Расчет и анализ теоретического цикла теплового двигателя

Министерство образования Республики Беларусь Белорусский государственный университет транспорта Кафедра «Тепловозы и тепловозные двигатели»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

ПО КУРСУ"ТЕПЛОТЕХНИКА"

НА ТЕМУ

«РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ»

Вариант № 21

Гомель 2011

ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКУЮ РАБОТУ Вариант № 41

Таблица 1 — Таблица исходных данных

Объем выполняемой работы В расчетно-графической работе предусматривается выполнение следующего объема работ:

показать принципиальную схему и дать краткую характеристику теплового двигателя.

изобразить цикл в координатах p-v и T-s и определить удельный объем, давление и температуру в характерных точках цикла.

определить изменение в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенную и отведенную теплоту, полезную работу.

определить термический к.п.д. цикла по формуле:

t=1- (А/ k-1).

Полученное значение к.п.д. сравнить со значением, определенным по формуле:

t=1-(q2/q1),

они должны быть одинаковы.

Введение

Выполнение расчетно-графических работ по теплотехнике позволяет студентам закрепить и углубить знания по основным разделам курса, а также приобрести навыки применения теоретических знаний при решении теплотехнических задач.

В данной работе выполняется расчет и исследование цикла теплового двигателя с подводом теплоты при постоянном давлении.

Поршневым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называется тепловая машина, в рабочем цилиндре которой происходит сжигание топлива и преобразование теплоты в работу.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания по сравнению с любым другим тепловым двигателем является наиболее экономичным. Малая металлоемкость, надежность, быстрота запуска и относительная долговечность позволили этому типу машины занять ведущее место прежде всего на транспорте.

Покажем принципиальную схему двигателя внутреннего сгорания и дадим краткую характеристику теплового двигателя.

Рисунок 1 -Двигатель внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном давлении Краткая характеристика двигателя внутреннего сгорания.

Данный двигатель внутреннего сгорания — компрессорный двигатель. В цилиндре двигателя сжимается смесь газа. В конце сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое в среде горячей смеси газа воспламеняется и сгорает при р=const. Для распыла топлива, подаваемого в цилиндр, используют смесь газа, сжатый в компрессоре до давления, в 1,2 — 2 раза превышающего давление в цилиндре (отсюда и произошло название «компрессорные двигатели»).

2. Изобразим цикл в координатах p-v и T-s и определим удельный объем, давление и температуру в характерных точках цикла.

Этот цикл состоит из следующих термодинамических процессов:

1−2 — адиабатный процесс сжатия воздуха;

2−3 — изобарный процесс расширения с подводом теплоты q1, р=const;

3−4 — адиабатный процесс расширения воздуха;

4−1 — изохорный процесс с отводом теплоты q2, v=const.

Определим параметры в характерных точках цикла.

Точка 1

Удельный объем газа находим из характеристического уравнения

1=(RT1)/p1=(301 323)/(0,1410 6)=0,694 м3/кг.

Точка 2

Так как степень сжатия

=½=17,

То

2=1/=0,694/17=0,0408 м3/кг.

Давление p2 находим из выражения

c=p2/p1=ек;

p2=p1ек=0,14•106•171,36=6,59 МПа.

Найдем температуру в точке по формуле Т2=(р22)/R=(6,59•106•0,0408)/301=893 K.

Точка 3

Так как р=const, то р3=р2=6,59 МПа.

Так как степень предварительного расширения

=3/2,

то

3=2=0,0408•2,1=0,0857 м3/кг.

Температура Т3=(р33)/R=(6,59•106•0,0857)/301=1876 K.

Точка 4

Так как =const, то 4=1=0,694 м3/кг.

Степень расширения в процессе 3−4

=4/3=0,694/0,0857=8,09 .

Температура

T4=T3/к-1=1876/8,09(1,36−1)=884 K.

Давление

р4=(RT4)/4=(301•884)/0,694=0,383 МПа.

3. Определим изменение в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенную и отведенную теплоту, полезную работу:

Количество подведенной теплоты

q1=Cp (T3-T2)=1,16103(1876−893)=1,14 МДж/кг.

Количество отведенной теплоты

q2=C (T4-T1)=0,86103(884−323)=0,482 МДж/кг.

Полезная работа цикла

lц=q1-q2=1,14−0,482=0,658 МДж/кг.

Изменение энтропии.

1−2: s=const (адиабатный процесс);

2−3: s2-s3=Cpln (T3/T2)=1,16103ln (1876/893)=0,861 кДж/(кгК);

3−4: s=const (адиабатный процесс);

4−1: s4-s1= Cln (T1/T4)=0,86103ln (323/884)=-0,865 кДж/(кгК).

Изменение внутренней энергии.

1−2: U1−2 =[R/(к-1)](T2 -T1)=[301/(1,36−1)](893−323)=0,617 МДж/кг;

2−3: U2−3=Cp (T3-T2)=1,16103(1876−893)=1,14 МДж/кг;

3−4: U3−4=[R/(к-1)](T4-T3)=[301/(1,36−1)](884−1876)=-1,07 МДж/кг;

4−1: U4−1=C (T1-T4)=0,86103(323−884)=-0,482 МДж/кг.

4. Определим термический к.п.д. цикла по формуле тепловой двигатель цикл энтропия

t=1 — (А/ к-1),

где

A={(св/е)[(лек/вк)-1]+к[(св/е)-1]}/[(л-1)+кл (с-1)].

Так как л=1, получаем

A={(2,18,09/17)[(1171,36/8,091,36)-1]+1,36[(2,18,09/17)-1]}/

/[(1−1)+1,361(2,1−1)]=1,166.

Термический к.п.д.

t=1 -(А/ к-1)=1-(1,166/17(1,36−1))=0,58;

t=1 — (q2/q1)=1 — (0,482/1,14)=0,578.

Сравнивая к.п.д., рассчитанные по разным формулам, видим, что они приблизительно равны между собой.

1. Расчетно-графические работы по теплотехники/Методические указания. Часть 1. Гомель: БелИИЖТ, 1986. 31с.

2.О. М. Рабинович. Сборник задач по технической термодинамике. М.:Машиностроение, 1973. 342с.

3.Теплотехника/ Под ред. А. П. Баскакова. М.: Высшая школа, 1991. 250с.