Расчет газового цикла с изохорным подводом теплоты

Теплотехника.docx

Министерство образования Российской Федерации
Государственное образование учреждение высшего профессионального образования
Ижевский государственный технический университет
по дисциплине: «Теплотехника»
на тему «Расчет и анализ газового цикла»
здесь будет задание на курсовую работуСодержание
I.Расчет и анализ газового цикла
Теоретические основы расчета цикла. ..
Расчет цикла ДВС с изохорным подводом теплоты .
2Параметры характерных точек цикла .
4Определение теплоты термического КПД цикла и
среднее давление цикла
5Расчет изменения термодинамических функций рабочего цикл
6Расчет изменения энтропии цикла
7Построение диаграмм PV и TS цикла.. .
8PV-диаграмма цикла Отто.
9TS-диаграмма цикла Отто.
II.Список литературы ..
Расчет и анализ газового цикла
Теоретические основы расчета и анализа циклов
Термодинамические циклы— круговые процессы в термодинамике то есть такие процессы в которых начальные и конечные параметры определяющие состояние рабочего тела (давление объём температура энтропия) совпадают.
Термодинамические циклы являются моделями процессов происходящих в реальных тепловых машинах для превращения тепла в механическую работу а также для отъема тепла от более холодного тела и передачи его более горячему (охлаждения) под действием механической работы.
Компонентами любой тепловой машины являются рабочее тело нагреватель и холодильник (с помощью которых меняется состояние рабочего тела).
Обратимым называют цикл который можно провести как в прямом так и в обратном направлении в замкнутой системе. Суммарная энтропия системы при прохождении такого цикла не меняется. Единственным обратимым циклом для машины в которой передача тепла осуществляется только между рабочим телом нагревателем и холодильником является Цикл Карно. Существуют также другие циклы (например циклы Стирлинга и Эрикссона) в которых обратимость достигается путём введения дополнительного теплового резервуара— регенератора. Можно показать что обратимые циклы обладают наибольшей эффективностью.
В данной курсовой работе рассматривается цикл Отто — термодинамический цикл описывающий рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания с воспламенением сжатой смеси от постороннего источника энергии цикл бензинового двигателя. Этот цикл является идеальным для многочисленного класса карбюраторных и газовых
двигателей широко распространенных в установках на самолетах
автомобилях на катерах и моторных лодках в маломощных стационарных установках (например для приведения в действие небольших электродвигателей и т.п.).
Рис. 1. Цикл Отто в pv- и Ts – диаграммах
Цикл начинается с адиабатного сжатия a-c (рис. 1). Между точками с и z к рабочему телу извне подводится теплота в количестве . В результате теплоподвода давление и температура рабочего тела повышаются и в точке z достигают наибольших значений. Процесс z-b – адиабатное расширение. Рабочее тело совершает положительную работу часть которой в дальнейшем (при повторении цикла) затрачивается на осуществление процесса a-c.
В процессе рабочее тело при постоянном объёме отдает окружающей среде теплоту.
В дальнейшем цикл повторяется.
)Цикл ДВС с изохорным подводом теплоты
)Параметры цикла: pa = 01 МПа ta = 90 0C λ = 16 = 8 mсм = 3 кг массовые доли компонентов: g(N2) = 072 g(O2) = 015 g(CO2) = 005 g(H2O) = 008.
Газовую постоянную теплоёмкости и показатель адиабаты смеси;
Параметры характерных точек цикла;
Теплоту и термический КПД цикла;
Изменение энтропии в процессе цикла;
Рабочую и тепловую диаграмму цикла.
)Дополнительные параметры:
Проверка: gсм =g(N2) + g(O2) + g(CO2) + g(H2O)=072 + 015 + 005 + 008 = 1
Газовая постоянная смеси: где
Изохорная теплоемкость для каждого компонента:
Изохорная теплоемкость для смеси:
Изобарная теплоемкость для каждого компонента:
Изобарная теплоемкость для смеси:
Показатель адиабаты смеси:
Расчет цикла ДВС с изохорным подводом теплоты
Цикл состоит из следующих процессов:
a-c – адиабатное сжатие;
c-z – изохорный процесс с подводом теплоты
z-b – адиабатное расширение;
b-a – изохорный процесс с отводом теплоты Q2.
Составим таблицу параметров характерных точек цикла
Va находим из уравнения состояния газа
из соотношения параметров в адиабатном процессе a-c
из соотношения параметров в изохорном процессе c-z
из соотношения параметров в изохорном процессе b-a
Результаты вычислений занесём в таблицу 1.
Таблица 1. Параметры характерных точек.
Цикловую работу определяем как разность работ расширения и сжатия процессов составляющих цикл.
Работу цикла определяем по формуле:
где - работа сжатия по адиабате a-c:
- работа процесса по изохоре c-z:
- работа расширения по адиабате z-b:
- работа процесса по изохоре b-a:
Определение теплоты термического КПД цикла и среднее давление цикла
a.Определение теплоты:
2 Для проверки определим термический КПД цикла общей формулой:
Или по формуле для цикла ДВС с изохорным подводом теплоты:
Расхождение КПД должно составлять 01 - 03% не больше
Расхождение работы цикла должно составлять 01 - 03% не больше
Среднее давления цикла с изохорным подводом теплоты определяется по зависимости
Расчет изменения термодинамических функций рабочего тела
Определяем изменение энтальпии и внутренней энергии для каждого процесса цикла по формулам:
1. Для процесса a-c:
2. Для процесса c-z:
3. Для процесса z-b:
4. Для процесса b-a:
Определение изменения энтропии в процессе цикла
1 Энтропия начальной точки цикла
где Тн и Рн – температура и давление при нормальных условиях
2 Для процесса a-c:
т.к. процесс a-c адиабатный
3 Для процесса c-z воспользуемся формулой для определения изменения энтропии для изохорного процесса:
4 Для процесса z-b:
т.к. процесс z-b адиабатный
5 Для процесса b-a (аналогично процессу с-z):
Результаты вычислений занесём в таблицу 2.
Таблица 2. Сводная таблица термодинамических функций.
Построение диаграмм PV и TS
Выберем масштабы объёма и давления:
Получим координаты характерных точек на диаграмме и полученные результаты запишем в таблицу 3.
Таблица 3. Координаты характерных точек цикла
Для изображения адиабатных процессов расширения и сжатия в PV координатах вычислим параметры промежуточных точек в этих процессах.
а) адиабата сжатия отсюда
где - промежуточные значения объема.
а) адиабата расширения отсюда
Результаты расчетов приведены в таблице 4.
Таблица 4. Координаты промежуточных точек PV диаграммы цикла
Диаграмма изображена в приложении 1.
Рассчитаем значения энтропии для точек а c z b результат занесём в таблицу 5.
Таблица 5. Энтропия в характерных точках цикла.
Выберем масштабы температуры и энтропии:
Получим координаты характерных точек на диаграмме и полученные результаты запишем в таблицу 6. Причем начало отсчёта энтропии примем .
Таблица 6. Координаты характерных точек цикла
Для изображения изохорных процессов с-z и b-a в TS координатах вычислим параметры промежуточных точек в этих процессах.
а) изохора с-z отсюда
где - промежуточные значения температуры в Кельвинах.
а) изохора b-a отсюда
Результаты расчетов приведены в таблице 7.
Таблица 7. Координаты промежуточных точек TS диаграммы
Диаграмма изображена в приложении 2.
здесь будет PV-диаграммаздесь будет TS-диаграмма
Эффективность работы двигателя определяется коэффициентом полезного действия и чем он выше тем более эффективна эта работа.
Таким образом термический КПД цикла с подводом теплоты при постоянном объёме зависит только от степени сжатия и природы рабочего тела. Термический КПД тем больше чем больше степень сжатия . С уменьшением показателя адиабаты термический КПД при той же степени сжатия уменьшается.
То есть для увеличения энергетической эффективности двигателя необходимо изменять конструкцию двигателя повышая степень сжатия либо изменить состав рабочего топлива то есть состав топлив.
Кузовлев В. А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. – М.: Высшая школа 1983.
Луканин В. Н. Шатров М. Г. Камфер Г.М. Теплотехника. – М.: Высшая школа 1999.
Михеев М. А. Михеева И. М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия 1977.
Чепикова Т.П. Теплотехника. Расчет и анализ газового цикла - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ 2010.
Чепикова Т.П. Теплотехника. Основы теплообмена - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ 2005.

PV-диаграмма.cdw

TS-диаграмма.cdw