Термодинамические циклы энергетических установок

Задание.doc

Для испытания деталей и узлов космической техники в условиях низких температур применяются специальные испытательные камеры охлаждаемые посредством циркуляции охлажденного воздуха. Принципиальная схема такой воздушной холодильной установки компрессор который приводится в действие с помощью двигателя внутреннего сгорания где роль охлаждаемого помещения играет холодильная испытательная камера. Температура воздуха поступающего в камеру Т4 а выходящего из камеры в компрессор – Т1. Холодопроизводительность установки - Q. Давление воздуха в холодильной камере равно атмосферному давлению. Допустимое по условиям эксплуатации повышение температуры воздуха при его сжатии в компрессоре – ΔТдоп. Процесс сжатия и расширения воздуха в компрессоре и детандере считать адиабатным.
Рис.1 Идеальный термодинамический цикл ДВС с подводом теплоты при V=const.
1.Необходимость использования многоступенчатого поршневого компрессора для
обеспечения безопасных условий его эксплуатации.
В случае необходимости использования многоступенчатого компрессора определить:
количество ступеней компрессора (т);
степень повышения давления в каждой ступени ();
действительное повышение температуры воздуха при его сжатии в каждой ступени
удельную работу затрачиваемую на сжатие воздуха в каждой ступени компрессора ().
2. Удельную работу затрачиваемую на сжатие воздуха в компрессоре ().
3.Удельную работу совершаемую воздухом при расширении в расширительном цилиндре (детандере) ().
4.Удельную работу цикла воздушной холодильной устанбовки ().
5.Удельную холодопроизводительность воздушной холодильной установки (q2)
6.Холодильный коэффициент цикла воздушной холодильной установки ().
7.Удельное количество теплоты (qхол) передаваемое от воздуха охлаждающей воде в
промежуточных и конечных холодильниках (при условии что после каждой ступени сжатия
воздух охлаждается до начальной температуры т.е. Тз=Т1).
8.Расход воздуха в холодильной установки (G)
9. Полную мощность потребную для осуществления цикла (N) и мощность привода компрессора (Nkm)
10. Расчет проиллюстрировать принципиальной схемой воздушной холодильной установки и ее термодинамическим циклом построенным на P - V диаграмме в соответствующем масштабе с учетом того что процесс сжатия воздуха в компрессоре может быть многоступенчатым. Для этого определить неизвестные параметра состояния воздуха в характерных точках цикла считая воздух идеальным газом.
Рассчитать термодинамический цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания используемого в качестве привода компрессора холодильной установки принимая в качестве рабочего тела воздух с начальными параметрами P = 01 МПа и Т1 Процессы сжатия и расширения рабочего тела в ДВС считать политропными. Характеристики цикла ДВС:
степень повышения давления ();
степень предварительного расширения ();
показатели политропных процессов сжатия и расширения рабочего тела и приведены
ниже в пункте «исходные данные».
1.Определить параметры состояния рабочего тела Pi vi Ti характерных точках цикла.
2.Определить для каждого процесса входящего в цикл:
количество теплоты (q);
работу процесса (l):
изменение внутренней энергии (Δи);
изменение энтальпии (Δh);
изменение энтропии (Δs).
3.Определить работу цикла (1ц).
4.Определить термический КПД цикла () и сравнить с КПД цикла Карно (GДВС) имеющего одинаковые с рассчитываемым циклом максимальное и минимальное значения температур.
5.Определить расход рабочего тела в ДВС (GДВС) полагая что мощность двигателя
соответствует мощности привода компрессора холодильной установки.
6.По результатам расчета построить на P - V диаграмме в соответствующем масштабе
термодинамический цикл двигателя внутреннего сгорания.

1.1.doc

1 Определим необходимость использования многоступенчатого поршневого компрессора для обеспечения безопасных условий его эксплуатации.
Определим давление воздуха поступающего в детандер P3.
принимаем Т3=Т1 Р4=Ратм следовательно
где – показатель адиабаты (для воздуха )
Предположим что сжатие производиться в одноступенчатом компрессоре и P1=P4=Pатм Р2=Р3=Ркм (Рис.2).
Рис.2 Цикл воздушной холодильной установки (с одноступенчатым компрессором)
Определим температуру воздуха в конце адиабатного сжатия (Т2)
превышает поэтому возникает опасность самовоспламенения смазочных материалов в цилиндре компрессора. Следовательно в данном случае необходимо использовать многоступенчатый компрессор.
Определим максимальную температуру воздуха которую по условию задания не допускается превышать при сжатии компрессора
Тогда при адиабатном процессе сжатия будет
Учитывая выражение получим
Тогда количество ступеней компрессора m
Округляем число ступеней компрессора до большего ближайшего целого числа m=3.
Учитывая полученной число ступеней m уточним степень давления для каждой ступени:
Температура воздуха после политропного сжатия в первой ступени компрессора будет
Действительное превышение температуры воздуха при его сжатии в каждой ступени компрессора составит
Действительное превышение температуры в первой второй и третьей ступени компрессора равны т.к. .
не превышает поэтому не возникает опасность самовоспламенения смазочных материалов в цилиндре компрессора.
Определим работу затрачиваемую на сжатие 1кг воздуха (удельную работу) в первой ступени компрессора
Тогда из формулы (учитывая что Т1=Т3 l1=l2=l3=l) получим
2 Удельную работу затрачиваемую на сжатие воздуха в компрессоре .
3 Найдем удельную работу совершаемую воздухом при расширении в расширительном цилиндре (детандере) .
где - удельная изобарная теплоемкость воздуха
4 Находим удельную работу цикла воздушной холодильной установки .
5 Находим удельную холодопроизводительность воздушной холодильной установки .
6 Холодильный коэффициент цикла воздушной холодильной установки .
7 Найдем удельное количество теплоты передаваемое от воздуха охлаждающей воде в промежуточных и конечных холодильниках (при условии что после каждой ступени сжатия воздух охлаждается до начальной температуры т.е. Т1=Т3 ).
принимаем Т1=Т3 получаем
8 Расход воздуха в холодильной установке G.
9 Полную мощность потребную для осуществления цикла N и мощность привода компрессора NКМ.
10 Построим принципиальную схему воздушной холодильной установки с многоступенчатым компрессором (Рис.3) и термодинамический цикл воздушной холодильной установки с многоступенчатым компрессором построенный в P – V координатах (Рис.4).
Рис.3 Принципиальная схема воздушной холодильной установки с многоступенчатым компрессором.
ОП – охлаждаемое помещение;
КМ1 – первая ступень компрессора;
КМ2 – вторая ступень компрессора;
КМ3 – третья ступень компрессора;
X1 – холодильник ( для первой ступени компрессора);
X2 – холодильник ( для второй ступени компрессора);
X3 – холодильник ( для третьей ступени компрессора);
РЦ – расширительный цилиндр
q1 – удельная теплота отбираемая в ОП (удельная холодопроизводительность)
q2 – удельная теплота отданная в холодильнике.

Рассчитаем термодинамический цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания.doc

Рассчитаем термодинамический цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания.
1 Определить параметры состояния рабочего тела рiViTi в характерных точках цикла.
Из уравнения состояния идеального газа Р1V1=RT1:
2 Определим для каждого процесса входящего в цикл q l Δu Δs Δh.
– 2 – политропное сжатие рабочего тела
работа процесса затраченная на изменение объема
изменение внутренней энергии
-3 – изохорный подвод теплоты
-4 – политропное расширение рабочего тела
-1 – изохорный отвод теплоты
3. Расчет работы цикла lц
4 Определим термический КПД цикла и сравним его с КПД цикла Карно
Термический КПД идеального цикла Карно
5 Определим расход рабочего тела в ДВС (GДВС)
6 Построим на P – V диаграмме термодинамический цикл ДВС. Выше в пункте 2.1 мы определили параметры состояния рабочего тела рiViTi в характерных точках цикла на основе полученных результатов построим термодинамический цикл ДВС.
В ходе работы мы рассчитали параметры состояния газа в воздушной холодильной установки с трёх ступенчатым компрессором который работает без опасности самовоспламенения смазки в цилиндре. Так же рассчитали параметры состояния газа в двигателе внутреннего сгорания и вычислили его термический коэффициент полезного действия - он составляет 72% тогда как термический коэффициент полезного действия идеального цикла Карно составляет 88%.
Список используемой литературы.
Техническая термодинамика: Учебник для вузов В.А. Кириллин В.В. Сычёв А.Е.
Шейндлин. - 4-е изд. - М: Энергоатомиздат 1983. - 416 с.
Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебное пособие для вузов.
- М: Высш. шк 1969. - 560 с.
Теплотехника: Учебник для вузов Под ред. А.П. Баскакова. - 2-е изд. - М.:
Энергоатомиздат 1991. - 224 с
Теплотехника: Учебное пособие Под ред. Г.А. Матвеева. - М.: Высш. шк. 1981. - 480 с

Исходные данные.doc

Рис.1 Идеальный термодинамический цикл ДВС с подводом теплоты при V=const.

эскиз.dwg

Термодинамические циклы энергетических установок
ДМ 22-02.00.00.00 ПЗ
Термодинамическиq цикл воздушной холодильной установки с многоступенчатым компрессором
Термодинамическиq цикл ДВС