Пособие для ДЗ Циклы - копия (802812)
Текст из файла
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВАРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФГБОУ ВО РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ –МСХА им. К.А. ТИМИРЯЗЕВАЭнергетический факультетКафедра Теплотехники, гидравлики и энергообеспечения предприятийС.П. Рудобашта, Е.Л. БабичеваТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТИДЕАЛЬНЫХ ЦИКЛОВ ТЕПЛОВЫХМАШИНМетодические указанияМоскваФГБНУ «Росинформагротех»2017УДКББКРРудобашта С.П., Бабичева Е.Л.
Термодинамический расчет идеальных циклов тепловых машин: Методические указания / М.:Изд-во ФГБНУ «Росинформагротех», 2017. 47 с.В указаниях изложены основные сведения для выполнения расчетнографической работы по дисциплине «Теплотехника». Методические указанияпредназначены для бакалавров, обучающихся по направлениям подготовки:«Агроинженерия» и «Эксплуатация транспортно-технологических машин икомплексов».Рекомендовано к изданию методической комиссией энергетического факультета (протокол № 1от 28 августа 2017г.).© Рудобашта С.П., Бабичева Е.Л., 2017© ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А.
Тимирязева, 2017© ФГБНУ «Росинформагротех», 20172СОДЕРЖАНИЕ.Введение………………………………………………………………………. 41. Круговые процессы (циклы)……………………………………………… 52. Идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания…………………... 82.1. Допущения, принимаемые при формулировке понятия «идеальный цикл двигателей внутреннего сгорания»……………………… 82.2. Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме газа……..…….. 92.3. Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении газа………… 122.4 Цикл со смешанным подводом теплоты …………………………..... 153.
Термодинамический расчет идеальных циклов тепловых машин……. 163.1. Последовательность термодинамического расчета идеальныхциклов тепловых машин……………………………………………..3.2. Пример термодинамического расчета идеального цикла тепловыхмашин ………………………………………………………..………..3.3. Пример термодинамического расчета идеального цикла со смешанным подводом теплоты.……………………………………Библиографический список……………………………………………………...Приложения……………………………………………………………………….31619243031ВВЕДЕНИЕСегодня практически любая область инженерной деятельности во многом связана с проблемами энергосбережения, разработкой, внедрением иэксплуатацией ресурсосберегающих технологий, с вопросами трансформации и передачи энергии.
Учебная дисциплина «Теплотехника» призвана вооружить будущего специалиста знаниями общих законов и основанных наэтом инженерных методик расчета процессов, возникающих при получении,трансформации и распространении в пространстве тепловой энергии. Структурно она подразделяется на четыре части: техническую термодинамику,теорию тепло- и массообмена, теплоэнергетические установки, применениетеплоты в отрасли.Теплотехника, как наука, оформилась в 18-м веке – в первую очередь, вответ на запросы развивающихся производств и транспорта.
Она явиласьтеоретической базой для создания тепловых машин, в которых теплота, получаемая в результате сжигания топлива, используется для совершения работы.Теплотехника как учебная дисциплина наиболее тесно связана с такимисмежными дисциплинами, как математика, физика, химия, гидравлика, знания которых используются при ее изложении. В свою очередь, сведения, почерпнутые студентами из курса теплотехники, необходимы для изучения имиспециальных дисциплин по направлению подготовки, а также для будущейпрофессиональной деятельности.Методические указания для студентов написаны в соответствии с программой дисциплины «Теплотехника» и содержит сведения, позволяющиестудентам практически освоить термодинамический расчет идеального цикла.41. КРУГОВЫЕ ПРОЦЕССЫ (ЦИКЛЫ)Согласно первому закону термодинамики, являющемуся частным случаем закона сохранения и превращения энергии, теплота и работа могут взаимно превращаться друг в друга.
Однако условия, при которых эти превращения возможны, первый закон термодинамики не рассматривает. В частности,первый закон не позволяет решить вопрос о том, при каких условиях возможен переход теплоты от нагретого тела к холодному и наоборот, возможноли полное взаимное превращение теплоты и работы, т.е. равнозначны ли этипроцессы и т.д. Закон, позволяющий указать направление теплового потока ипредел возможного превращения теплоты в работу в тепловых машинах,называют вторым законом термодинамики.В процессе однократного расширения газа в цилиндре тепловой машиныполучается некоторое ограниченное количество работы, поскольку наступаетмомент, когда температура и давление рабочего тела будут равны температуре и давлению окружающей среды и процесс превращения теплоты в работупрекратится. Для повторного получения работы расширения необходимо рабочее тело возвратить в исходное состояние, т.е.
совершить над ним работусжатия. Процессы, в которых рабочее тело, пройдя ряд различных состояний,возвращается в исходное состояние, но иным путем, не тем, которым оновышло из исходного состояния, называют круговыми процессами или циклами.Прямой круговой процесс. На рис. 1.1 а представлен произвольныйобратимый (т.е. состоящий из обратимых процессов) цикл в p,υ- и T,sкоординатах. Пусть рабочее тело расширяется по кривой 1–2–3 и совершаетработу расширения lр, изображаемую в p,υ-координатах площадью 1233'1'1.При достижении точки 3 рабочее тело должно быть возвращено в состояние,характеризуемое точкой 1, для того чтобы снова совершать работу расширения. Процесс сжатия можно осуществить по линии 3–2–1, но в этом случаепридется затратить всю работу, полученную при расширении, т. е.
полезная5работа цикла lц будет равна нулю. Очевидно, чтобы тепловой двигатель производил механическую работу, работа расширения должна быть больше работы, затрачиваемой на сжатие, lсж. Следовательно, кривая сжатия 3–4–1должна лежать ниже кривой расширения. В этом случае работа сжатия изображается площадью 3411'3'3, а полученная работа цикла lц с учетом масштабабудет равна площади 12341, ограниченной контуром цикла.Рис. 1.1. Круговые процессы (циклы):а – прямой в р,υ- и Т,s-координатах; б – обратный в р,υ- и Т,s-координатах(штриховые линии – адиабаты)Проведем две адиабаты, которые касаются контура цикла в точках 2 и 4.При этом круговой процесс окажется расчлененным на два участка: участок4–1–2, на котором теплота q1 подводится, и участок 2–3–4, на котором теплота q2 отводится.
В точках 2 и 4, лежащих на адиабатах, подвод и отвод тепло6ты отсутствует и тепловой поток меняет знак. Следовательно, для непрерывной работы теплового двигателя необходим циклический процесс, в которомк рабочему телу подводится теплота q1 от горячего источника, а теплота q2отводится к холодному источнику.В T,s-координатах теплота q1 изображается площадью 4122'4'4, а теплотаq2 – площадью 22'4'432. В этом случае работа цикла положительна.Круговой процесс, в котором работа расширения больше работы сжатия,называется прямым круговым процессом или циклом (циклом теплового двигателя). Прямой цикл протекает в направлении по ходу часовой стрелки, т.е.линия расширения расположена выше линии сжатия.
Так как рабочее тело врезультате цикла возвращается в исходное состояние, то его внутренняяэнергия за цикл не изменяется (Δu = 0). Согласно первому закону термодинамики теплота, участвующая в круговом процессе, q1−q2 преобразуется вработу цикла: lц = q1 − q2 (значение q2 при выражении работы цикла беретсяпо модулю). Отношение работы, производимой тепловым двигателем зацикл, к количеству подведенной за этот цикл теплоты q1 от горячего источника называется термическим коэффициентом полезного действия(кпд) цикла ηtηt lц q1 - q2q 1 2q1q1q1(1.1)Как следует из приведенного выше анализа, отводимая теплота q2 ≠ 0,т.е. термический кпд ηt < 1.
Термический кпд характеризует степень совершенства идеального цикла теплового двигателя в отношении преобразованиятеплоты в работу.Обратный круговой процесс (рис. 4.1 б) – это процесс, протекающий внаправлении против хода часовой стрелки. В нем процессы расширения 1–4и 4–3 расположены ниже процессов сжатия 3–2 и 2–1. В процессах 4–3 и 3–2к рабочему телу подводится теплота q2 от холодного источника, а в процессах 2–1 и 1–4 отводится теплота q1 к горячему источнику.7Следовательно, результирующее количество подводимой и отводимойтеплоты равно q = q2 - q1.В обратном цикле, как и в прямом, Δи = 0, поэтому q = − lц, где lц выражена по модулю, откуда lц = q1 − q2 или q1 = q2 + lц, т.е.
на верхнем температурном уровне горячему источнику теплоты передается теплота, воспринятаярабочим телом (холодильным агентом) на нижнем температурном уровне, атакже превратившаяся в теплоту работа цикла.В обратном цикле осуществляется перенос теплоты q2 от менее нагретого тела к более нагретому; при этом затрачивается работа lц. Степень совершенства обратных циклов характеризуется холодильным коэффициентом,который представляет собой отношение теплоты q2 к работе цикла lц, т.е.εq2q2lц q1 - q2(1.2)Холодильный коэффициент может быть как больше, так и меньше единицы; в большинстве случаев он больше единицы.2. ИДЕАЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ2.1.
ДОПУЩЕНИЯ, ПРИНИМАЕМЫЕ ПРИ ФОРМУЛИРОВКЕ ПОНЯТИЯ «ИДЕАЛЬНЫЙ ЦИКЛ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ»Термодинамическое исследование работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) заключается в том, что вводится понятие идеального цикла ДВС,применительно к которому и выполняется анализ. При этом принимаютсяследующие допущения: рабочее тело – идеальный газ; реальный процесс горения топлива заменяется условным процессомподвода теплоты от горячего источника, а реальный процесс выпускаотработавших газов – условным процессом отвода теплоты к холодному теплоприемнику;8 процессы сжатия газа и его расширения, не сопровождающиеся горением топлива, считаются адиабатными; потери энергии на внутреннее и внешнее трение отсутствуют (этоозначает, что в цилиндре двигателя протекают равновесные термодинамические процессы); рабочее тело представляет собой закрытую термодинамическую систему.Термодинамическое исследование циклов ДВС включает в себя: расчетосновных параметров состояния р, υ, T в характерных точках; графическоеизображение цикла в p,υ- и T,s-координатах; определение основных характеристик (степени сжатия ε, степени повышения давления λ и степени предварительного расширения ρ); определение удельных количеств подведенной иотведенной теплоты; вычисление удельной полезной работы, совершаемойдвигателем за цикл (работы цикла), термического кпд цикла и его анализ.
Поспособу подвода теплоты идеальные циклы ДВС подразделяют на циклы: с подводом теплоты при постоянном объеме (υ = const); с подводом теплоты при постоянном давлении газа (р = const); цикл со смешанным подводом теплоты (одна часть теплоты подводитсяпри постоянном объеме, а затем другая часть – при постоянном давлении).2.2. ЦИКЛ С ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ ГАЗАЭто – идеальный цикл карбюраторных и газовых двигателей внутреннего сгорания (двигателей с внешним смесеобразованием).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
