Расчет компрессора. Цикл поршневого двигателя
Исследование изобарных, изохорных, изотермических и адиабатных процессов. Определение показателя политропы для заданного газа, изменения энтропии, начальных и конечных параметров рабочего тела. Изучение цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 12.02.2012 |
Размер файла | 347,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Задача 1
В процессе изменения состояния 1 кг газа (воздуха) внутренняя энергия его увеличивается на Дu =4кДж/кг. При этом над газом совершается работа, равная l =10 кДж/кг. Начальная температура газа t1 = 170С, конечное давление р2 =0,7МПа.
Определить для заданного газа показатель политропы n, начальные и конечные параметры, изменение энтропии Дs и изменение энтальпии Дh. Представить процесс в p - v и T - s- диаграммах. Изобразите также (без расчета) изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный процессы, проходящие через ту же начальную точку, и дать их сравнительный анализ.
Решение:
1. Определение показателя политропы:
изобарный изохорный энтропия поршневой
,
где к - показатель адиабаты, для воздуха к = 1,4.
2. Определение начальных и конечных параметров
,
,
где R - газовая постоянная, Дж/кг,
.
Т1 = t1 + 273 =17+ 273 =290К;
;
;
;
.
3. Определение изменения энтропии
,
где сv - массовая изохорная теплоемкость, Дж/кгК.
,
где мсн - мольная изохорная теплоемкость, кДж/кмольК, мсн=20,93кДж/кмольК;
м - молярная масса, м = 28,96.
Тогда
.
4. Определение изменения энтальпии
,
где ср - массовая изобарная теплоемкость, Дж/кгК.
где мср - мольная изохорная теплоемкость, кДж/кмольК, для воздуха мсн=29,31 кДж/кмольК.
Рисунок 1 - Термодинамические процессы в р-н диаграмме
Рисунок 2 - Термодинамические процессы в Т-s диаграмме
n=0 - изобара, n=0,84 - политропа , n=1 - изотерма. n=к=1,4 - адиабата, n=? - изохора.
Количество теплоты, сообщаемое телу, идет на совершение работы и изменение его внутренней энергии
Задача 2
Определить параметры рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты (смешанный цикл), если известны давление р1= 0,089 МПа и температура t1 = 15оС рабочего тела в начале сжатия. Степень сжатия е=16,2, степень повышения давления л = 1,8, степень предварительного расширения с = 1.
Определить работу, получаемую от цикла, его термический КПД и изменение энтропии отдельных процессов цикла. За рабочее тело принять воздух, считая теплоемкость его в расчетном интервале температур постоянной.
Решение:
Точка 1.
р1 = 0,089 МПа, Т1 = t1 + 273 = 15 + 273 = 288 К.
Из уравнения состояния газа определяем первоначальный удельный объем
.
Рисунок 3 - Идеальный цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным расширением
Газовая постоянная воздуха, определится
,
где в - молярная масса воздуха, кмоль, в = 28,96 кмоль.
Тогда
Точка 2.
Процесс 1 - 2 адиабатное сжатие.
где к - показатель адиабаты, для воздуха к = 1,4.
Т2 = 288 16,21,4 - 1 =877 К.
Давление в конце адиабатического сжатия определяем из уравнения состояния газа
Точка 3.
Процесс 2 -3 изохорный, т.е. = const. Тогда 2 = 3 = 0,057.
Давление находим из соотношения
Так как
Точка 4.
Процесс 3 - 4 изобарный, т.е. р = const. Тогда р3 = р4 =8 106 Па.
Объем и температура определятся из соотношения
,
Точка 5.
Процесс 4 - 5 адиабатное сжатие.
Зависимость между объемами и температурами запишется в виде
причем 5 = 1 = 0,93, то
Давление определяем из уравнения состояния газа для 1 кг.
Работа цикла может быть определена как разность между работой расширения и работой сжатия.
Работа определится
l = q1 - q2,
где q1 - количество теплоты, подводимое к рабочему телу, кДж;
q2 - количество теплоты, отводимое от рабочего тела, кДж.
q1 = q1 + q1 = С(Т3 - Т2) + Ср(Т4 - Т3),
где С - массовая теплоемкость при постоянном объеме, ;
Ср - массовая теплоемкость при постоянном давлении, .
,
где С - мольная теплоемкость при постоянном объеме, , для воздуха С = 20,93 .
Тогда
;
,
где Ср - мольная теплоемкость при постоянном давлении, , для воздуха Ср = 29,31 .
.
Тогда
q1 = 0,723(1579-877) + 1,012(1579-1579) =507;
q2 = С(Т5 - Т1) = 0,723(518-288) =166.
Работа цикла
Термический КПД цикла равен
Определяем изменение энтропии в различных процессах
- для процессов 1 - 2 и 4 - 5
S1 - 2 = 0 и S4 - 5 = 0, т.к. процесс адиабатический;
- для процесса 2 - 3
- для процесса 3 - 4
- для процесса 5 - 1
2 закон термодинамики обобщает особенности теплоты как формы передачи энергии и выражает закон существования энтропии и определяет закономерности ее развития
Задача 3
Смесь газов с начальной температурой t1 = 27°С сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре от давления р1 = 0,1 МПа до давления р2=0,9 МПа. Сжатие может проходить по изотерме, по адиабате и по политропе с показателем политропы n = 1,25. Определить для каждого из трех процессов сжатия конечную температуру газа t2, отведенное от смеси тепло Q кВт, изменение внутренней энергии и энтропии смеси и теоретическую мощность компрессора, если его производительность G =400кг/ч=0,111кг/с. Дать сводную таблицу и изображение процессов сжатия в p - v и T - s - диаграммах, а также какое количество воды необходимо прокачивать через рубашку цилиндра при сжатии газа по изотерме и по политропе, если температура воды при этом повышается на 20°С ? Состав смеси: 2кгО2+8кг N2.
Указание. Расчет провести без учета зависимости теплоемкости от температуры.
Решение:
1. Определяем газовую постоянную смеси
массовые доли определятся как:
Молярная масса тогда
2. Определение первоначального объема смеси н1.
3. Сжатие компрессора по изотерме Т2 = Т1 = 300 К.
- теоретическая работа компрессора определится
- изменение внутренней энергии
ДU = 0
- изменение энтропии смеси
- количество отведенного от смеси тепла
- теоретическая мощность компрессора
N =L=22,3 кВт.
4. Сжатие компрессора по адиабате.
к = 1,4 - показатель адиабаты.
- конечная температура
- теоретическая работа компрессора
- изменение внутренней энергии
Дu = схсм(Т2 - Т1),
- изменение энтропии смеси
ДS = 0.
- количество отведенного от смеси тепла
dQ = 0.
- теоретическая мощность компрессора
5. Сжатие компрессора по политропе.
n = 1,25 - показатель политропы.
- конечная температура
- теоретическая работа компрессора
- теоретическая мощность компрессора
- количество отведенного от смеси тепла
- изменение внутренней энергии
Дu = сх (Т2 - Т1) = 0,729·(475-300) =128кДж/кг.
- изменение энтропии смеси
6. Количество воды, которое необходимо прокачивать через рубашку цилиндра при сжатии:
- по изотерме
где св = 4190Дж/(кг·К) - теплоемкость воды.
- по политропе
Таблица 1 - Результаты расчетов
Процесс |
N, кВт |
Q, кДж/ч |
, кДж/с |
, кг/с |
|
Изотермический |
22,3 |
22,2 |
0 |
0,26 |
|
Адиабатический |
31,5 |
0 |
22,6 |
0 |
|
Политропный |
28,3 |
-8,5 |
14,2 |
0,1 |
1-2 - адиабата, 1-3 - политропа, 1-4 - изотерма
В адиабатическом процессе сжатия мощность, затрачиваемая на привод компрессора больше.
Задача 4
Определить потребную поверхность рекуперативного теплообменника, в котором вода нагревается горячими газами. Расчет произвести для противоточной и прямоточной схем. Привести графики изменения температур для обеих схем движения, если расход воды 1,3 кг/с. Значения температур газа =300°С, = 150°С, воды = 10°С, = 80°С. Коэффициент теплопередачи К =32Вт/(м2·К).
Решение:
Количество теплоты переданное от газов к воде при заданных условиях равно:
откуда
.
Определим количество теплоты, полученное водой при нагревании воды с 10°С до 80°С в теплообменнике.
Для определения температурного напора построим графики изменения температур
Для прямотока:
Дtб = t1,н - t2,н = 300-10=290°С;
Дtм = t1,к - t2,к = 150-80=70°С;
Прямоток противоток
Рисунок 4 - Графики изменения температур
Т. к.,
то температурный напор определяется как среднелогарифмическое значение по формуле:
.
Потребная поверхность рекуперативного теплообменника равна:
.
Для противотока:
Дtб = t1,н - t2,к = 300-80=220°С;
Дtм = t1,к - t2,н =150-10=140°С;
Т. к.,
то температурный напор определяется как среднеарифметическое значение по формуле:
,
.
.
Противоточная схема имеет меньшую поверхность чем у прямоточной, т. к. средний температурный напор больше.
Значит, при одинаковых выходных тепловых параметрах на изготовление противоточного теплообменника требуется меньше материала.
Задача 5
Рассчитать теплопотребление производственного корпуса на 50 грузовых автомобилей размером 18?36?7,2 м с 2х этажным пристроем - административно - бытовым корпусом 6?12?7,2 м с количеством рабочих, равным 30 человек.
Решение:
Определяем максимальный расход теплоты, расходуемой на отопление производственного здания:
Фот = qот Vн(tв - tн) а, кВт,
где qот = 0,6 Вт/м3 К - удельная отопительная характеристика здания,
Vн = 4666 м3 - объем здания по наружному обмеру;
tв - внутренняя расчетная температура; для производственного помещения tв = 180С, для общественного помещения tв = 200С
tн = -350С - наружная температура воздуха (для условий Кировской области);
а = 0,54 + 22/(tв - tн) = 0,54 + 22 / 20-(-35) = 0,94 - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на удельную тепловую характеристику местных климатических условий.
Тогда
Фот = 0,6 4.666·18-(-35) 0,94 =139,5 кВт.
Находим максимальный расход теплоты на отопление общественного помещения
Фот = 0,50,518•20-(-35) 0,94 =13,4кВт.
Определяем максимальный поток теплоты на вентиляцию производственного здания.
Фв = qв Vн(tв - tн.в) , кВт,
где qв = 0,2 Вт/м3К - удельная вентиляционная характеристика здания.
Фв = 0,2 4666·18-(-35) = 49,5кВт.
Расход теплоты на горячее водоснабжение на один автомобиль в производственном помещении определится:
Фг.в.пр = 0,278Vг.в. Св(tг - tх) , Вт,
где Vг.в = 250 л/сут = 10,4 кг/ч - часовой расход горячей воды.
Св = 4,187 кДж/кгК - теплоемкость воды при t = 550С;
tг = 550С - расчетная температура горячей воды;
tх = 50С - расчетная температура холодной воды.
Тогда
Фг.в.пр = 0,27810,44,187(55-5) = 0,605 кВт.
На 50 грузовых автомобилей
Фг.в.пр = 0,60550 = 30,3кВт.
Максимальный расход теплоты на горячее водоснабжение общественного здания:
Фг.в.о = 2 Фг.в.ср = 29,6=19,2 кВт,
где Фг.в.ср = qг.в.n = 30320 = 9600 Вт,
где n = 30 - количество рабочих;
qг.в. = 320 Вт - укрупненный показатель.
В летний период
Фг.в.об = 0,65 Фг.в.о = 0,6519,2=12,5 кВт,
Фг.в.пр = 0,82 Фг.в.пр = 0,8230,3=24,8 кВт.
Определяем расход теплоты на технологические нужды автопредприятия:
Фт = 0,278G(i - квiвод), Вт,
где т - коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6…0,7, принимаем =0,65;
G - расход теплоносителя, кг/ч;
i - энтальпия теплоносителя, кДж/кг.
Принимаем i = 398 кДж/кг для воды при t = 950С;
iвод = 280 кДж/кг - энтальпия обратной воды;
кв = 0,7 - коэффициент возврата обратной воды.
Расход теплоносителя (воды при t = 950С) для получения смешанной воды с температурой tсм = 600С равен:
, кг/ч,
где tx = 100C - температура холодной воды;
Gсм = nq/24 кг/ч - количество смешанной воды;
n - число автомобилей, подвергающихся мойке в течение суток. Принимаем n = 20 автомобилей.
Q = 250 кг/сут - среднесуточный расход воды на мойку одного автомобиля.
Тогда
кг/ч,
кг/ч.
Следовательно
Фт = 0,2780,65122,4(398-0,7280) = 4450 Вт = 4,5 кВт.
Средневзвешенная расчетная температура равна
.
Строим годовой график потребления теплоты.
В летний период
Находим суммарный годовой расход теплоты:
Qгод = 3,610-6F mсрmi , ГДж/год,
где F = 1984 мм2 - площадь годового графика;
mср = 5 Вт/мм - масштаб расход теплоты:
mi = 100 ч/мм - масштаб времени потребления теплоты.
Тогда
Qгод = 3,610-619845100 =3,57 ГДж/год.
Таблица 1 - Данные для построения графика
Рисунок 5 - Годовой график потребления тепла.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Определение показателя политропы, начальных и конечных параметров, изменения энтропии для данного газа. Расчет параметров рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 03.12.2011Принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания и его характеристика. Определение изменения в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенной и отведенной теплоты, полезной работы. Расчет термического коэффициента полезного действия цикла.
курсовая работа [209,1 K], добавлен 01.10.2012Температура - параметр, характеризующий тепловое состояние вещества. Температурные шкалы, приборы для измерения температуры и их основные виды. Термодинамический цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом тепла при постоянном давления.
контрольная работа [124,1 K], добавлен 25.03.2012Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Определение параметров в начале и в конце сжатия, а также давления сгорания. Построение политропы сжатия и расширения. Индикаторная диаграмма расчетного цикла. Конструктивный расчет деталей дизеля.
дипломная работа [501,1 K], добавлен 01.10.2013Расчёт оптимального значения степени повышения давления в компрессоре газотурбинного двигателя. Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах цикла, параметров состояния рабочего тела в промежуточных точках процессов сжатия и расширения.
курсовая работа [278,4 K], добавлен 19.04.2015Нахождение работы в обратимых термодинамических процессах. Теоретический цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания с комбинированным подводом теплоты. Работа расширения и сжатия. Уравнение состояния газа. Теплоотдача при свободной конвекции.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 22.10.2011Порядок расчета теоретически необходимого количества воздуха для сгорания топлива. Определение параметров процессов впуска. Вычисление основных параметров процесса сгорания, индикаторных и эффективных показателей двигателя. Основные показатели цикла.
контрольная работа [530,4 K], добавлен 14.11.2010Определение параметров рабочего тела. Процессы впуска и сжатия, сгорания, расширения и выпуска; расчет их основных параметров. Показатели работы цикла. Тепловой баланс двигателя, его индикаторная мощность. Литраж двигателя и часовой расход топлива.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 20.06.2012Основные параметры двигателя. Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя. Среднее давление механических потерь. Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя. Удельная поршневая мощность. Эффективные показатели работы двигателя.
практическая работа [59,3 K], добавлен 15.12.2012Параметры рабочего тела. Количество горючей смеси для карбюраторного двигателя. Индикаторные параметры рабочего цикла. Расчет внешних скоростных характеристик двигателей. Силы давления газов. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [375,9 K], добавлен 07.07.2015