Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А.




Скачать 409.48 Kb.
НазваниеМетодические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А.
страница1/3
Дата публикации16.06.2013
Размер409.48 Kb.
ТипМетодические указания
www.lit-yaz.ru > Спорт > Методические указания
  1   2   3

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Волжский государственный инженерно-педагогический университет»

Автомобильный институт

Кафедра «Автомобильный транспорт»

Е.Г. ЖУЛИНА

А.Г. КИТОВ

Ф.Е. КАЛЬНИЦКИЙ

ТРАНСПОРТНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Методические указания

Нижний Новгород

2011
ББК 620.9

Ж 87

Транспортная энергетика: Методические указания/ Сост.: Жулина Е.Г., Китов А.Г., Кальницкий Ф.Е. - Н.Новгород: ВГИПУ, 2011. - 28 с.

Методические указания составлены в соответствии с программой курса «Транспортная энергетика» для изучения раздела «Идеальные циклы тепловых двигателей с газообразным рабочим телом». Работа содержит краткое описание основных теоретических циклов ДВС и газотурбинных установок, контрольные задания для самостоятельной работы студентов. Представлен пример расчета и оформления задачи одного из вариантов и рекомендуемая литература.

Методические указания предназначены для студентов заочного отделения, обучающихся по специальности 190701.65 Организация перевозок и управление на транспорте (автомобильный транспорт).


© Жулина Е.Г.,2011

© Кальницкий Ф.Е.,2011

© ВГИПУ, 2011


СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………………………………………….4

  1. Идеальные циклы тепловых двигателей…………………………………………...5

    1. Цикл с изохорным подводом теплоты…………………………………………..7

    2. Цикл с изобарным подводом теплоты…………………………………………..9

    3. Цикл со смешанным подводом теплоты……………………………………….10

    4. Цикл газотурбинных установок………………………………………………...12

  2. Методические рекомендации к выполнению работы…………………………….14

  3. Задания на контрольную работу…………………………………………………...17

  4. Пример выполнения контрольной работы………………………………………...21

Литература………………………………………………………………………………28

ВВЕДЕНИЕ

Для стабилизации и укрепления положительных тенденций в развитии экономики нашей страны необходимо направлять все усилия государства и общества на обновление средств и методов производства, использование высокопроизводительных энерго- и ресурсосберегающих технологий и оборудования, способных обеспечить выпуск конкурентоспособной на мировом рынке продукции. Решение перечисленных основных проблем во многом зависит от эффективной работы транспорта, где основными источниками энергии являются тепловые двигатели, в них теплота сжигаемого топлива преобразуется в механическую работу.

Энергетическая эффективность и степень совершенства теплотехнического оборудования, которое применяется на транспорте, определяются тем, насколько широко и правильно были проведены различные тепловые расчеты еще на этапе проектирования оборудования, его основных частей и агрегатов.

Методики теплоэнергетических расчетов разрабатываются в рамках двух отдельных наук: термодинамики, изучающей законы преобразования различных видов энергии друг в друга, и теплопередачи, вооружающей нас инженерными методиками расчета различных процессов теплообмена. Поэтому твердое знание основ термодинамики и теории теплообмена, умение применить эти знания для решения практических задач является совершенно необходимым для всех инженерно-технических работников, связанных с проектированием, эксплуатацией, ремонтом и автоматизацией современных транспортных коммуникаций, транспортных предприятий и транспортных машин.

Контрольная работа, предложенная настоящей работой, выполняется студентами с целью закрепления и углубления учебного материала. Выполнение работы прививает определенные навыки практического применения основных методик термодинамического анализа для расчетов термодинамических процессов, расширяет знания об идеализированных циклах реальных тепловых машин, позволяет на конкретных примерах усвоить методику энергетического анализа и расчета важнейших процессов и циклов.


  1. ^ Идеальные циклы тепловых двигателей


Тепловые двигатели являются наиболее распространенными источниками энергии для транспортных средств. В этих двигателях химическая энергия топлива превращается в теплоту, которая затем преобразуется в механическую работу.

Циклы тепловых двигателей можно разбить на газовые и паровые циклы.

Газовые циклы – циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и циклы газотурбинных установок (ГТУ), рабочим телом которых является газообразное вещество, обычно продукты сгорания топлива.

Паровые циклы – циклы паросиловых установок (ПТУ), их рабочим телом является вещество, которое в течение цикла находится то в парообразном, то в жидком состоянии.

ДВС - тепловые машины, в которых подвод тепла к рабочему телу заменяется непосредственным сжиганием топлива в смеси с необходимым количеством воздуха внутри самого двигателя.

В результате химического соединения горючих частей топлива (С, Н, S) и кислорода воздуха, подаваемых для целей сгорания внутрь машины, образуются продукты сгорания топлива – газовая смесь, которая является рабочим телом в ДВС.

Данный тип двигателя является газовым, несмотря на то, что топливом может служить любое горючее: твердое, жидкое, газообразное.

При использовании газа в качестве топлива, горючий газ смешивается в определенной пропорции с воздухом и в виде такой горючей смеси поступает в машину, где воспламеняется электрической искрой. В результате сгорания выделяется тепло, продукты горения расширяются и производят работу.

Жидкое топливо – бензин, спирт, керосин, ДТ (смесь газойля и солярового масла) – вводится в двигатель в распыленном состоянии с определенным количеством воздуха и образует с ним горючую смесь.

Использование в ДВС твердого топлива, вводимого в рабочее пространство в виде пыли, не дало положительных результатов. Затруднение связано в получении хорошего перемешивания горючего с воздухом и удалении из двигателя золы.

По принципу работы ДВС делятся на два типа: поршневые и лопаточные.

Основными преимуществами поршневых ДВС являются сравнительно небольшие габариты, вес; постоянная готовность к пуску и немедленному приему нагрузки, а также отсутствие расходов горючего в нерабочий период двигателя. К существенному недостатку относится невозможность получения большой мощности в одном агрегате из-за больших инерционных усилий, возникающих от возвратно-поступательно движущихся масс двигателя при повышении числа оборотов коленчатого вала.

В ГТУ рабочим телом являются продукты сгорания жидкого и газообразного топлива, но возвратно-поступательный принцип заменен вращательным движением колеса под действием струи газа.

В реальном тепловом двигателе превращение тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу связано с рядом последовательных физико-химических и термодинамических преобразований, составляющих в совокупности необратимый круговой и незамкнутый цикл. Такой цикл принято называть рабочим (действительным).

В виду сложности реальных явлений, происходящих при работе двигателя, в термодинамике рассматриваются идеальные циклы, представляющие собой замкнутые циклы, состоящие только из обратимых процессов, которые, как известно, могут подвергаться термодинамическим исследованиям.

Характерные особенности идеального цикла заключаются в следующем:

- рабочим телом в цикле является идеальный газ, неизменный по массе, химическому составу и теплоемкости;

- теплота к рабочему телу мгновенно подводится от внешнего источника, а не выделяется при сгорании топлива внутри цилиндра двигателя или в камере сгорания;

- предполагается отсутствие потерь на трение, теплоотдачи нагретых частей двигателя, насосных потерь, изменения состава рабочей смеси и других необратимых явлений, сопровождающих работу двигателя и снижающих его экономичность;

- обратимый процесс обеспечивает максимальную степень превращения теплоты в механическую работу, и термический КПД идеального цикла превосходит индикаторный КПД двигателя;

- все типы циклов в одинаковых условиях сравнимы между собой, следовательно, есть возможность получить максимально достижимый предел использования теплоты в том или другом цикле, наглядно выявить основные параметры, влияющие на их экономичность, и наметить пути дальнейшего совершенствования двигателей.

Результаты исследования идеальных циклов можно применять к практическим, действительно осуществляемым процессам ДВС и ГТУ введением в расчет различных поправочных коэффициентов.

В зависимости от характера подвода теплоты идеальные циклы поршневых ДВС подразделяются на три группы:

  1. Цикл с изохорным подводом теплоты (цикл Отто) впервые осуществил нем. инженер Н.А. Отто 1877 г. Этот цикл является идеальным циклом карбюраторных и газовых двигателей, для которых характерно быстрое сгорание топлива при V = сonst.

  2. Цикл с изобарным подводом теплоты (цикл Дизеля) разработан в 1897 г. немецким инженером Дизелем. Такой цикл является идеальным циклом ГТУ и компрессорных ДВС, для которых характерно постепенное сгорание топлива при р = const.

  3. Цикл со смешанным подводом теплоты (цикл Сабатэ-Тринклера), который построил в 1904 г. русский инженер Г.В. Тринклер. Сгорание топлива в таком двигателе происходит сначала при V = сonst, затем при р=const.




    1. Цикл с изохорным подводом теплоты

Цикл Отто состоит из двух адиабат и двух изохор. Цикл в pv- и Ts-координатах представлен на рисунке 1.1. Он осуществляется следующим образом. Рабочее тело (1 кг идеального газа) с параметрами р1, V1, Т1 сжимается в цилиндре под поршнем по адиабате 1-2 до объема V2 при этом давление и температура повышаются до р2, Т2, что соответствует перемещению поршня от нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Далее при постоянном объеме по изохоре 2-3 к газу от источника подводится тепло q1, давление повышается до р3. После этого газ расширяется (совершает работу) по адиабате 3-4 от объема V3 = V2 до объема V4 = V1 (поршень возвращается в НМТ). Далее происходит отвод тепла q2 от газа по изохоре 4-1, цикл замыкается, газ приходит в первоначальное состояние с параметрами р1, V1, Т1 (точка 1 на диаграмме).



Рисунок 1.1. Цикл ДВС с изохорным подводом теплоты: а — в pv-координатах; б — в Ts-координатах; в — схема цилиндра с поршнем
Характеризующими этот цикл величинами являются:

1) степень сжатия ε – отношение удельного объема в начале сжатия к удельному объему в конце сжатия :



2) степень повышения давления λ – отношение давления в конце подвода теплоты р3 к давлению в начале подвода теплоты р2:



Этот параметр отражает тепловую нагрузку цикла.

Подведенная теплота пропорциональна площади под процессом 2-3 на Ts – диаграмме и составляет:



Отведенная теплота пропорциональна площади под процессом 4-1 и равна:



Согласно определению, термический КПД цикла



Выражение термического КПД цикла через характеристики цикла имеет вид



Таким образом, термический КПД цикла с подводом теплоты при постоянном объеме зависит только от степени сжатия ε и показателя адиабаты k (природы рабочего тела), увеличиваясь с возрастанием этих величин.

Степень сжатия является важным параметром работы двигателя: чем она больше, тем выше экономичность ДВС. Но максимальная степень сжатия в карбюраторных двигателях ограничивается детонацией – самовоспламенением горючей топливовоздушной смеси. Следствие детонации является появление стука металлического характера внутри цилиндра, перегрев двигателя из-за резкого нарастания температуры в процессе сгорания, появление черного дыма на выхлопе из-за неполноты сгорания топлива. Максимальная степень сжатия в карбюраторных двигателях не превышает 9÷10.


    1. ^ Цикл с изобарным подводом теплоты

Как видно из предыдущего цикла, термический КПД зависит от степени сжатия рабочего тела. Чтобы увеличить степень сжатия немецкий инженер Р.Дизель разработал цикл, в котором горючее рабочее тело заменяется негорючим (воздухом). Впущенный в цилиндр воздух сжимается до более высокого давления, чем в цикле Отто. Цикл в pV- и Ts-координатах представлен на рисунке 1.2. Он осуществляется следующим образом. Рабочее тело с параметрами р1, V1, Т1 сжимается в цилиндре под поршнем по адиабате 1-2 до объема V2 при этом давление и температура повышаются до р2, Т2, что соответствует перемещению поршня от нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Далее при постоянном давлении по изобаре 2-3 к газу от источника подводится тепло q1, объем увеличивается до V3. После этого происходит адиабатное расширение от объема V3 до объема V4 = V1 (процесс 3-4) с понижением давления и температуры. Далее тепло q2 отводится от газа по изохоре 4-1, цикл замыкается, газ приходит в первоначальное состояние с параметрами р1, V1, Т1.



Рисунок 1.2. Цикл ДВС с изобарным подводом теплоты: а — в pv-координатах; б — в Ts-координатах
Характеризующими этот цикл величинами являются:

  1. степень сжатия



Степень сжатия у дизелей больше, чем в карбюраторных двигателях. Минимальное значение, при котором происходит самовоспламенение ε = 12÷13. Верхний предел ограничен ε = 19÷20, так как увеличение коэффициента сжатия вызывает резкое повышение давления в цилиндре, что приводит к значительному сопротивлению в узлах трения и, как следствие, дает чрезмерные нагрузки на кривошипно-шатунный механизм.

  1. степень предварительного расширения ρ – отношение удельного объема газа в конце подвода теплоты к удельному объему в начале подвода теплоты :



Количество подведенной теплоты равно

,

отведенной теплоты

При этих значениях получаем



Выражение термического КПД цикла через характеристики цикла имеет вид



Из уравнения следует, что термический КПД цикла зависит от степени сжатия ε, показателя адиабаты k и степени предварительного расширения ρ. С увеличением ε, k и уменьшением ρ КПД увеличивается.

  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А. iconУчебно-методическое пособие Нижний Новгород
Жулина Е. Г., Китов А. Г. Сборник заданий и задач по гидравлике: Учебно-методическое пособие/ Жулина Е. Г., Китов А. Г. Н. Новгород:...

Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А. iconМетодические указания по анализу финансового 12 состояния организации 12
Методические указания предназначены для выполнения курсовых работ по дисциплине «Анализ хозяйственной деятельности» для студентов...

Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А. iconМетодические указания к лабораторным наборам предназначены для студентов,...
Металлургическая гидроаппаратура: Методические указания к лабораторным работам / Санкт-Петербургский государственный горный институт...

Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А. iconМетодические указания по выполнению реферата рпк «Политехник»
Русский язык и культура речи: Методические указания по выполнению реферата / Сост. О. В. Виноградова; Волгоград гос техн ун-т. –...

Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А. iconМетодические указания по изучению курса Для специальности 031001 Филология (Русский язык)
История и теория русской литературной критики [Текст]: методические указания по изучению курса. / З. Ж. Кудаева – Нальчик: Каб. Балк...

Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А. iconЭкономический факультет кафедра «Менеджмент и маркетинг» методические...
Методические указания предназначены для студентов специальности «Бизнес и администрирование» экономического факультета

Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А. iconМетодические указания к курсовому проекту по дисциплине «Технологии программирования»
Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 220200 «Автоматизированные системы обработки информации...

Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А. iconМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине «Теория электрической связи»
Методические указания предназначены для студентов дневной формы обучения по специальности «Телекоммуникационные системы и сети»

Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А. iconМетодические указания по выполнению курсового проекта с использованием...
Изложены общие указания по курсовому проектированию, приведены задания на проекты, даны методические указания по отдельным этапам...

Методические указания Нижний Новгород 2011 ббк 620. 9 Ж 87 Транспортная энергетика : Методические указания/ Сост.: Жулина Е. Г., Китов А. iconМетодические указания и контрольные задания по дисциплине «Экономика организации»
Методические указания составлены в соответствии с примерной программой по дисциплине



Образовательный материал



При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
www.lit-yaz.ru
главная страница