- •Студентами заочної форми навчання, напряму підготовки
- •6.050503 “Машинобудування”
- •1. Теоретична частина
- •1. 1. Рівняння стану ідеального газу
- •1.2. Газові суміші
- •1.3. Перший закон термодинаміки
- •1.4. Теплоємність газів. Кількість теплоти, що надається газу
- •Можна також записати .
- •Якщо ввести позначення , то формула (12) запишеться як
- •1.5. Термодинамічні процеси
- •Політропний процес - це будь-який процес, який можна описати рівнянням
- •1.6. Витікання через короткі канали
- •1.7. Розрахунок компресора
- •1.8. Розрахунок циклів двигунів внутрішнього згорання (двз)
- •1.9. Теплопередача
- •Задача 4. 0,5 м3 повітря при тиску р1 і температурі t1 розширюється політропно з показником політропи n до тиску р2. Знайти кінцевий об’єм і кінцеву температуру, роботу розширення і підведену теплоту.
- •3. Приклад розв’язку контрольної роботи Задача 1
- •Задача 2
- •Задача 3
- •Задача 5
- •Задача 6
- •Розв’язок
- •Розв’язок
- •Розв’язок
- •Література
Політропний процес - це будь-який процес, який можна описати рівнянням
, (18)
де - показника політропи.
Для зручності зведемо основні формули з визначення складових першого закону термодинаміки у різних термодинамічних процесах у таблицю 1.1.
1.6. Витікання через короткі канали
Сопла - нерухомі короткі канали, які призначені для збільшення швидкості газу за рахунок зменшення тиску.
Дифузори - нерухомі короткі канали, які призначені для збільшення тиску газу за рахунок зменшення його швидкості.
Час перебування газу у такому каналі незначний, тому теплообміном можна знехтувати. Формула для визначення швидкості витікання газу з каналу має вигляд
, (19)
, - ентальпії газу на вході та виході із короткого каналу, Дж/кг; С1 – швидкість газу на вході в канал, м/с.
Таблиця 1.1
Формули для визначення складових першого закону термодинаміки у різних термодинамічних процесах
Процес |
( теплоти) |
(зміна внутрішньої енергії) |
(робота) |
(зміна ентропії) |
Ізохорний
|
|
|
0 |
|
Ізобарний
|
|
|
|
|
Ізотермічний Т=const |
|
0 |
|
|
Адіабатний
|
0 |
|
|
0 |
Політропний |
|
|
|
|
Як правило, швидкість газу на вході в канал С1 @ 0, і1 та і2 виражається в кДж/кг, то
, . (20)
Згідно першого закону термодинаміки для адіабатного процесу маємо (див. табл. 1.1), тоді виходячи з (19) та врахувавши, що С1@0, маємо
. (21)
Формула для визначення маси газу, що витікає з короткого каналу, що має вихідну площу перерізу А2, має вигляд
. (22)
1.7. Розрахунок компресора
Компресор – машина призначена для стиску та переміщення газів.
Загальна робота, яку виконує компресор при стиску газу має вигляд
, (23)
- тиск, при якому газ всмоктується;
- обєм газу, що всмоктується компресором;
- тиск, до якого газ стискається;
- обєм стисненого газу, який подається до споживача;
- процес стиску газу.
Для ізотермічного процесу стиску газу , врахувавши що , маємо
. (24)
При адіабатному стиску врахувавши, що , маємо
. (25)
При політропному стику газу в процесі формула для визначення роботи компресора має вигляд
. (26)
1.8. Розрахунок циклів двигунів внутрішнього згорання (двз)
ДВЗ – теплові поршневі машини, у яких згорання палива (підвід тепла) та перетворення її в роботу здійснюється безпосередньо в циліндрі.
Цикл з підводом теплоти при постійному об’ємі 1-2v-3-4 (рис. 1.1) складається із адіабати 1-2v (стиск горючої суміші), ізохори 2v-3 (загоряння горючої суміші від електричної іскри, тобто підвід теплоти), адіабати 3-4 (розширення продуктів згоряння, внаслідок чого поршень виконує корисну роботу), ізохори 4-1 (охолодження відпрацьованих газів в атмосфері).
Цикл 1-2р-3-4 (рис. 1.1) характерний для компресорних дизелів. Спочатку по адіабаті 1-2р стискується повітря до температури самозагорання палива. Потім у це середовище за допомогою компресора подається паливо, яке загоряється, тобто до повітря підводиться теплота. Підвід теплоти здійснюється при русі поршня – тобто теоретично тиск в процесі 2р-3 постійний. В процесі 3-4 робоче тіло розширюється виконуючи корисну роботу. В процесі 4-1 здійснюється охолодження продуктів згоряння – відвід теплоти.
Цикл 1-2рv-3рv-3-4 характерний для безкомпресорних дизелів, де згоряння палива здійснюється спочатку ізохорі 1-2рv з підвищенням тиску, а потім по ізобарі 2рv-3рv, тобто загалом теплота підводиться і по ізохорі і по ізобарі.
Рис. 1.1. Цикли двигунів внутрішнього згорання у T-s координатах
Двигун внутрішнього згоряння характеризується ступенем стиску , ступенем підвищення тиску , ступенем попереднього розширення .
Термічний коефіцієнт корисної дії в загальному визначається за формулою
, (27)
– показник адіабати газу.
Якщо l=1, то (27) відповідає дизельному компресорному ДВЗ. Якщо то (27) відповідає карбюраторному ДВЗ.