тепла при υ = const) 54% подведённого тепла q1 преобразуется в полезную работу цикла, а 46% тепла q1 составляют потери согласно второму закону термодинамики.
Естественно, что в реальном цикле поршневого двигателя величина внутреннего КПД будет значительном меньше.
Задача 5.3.
По условиям задачи 5.1. определить работу и термический КПД цикла со ступенчатым подводом тепла, если ТФ = 1600 К. По результатам решения задачи известно, что тепло, подводимое в основной камере сгорания, равно q1 I = qк.с. = 629556 кДж/кг. В точке Т (рис. 5.15.) давление pТ = pФ = 366012 Па, а температура ТТ = 916,3 К.
Решение
Определим количество тепла, подводимого к 1 кг рабочего тела в форсажной камере сгорания:
q1 II = qф.к. = Сp ∙ (ТФ – ТT) = 1,005 ∙ (1600 – 916,3) = 687 кДж/кг.
Очевидно, что общее количество тепла, подвед ённого к 1 кг рабочего тела, будет равно
q1 = qк.с. + qф.к. = 629,556 + 687 = 1316,556 кДж/кг.
Тепло, отводимое от 1 кг рабочего тела, будет равно
q2 = Сp ∙ (ТС Ф – ТН).
Температуру в конце цикла ТС Ф найдём из соотношения (3.39)
.
тогда
q2 = Сp ∙ (ТС Ф – ТН) = 1,005 ∙ (1100 – 288) = 816 кДж/кг.
Полезную работу цикла определим по формуле:
LЦ = q1 – q2 = qЦ = 1316,556 – 816 = 500,556 кДж/кг.
Термический КПД определяется по формуле
Сравнивая результаты решения задачи 5.3. с результатами, полученными в 5.1., видим, что работа цикла увеличилась на 78,8%, а термический КПД снизился на 7%. Следует помнить, что в реальном двигателе всегда получится значительно меньший прирост работы цикла и большее снижение КПД.