Размещено на http://www.allbest.ru/

Челябинск 2022

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

Политехнический институт

Факультет Автотранспортный

Кафедра «Колесные и гусеничные машины»

Пояснительная записка к семестровому

заданию по дисциплине «Теплотехника»

Расчёт термодинамических циклов

ОГЛАВЛЕНИЕ

цикл теплота работка процесс

1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ В КАЖДОЙ ТОЧКЕ ЦИКЛА

2. РАСЧЕТ ФУНКЦИЙ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ В КАЖДОЙ ТОЧКЕ ЦИКЛА

3. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИЙ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ В ПРОЦЕССАХ ЦИКЛА

4. РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ И РАБОТЫ В ПРОЦЕССАХ ЦИКЛА

5. РАСЧЕТ ТЕРМИЧЕСКОГО КПД

6. РАСЧЕТ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ТОЧЕК, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ГРАФИКОВ

7. ПОСТРОЕНИЕ ЦИКЛА В P-V И T-S КООРДИНАТАХ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Термодинамические циклы -- круговые процессы в термодинамике, то есть такие процессы, в которых начальные и конечные параметры, определяющие состояние рабочего тела (давление, объём, температура, энтропия), совпадают.

Термодинамические циклы являются моделями процессов, происходящих в реальных тепловых машинах для превращения тепла в механическую работу, а также для отъема тепла от более холодного тела и передачи его более горячему (охлаждения) под действием механической работы.

Обратимым называют цикл, который можно провести как в прямом, так и в обратном направлении в замкнутой системе. Суммарная энтропия системы при прохождении такого цикла не меняется. Единственным обратимым циклом для машины, в которой передача тепла осуществляется только между рабочим телом, нагревателем и холодильником, является цикл Карно.

1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ В КАЖДОЙ ТОЧКЕ ЦИКЛА

Таблица 1.1

Рисунок 1.1 Цикл в p-v координатах

Газовая постоянная:

где R -- универсальная газовая постоянная, ;

м -- молярная масса , .

Из формулы (1) следует:

Закон Менделеева-Клапейрона для :

где p -- давление газа, МПА;

v -- удельный объем газа, ;

Т -- температура газа, К.

Из формулы (2):

Соотношение из политропного процесса 1-2:

Воспользуемся формулой (3):

Из формулы (2):

Соотношение из изотермического процесса 2-3:

Соотношение из изохорного процесса 4-1:

Из формулы (2):

Соотношение из политропного процесса 3-4:

Воспользуемся формулой (6):

Из формулы (2):

Получившиеся результаты сведем в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

2. РАСЧЕТ ФУНКЦИЙ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ В КАЖДОЙ ТОЧКЕ ЦИКЛА

Рассчитаем массовые теплоемкости , , соответственно для изобарного, изохорного процессов:

где -- мольная теплоёмкость при р=const;

-- мольная теплоёмкость при v=const.

Из формул (7), (8) получаем:

Энтальпия газа:

где t -- температура газа, С?

По формуле (9) рассчитываем энтальпию в каждой точке цикла:

Внутренняя энергия газа:

Используя формулу (10), рассчитаем внутреннюю энергию в каждой точке цикла:

Мера рассеивания газа или энтропия:

где -- температура газа в нормальных условиях;

-- давление газа в нормальных условиях.

По формуле (11) рассчитаем энтропию в каждой точке цикла:

Значения функций параметров состояния в каждой точке цикла сведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

3. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИЙ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ В ПРОЦЕССАХ ЦИКЛА

Изменение внутренней энергии:

По формуле (12) посчитаем изменение внутренней энергии в каждом процессе:

Изменение энтальпии газа в процессах:

Используем формулу (13) и получаем:

Изменение энтропии:

(14)

Из формулы (14) получаем:

Результаты расчетов изменения функций параметров состояния в процессах цикла и их сумма представлены в таблице 4.1.

4. РАСЧЕТ УДЕЛЬНЫХ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ И РАБОТЫ В ПРОЦЕССАХ ЦИКЛА

Для различных процессов формулы для расчета работы и количества теплоты будут разными.

Для политропного процесса 1-2:

где -- показатель адиабатного процесса

Для изотермического процесса 2-3:

Для политропного процесса 3-4:

Для изохорного процесса 4-1, в котором , т.к. Дv=0:

Воспользовавшись формулами (15), (17), (19), (21) получаем:

Из формул (16), (20) находим работу газа:

Значение удельного количества теплоты, работы в процессах цикла, а также сумма значений процессов всего цикла представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

5. РАСЧЕТ ТЕРМИЧЕСКОГО КПД

Анализируя результаты расчета, выясняем, что подвод теплоты происходит в процессах 1-2, 2-3, а отвод теплоты в процессах 3-4, 4-1.

Общая работа получилась положительной, поэтому считаем термический КПД:

Из формул (22), (23):

6. РАСЧЕТ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ТОЧЕК, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ГРАФИКОВ

При построении графика в p-v координатах для процесса 4-1, промежуточные точки искать не нужно, т.к. графическое изображение этого процесса будет в виде прямой линии, поэтому находим промежуточные точки для процессов 1-2, 2-3, 3-4.

Для процесса 1-2 возьмем два значения давления газа: , ; для процесса 2-3: , ; для процесса 3-4: , .

Используя формулу (3) находим значение :

Используя формулу (4) находим значение :

Используя формулу (6) находим значение :

При построении графика в T-s координатах для процесса 2-3 промежуточные точки искать не нужно, т.к. графическое изображение этого процесса будет в виде прямой линии, поэтому находим промежуточные точки для процессов 1-2, 3-4, 4-1. Для процесса 1-2 возьмем , для 3-4: , для 4-1: .

Из формулы (2) получаем:

Используя формулу (11) находим:

7. ПОСТРОЕНИЕ ЦИКЛА В P-V И T-S КООРДИНАТАХ

Используя вычисленные данные в разделе 1,2 и 6, строим графики цикла в p-v и T-s координатах.

Рисунок 7.1 Цикл в p-v координатах

Рисунок 7.2 Цикл в T-s координатах

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В цикле работает тепловая машина, так как работа за цикл получилась положительной. Политропный процесс 1-2 сопровождается большим повышением давления от до , большим понижением объема от до , большим повышением температуры от до и подводом теплоты. Изотермический процесс 2-3 сопровождается понижением давления, повышением объема и подводом теплоты. Политропный процесс 3-4 сопровождается понижением давления, температуры, повышением объема и отводом теплоты. Изохорный процесс 4-1 сопровождается понижением давления, температуры и отводом теплоты.

Рабочим телом тепловой машины является кислород, который дан нам по условию.

Термический КПД получился равным 0,23, при этом .

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. СТО ЮУрГУ 04-2008 Стандарт организации. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к содержанию и оформлению / Составители: Т.П. Парубочая, Н.В. Сырейщикова, В.И. Гузеев, Л.В. Винокурова. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. 56 с.

2. Большая советская энциклопедия. Цикл Карно. http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/93809

3. Алексеев, Г.Н. Общая теплотехника: учебное пособие / Г.Н. Алексеев. М.: Высшая школа, 1980. 552 с.

4. Нащокин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: учебное пособие для высших неэнергетических специальностей вузов / В.В. Нащокин. М.: Высшая школа, 1975. 496 с.

5. Гоголин, В.А. Холодильные циклы / В.А. Гоголин. http://slovati.yandex.ru/.

Размещено на Allbest.ru