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.
страница2/3
Дата публикации16.06.2013
Размер409.48 Kb.
ТипМетодические указания
www.lit-yaz.ru > Спорт > Методические указания
1   2   3

^ Цикл со смешанным подводом теплоты

Недостатком двигателей, в которых применяется цикл с подводом теплоты при р = const, является необходимость использования компрессора для подачи топлива. Наличие компрессора усложняет конструкцию и уменьшает экономичность двигателя. В настоящее время такие двигатели применяются на судах и в качестве стационарных установок тепловых электростанций.

Двигатели, работающие по смешанному циклу, являются более совершенствованными (бескомпрессорные дизели). Первый патент на бескомпрессорный двигатель высокого давления был выдан в 1904 г. русскому инженеру Г.В. Тринклеру (1886-1956). Однако двигатели получили широкое распространение позже, когда удалось осуществить раздельное распыливание топлива при V = const и p = const. В настоящее время по смешанному циклу работают преимущественно транспортные бескомпрессорные двигатели, использующие тяжелое топливо.

Цикл в pV- и Ts-координатах представлен на рисунке 1.3. Он осуществляется следующим образом. Рабочее тело с параметрами р1, V1, Т1 сжимается по адиабате 1-2 до объема V2 при этом давление и температура повышаются до р2, Т2. Далее по изохоре 2-3 к рабочему телу подводится первая доля теплоты . При постоянном давлении подводится вторая доля теплоты по изобаре 3-4. От точки 4 рабочее тело расширяется по адиабате 4-5. После чего тепло q2 отводится в теплоприемник по изохоре 5-1, рабочее тело приходит в первоначальное состояние с параметрами р1, V1, Т1, цикл замыкается.



Рисунок 1.3. Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты: а — в pv-координатах; б — в Ts-координатах

Характеристиками цикла являются:

  1. степень сжатия



  1. степень предварительного расширения



  1. степень повышения давления



Первая доля подведенной теплоты составляет



Вторая доля подведенной теплоты равна



Количество 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 , степени предварительного расширения ρ и степени повышения давления λ. С увеличением ε, k, λ и уменьшением ρ КПД увеличивается.

Для двигателей, работающих по циклу Сабатэ-Тринклера, степень сжатия составляет ε = 12÷13. По своим показателям он занимает промежуточное положение между циклами Отто и Дизеля.


    1. ^ Цикл газотурбинных установок

Возможность получения значительной мощности в одном агрегате вследствие отсутствия и более полного расширения продуктов сгорания (до атмосферного давления), а также малые габариты и низкие расходы масла и охлаждающей жидкости обуславливают развитие ГТУ. Рабочим телом в ГТУ являются продукты сгорания жидкого или газообразного топлива. Если в поршневых ДВС все процессы, которые определяются циклами, осуществляются в цилиндре двигателя, то в ГТУ эти процессы осуществляются раздельно в различных частях.

ГТУ могут работать по циклам со сгоранием при постоянном объеме и постоянном давлении. В настоящее время применяют ГТУ исключительно с изобарным подводом теплоты. Как показывает практика газотурбостроения, они имеют наилучшие перспективы.

На рисунке 1.4 представлен идеальный цикл ГТУ в pV- и Ts-координатах с подводом теплоты при р = const. Идеальный газ с параметрами р1, V1, Т1 сжимается по адиабате 1-2 (процесс соответствует сжатию воздуха в компрессоре). Подвод теплоты к сжатому газу осуществляется по изобаре 2-3. Затем рабочее тело расширяется по адиабате 3-4 и возвращается в исходное состояние по изобаре 4-1, отдавая тепло q2 теплоприемнику.



Рисунок 1.4 Цикл газотурбинной установки: а — в pv-координатах; б — в Ts-координатах
Характеристиками цикла ГТУ являются:

  1. Степень повышения давления при адиабатном сжатии (соответствует сжатию воздуха в компрессоре):



Величина β оказывает влияние на мощностные и экономические показатели двигателя. Для транспортных ГТУ .

2) Степень предварительного расширения



Количество подведенной теплоты по изобаре 2-3 равно



Количество отведенной теплоты по изобаре 4-1 равно



При этих значениях получаем



Выражение термического КПД цикла через характеристики цикла имеет вид



Следовательно, термический КПД ГТУ с изобарным подводом теплоты зависит только от степени повышения давления λ и показателя адиабаты k (он увеличивается с повышением значений этих величин).


  1. ^ Методические рекомендации к выполнению работы

Работа включает решение задачи и выполняется в течение всего учебного семестра. Ее выполнение является обязательным условием положительной аттестации студента по дисциплине.

Индивидуальное задание выдается каждому студенту в начале семестра в виде номера задачи. Первая цифра номера варианта соответствует предпоследней цифре, а вторая – последней цифре номера зачетной книжки студента.

Чтобы успешно подготовиться и выполнить контрольную работу необходимо:

1. Внимательно ознакомиться с содержанием задачи, записать ее условие, вставляя в текст численные значения исходных данных из соответствующей таблицы.

2. По конспекту лекций и данному пособию изучить теоретический материал по соответствующим темам, обращая особое внимание на методику практических расчетов. Подобрать по списку рекомендованной литературы и получить в библиотеке университета один из учебников, подробно ознакомиться с описанием цикла, предложенного для анализа.

3. Провести черновой расчет задачи с помощью калькулятора и на компьютере в случае необходимости, соблюдая последовательность расчетов и самопроверок такими же, как они даются в приведенном ниже примере. Необходимо учитывать следующие особенности:

- процессы сгорания и выпуска газа рассматриваются как процессы подвода и отвода теплоты;

- все процессы, составляющие цикл, являются обратимыми;

- условный нуль энтропии принять соответствующим нормальным физическим условиям (р0 = 101325 Па, Т = 273 К).

4. Оформить отчет по работе в соответствии с требованиями, ориентируясь при этом на приведенный в настоящих методических указаниях пример.

Если в подготовительной работе или в процессе расчетов возникают вопросы или неясности, студенту необходимо обращаться к преподавателю за консультациями, которые организуются кафедрой еженедельно по специальному расписанию.

5. При отчете студент должен уметь изложить весь ход решения, ответить на все контрольные вопросы.
Основные требования к оформлению отчета по работе:
1. Отчет должен начинаться титульным листом, начиная со второй страницы – содержание работы, включающее в себя номер варианта и исходные данные для расчета, подробный ход решения, сводную таблицу результатов по форме, указанной в решении (таблица 4.1), рисунки и графики, требуемые заданием, а завершаться списком использованной литературы.

2. Отчет должен быть написан черными, синими или фиолетовыми чернилами или пастой аккуратным, разборчивым почерком (или напечатан) на листах формата А4 (210 × 297).

3. Графический материал (рисунки, графики) можно рисовать мягким карандашом на небольших листках миллиметровой или клетчатой бумаги, наклеивая их на страницы отчета. Каждый рисунок должен быть пронумерован и сопровождаться развернутой подписью.

4. Все расчеты оформляются в развернутом виде: сначала записывается формула, далее знак равенства и численные значения всех входящих в формулу параметров в той же последовательности, как они стоят в формуле, далее знак равенства, результат вычислений.

5. Все расчеты проводятся в международной системе измерения физических величин (система СИ).

6. Расчетные формулы должны сопровождаться лаконичными пояснениями, включающими и полную расшифровку всех принятых условных обозначений.

Контрольные вопросы

  1. Почему в качестве рабочих тел в термодинамике используются газы и пары?

  2. Какие величины называют параметрами состояния рабочего тела? Перечислите их. В каких единицах они измеряются?

  3. Как связаны между собой параметры состояния в изохорном, изобарном, изотермическом, адиабатном и политропном процессах?

  4. Какой вид имеет уравнение первого начала термодинамики для изохорного, изобарного, изотермического, адиабатного процессов?

  5. В чем состоят основные свойства pV- и в Ts-диаграмм?

  6. Изобразите основные термодинамические процессы в pV- и в Ts-координатах.

  7. Как на pV-диаграмме графически определяется удельная работа прямого цикла?

  8. Как доказать, что на Ts-диаграмме изохора располагается круче изобары?

  9. Что характеризует и чем определяется термический КПД обратимых круговых процессов?

  10. Почему термодинамические циклы называют идеальными?

  11. Как доказать, что с увеличением степени сжатия в ДВС повышается температура в конце сжатия?

  12. Как изменяется температура T4 в цикле со смешанным подводом теплоты при увеличении степени предварительного расширения?

  13. Как влияет увеличение степени сжатия на термический КПД ДВС?

  14. Как влияет степень повышения давления в ГТУ с изобарным подводом теплоты на их термический КПД?



  1. Задания на контрольную работу


Провести расчет теоретического термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания (ДВС) или газотурбинной установки (ГТУ). В качестве рабочего тела принять 1 кг сухого воздуха. Удельная газовая постоянная R = 286,4 Дж/кг·К. Удельную теплоемкость воздуха считать постоянной и равной Сυ = 0,72 кДж/кг·К. Показатель адиабаты процессов сжатия и расширения принять равным k = 1,4.

Необходимо определить:

  1. параметры всех характерных точек цикла (параметры состояния рабочего тела: давление р, удельный объем V, температуру T, энтропию s);

  2. термодинамические характеристики каждого процесса и цикла в целом: - работу, производимую за цикл lц;

- полезно использованную теплоту цикла qц;

- изменение энтропии Δs;

- термический КПД цикла ηt;

- термический КПД цикла Карно ηtk.

Теоретический цикл представить в pV- и Ts-координатах с соблюдением масштаба.
Варианты заданий на контрольную работу
Задача 1. Провести расчет теоретического термодинамического цикла поршневого ДВС с изохорным подводом теплоты, который задан следующими параметрами:

давление в конце процесса всасывания р1 = ___ 105 Па,

температура в конце процесса всасывания Т1 = ___ °С,

степень сжатия ε = ___,

количество подводимого тепла q1 = ___ кДж/кг.

Исходные данные принять по табл. 3.1
Таблица 3.1

Первая

цифра

номера

варианта

p1,

105 Па

t1,°С


Вторая

цифра

номера

варианта

Количество подводимого тепла

q1, кДж/кг

Степень

сжатия

ε


0

1,0

27

0

1720

6,0

1

1,0

17

1

1845

6,3

2

1,0

30

2

1970

7,6

3

1,0

0

3

2390

7,0

4

0,8

17

4

1930

6,5

5

0,8

37

5

1970

6,6

6

0,8

37

6

2055

6,8

7

0,9

0

7

2355

7,5

8

0,9

27

8

1725

6,6

9

0,9

47

9

2180

7,1


Задача 2. Провести расчет теоретического термодинамического цикла поршневого ДВС с изобарным подводом теплоты, который задан следующими параметрами:

давление в конце процесса всасывания р1 = ___ 105 Па,

температура в конце процесса всасывания Т1 = ___ °С,

степень сжатия ε = ___,

степень предварительного расширения ρ = ___.

Исходные данные принять по табл. 3.2

Таблица 3.2

Первая

цифра

номера

варианта

p1,

105 Па

t1,°С


Вторая

цифра

номера

варианта

Степень

сжатия

ε


Степень предварительного расширения ρ


0

1,0

15

0

11

2,1

1

1,0

20

1

11

2,2

2

1,0

27

2

12

2,3

3

1,0

22

3

15

2,8

4

0,9

17

4

13

2,4

5

0,9

27

5

12

2,4

6

0,9

20

6

11

2,5

7

0,9

20

7

10

2,6

8

0,8

14

8

11

2,8

9

0,8

27

9

12

2,5


Задача 3. Провести расчет теоретического термодинамического цикла поршневого ДВС со смешанным подводом теплоты, который задан следующими параметрами:

давление в конце процесса всасывания р1 = ___ 105 Па,

температура в конце процесса всасывания Т1 = ___ °С,

степень сжатия ε = ___,

степень предварительного расширения ρ = ___,

степень повышения давления λ = ___.

Исходные данные принять по табл. 3.3

Таблица 3.3

Первая

цифра

номера

варианта

p1,

105 Па

t1,°С


Вторая

цифра

номера

варианта

Степень

сжатия

ε


Степень предварительного расширения ρ


Степень повышения

давления λ

0

1,2

24

0

14

1,45

1,35

1

1,4

25

1

13,5

1,4

1,3

2

1,28

26

2

13

1,35

1,25

3

1,33

27

3

12,5

1,3

1,2

4

1,38

28

4

12

1,25

1,15

5

1,43

29

5

11,5

1,2

1,1

6

1,18

14

6

14

1,45

1,38

7

1,23

16

7

13,5

1,4

1,33

8

1,28

17

8

13

1,35

1,28

9

1,0

15

9

17,5

1,41

1,27


Задача 4. Провести расчет теоретического термодинамического цикла ГТУ с изобарным подводом теплоты, который задан следующими параметрами:

давление воздуха на входе в ГТУ р1 = ___ 105 Па,

температура воздуха на входе в ГТУ Т1 = ___ °С,

степень предварительного расширения продуктов сгорания ρ = ___,

степень повышения давления в компрессоре β = ___.

Исходные данные принять по табл. 3.4

Таблица 3.4

Первая

цифра

номера

варианта

p1,

105 Па

t1,°С


Степень повышения

давления β

Вторая

цифра

номера

варианта

Степень предварительного расширения ρ

0

1,0

27

3,8

0

10

1

1,1

42

4,2

1

8

2

1,0

17

4,5

2

8

3

1,0

47

4,96

3

9

4

0,9

15

4,54

4

10

5

0,9

52

5,14

5

11

6

0,9

27

3,75

6

8

7

1,1

45

5,1

7

10

8

0,8

27

5,67

8

11

9

0,8

40

5,42

9

9


1   2   3

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