- •050501 – Профессиональное обучение
- •140106- Энергообеспечение предприятий
- •1 Цель работы
- •2 Методические указания к выполнению заданий
- •3 Домашние задания
- •3.1 Циклы тепловых двигателей и установок
- •3.1.1 Обобщенный цикл теплового двигателя
- •3.1.2 Циклы поршневых двигателей
- •3.1.3 Циклы газотурбинных установок
- •3.1.4 Сравнение циклов
- •Домашнее задание № 2
- •3.2 Расчет рекуперативных теплообменных аппаратов
- •3.2.1 Определение тепловой мощности
- •3.2.2 Расчет расхода теплоносителя.
- •Определение среднего температурного напора При нелинейном характере изменений температуры теплоносителей, температурный «напор» между ними определяется как среднелогарифмический
- •Определение коэффициента теплоотдачи
- •Расчет коэффициента теплопередачи через тонкостенные трубы
- •Определение площади поверхности нагрева
- •3.3.2 Выбор системы теплоснабжения
- •3.3.3 Расчет тепловых нагрузок
- •Различного назначения
- •3.3.4 Выбор источника теплоснабжения
- •3.3.5 Гидравлический расчет тепловых сетей
- •3.3.6 Тепловой расчет сетей
- •Приложение а
- •Приложение б
- •Приложение в
- •Приложение г
3.1.2 Циклы поршневых двигателей
Д вигатели внутреннего сгорания наиболее распространенный тепловой двигатель в мире. Исключительная роль двигателя внутреннего сгорания в энергетике сельского хозяйства. Они являются источниками энергии тракторов, автомобилей, комбайнов, различных сельскохозяйственных машин и установок, применяемых в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности.
В зависимости от способа подвода теплоты различают три термодинамических цикла двс:
1) цикл с подводом теплоты при ν=const (рисунок 2.1а);
2) цикл с подводом теплоты при Р=const (рисунок 2.1б);
3) цикл со смешанным подводом теплоты при ν=const и Р= const (рисунок 2.1в).
По циклу со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера) работают все двигатели с внутренним смесеобразованием (без компрессорные дизели).
Цикл с подводом теплоты при ν=const (цикл Отто) характерен для двигателей с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые двигатели).
Двигатели, работающие с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля), в настоящее время не находят применение и поэтому не рассматриваются.
Сравнение обобщенного цикла с циклом поршневого двс с подводом теплоты при ν=const и Р=const показывает, что в цикле со смешанным подводом теплоты ευ=1, параметр бкдет равен
так как υ3=υ2 и (υ1/υ2)К=εК ; Р2/Р1=(υ1/υ2)К =εК и Р4=Р3, Р3/Р2=λ.
Тогда термический кпд обобщенного цикла с учетом полученного соотношения примет вид
(1.14)
Работа цикла подсчитывается с учетом термического кпд смешанного цикла
Wц=q1-q2=ηtcмּq1 (1.15)
Количество подведенной теплоты q1 подсчитывается по формуле 1.9, а количество отведенной теплоты с учетом того, что ευ=1 и λр=ρкּλ
q2=cυּT1(λּρк-1) (1.16)
Если цикл с подводом теплоты при υ=const, то ευ=1, ρ=1 формула 1.14 принимает вид
(1.17)
Таким образом, термический кпд цикла со смешанным подводом теплоты зависит от свойства рабочего тела (К) и конструкции двигателя (ε, λ, ρ). С увеличением ε, λ и уменьшением ρ, ηt цикла со смешанным подводом теплоты увеличивается.
У цикла с подводом теплоты при υ=const термический кпд зависит от свойства рабочего тела (К) и конструкции двигателя (ε).
Одним из важнейших показателей работы двигателей внутреннего сгорания является среднее цикловое давление Рt, определяемое отношением удельной работы цикла WЦ к рабочему объёму цилиндра двигателя (рисунок 2, в).
(1.18)
Если в место работы подставим его значение, то получим:
, (1.19)
где ηt определяется по формуле 1.14 для цикла со смешанным подводом теплоты.
Для цикла с подводом теплоты при υ=const
, (1.20)
где ηt определяется по формуле 1.17.
3.1.3 Циклы газотурбинных установок
В газотурбинных установках подвод теплоты к рабочему телу происходит при p=const или υ=const. На рисунке 3 представлена схема наиболее распространенного типа газотурбинной установки со сгоранием топлива при p=const, а на рисунке 4 ее цикл в координатах Р,υ и T,S.
|
|
Рисунок 3 Принципиальная схема ГТУ с подводом теплоты при p=const |
Рисунок 4 Диаграммы циклов ГТУ с подводом теплоты при p=const |
Компрессор К, расположенный на одном валу с газовой турбиной Т, засасывающей атмосферный воздух с давлением Р1 и сжимая его с повышением давления Р2 нагнетает в камеру сгорания КС. Туда же топливным насосом ТН, приводимым в действие газовой турбиной, подается жидкое топливо. Топливо распыляется форсункой и сгорает в камере сгорания КС.
Сгорание происходит при постоянном давлении. Из камеры сгорания газы поступают в турбину, приводят ее в действие, а затем выбрасываются в атмосферу.
Идеальный цикл ГТУ состоит из двух адиабат и из двух изобар. В компрессоре К происходит адиабатное 1-2 сжатие рабочего тела до давления Р2, затем изобарный 2-3-4 подвод теплоты q1 в камере сгорания КС, адиабатное 4-5 расширение газов на лопатках газовой турбины Т и изохорный 5-6-1 отвод теплоты к холодному источнику (внешней среде).
В рассматриваемом цикле λр=λ-1 и формула термического кпд 1.11 примет вид
(1.21)
Так как Р4/Р2=λ=1, Р2/Р5= Р2/Р1=(ν1/ν2)К=εК;
ν4/ν2=ρ, ν2/ν1=1/ε, ν6/ν1= ν5/ν1=εν
Тогда
И термический кпд цикла 1.21 примет вид
(1.22)
В газотурбинных двигателях часто в место степени сжатия ε принимают степень повышения давления в компрессоре β=Р2/Р1. Так как (ν1/ν2)К=εК= Р2/Р1=β, то
(1.23)
Как видно из формулы 1.23 термический кпд цикла зависит от работы компрессора, сжимающего воздух и свойства рабочего тела (показателя адиабаты К). Чем выше показатель адиабаты К, большее сжатие воздуха компрессором (больше ε или β), тем выше fη.
При изменении нагрузки ГТУ (процесс расширения показан штриховыми линиями на рисунке 4) степень сжатия и показатель адиабаты К не меняются, поэтому ηt=const.
Удельная работа цикла при λр=1,λ=1,ευ=ρ
(1.24)