Расчет и анализ идеального цикла ДВС со смешанным подводом теплоты
Расчет идеального цикла двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты, включающего заданные термодинамические процессы. Определение газовой постоянной и теплоёмкостей рабочего тела. Среднее давление и термический КПД, ошибка при вычислении.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.09.2014 |
| Размер файла | 1019,6 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://allbest.ru
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Курсовая работа
по дисциплине «Теплотехника»
на тему:
"Расчет и анализ идеального цикла ДВС со смешанным подводом теплоты"
Задание
Рассчитать идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты, включающий в соответствии с рисунком следующие термодинамические процессы: адиабатное сжатие рабочего тела 1-2, подвод теплоты по изохоре 2-3, подвод теплоты по изобаре 3-4, адиабатное расширение 4-5, отвод теплоты по изохоре 5-1.
Рис.1 Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты.
Таблица 1
|
Доли компонентов рабочего тела,% |
е |
л |
с |
T1,K |
P1, MПa |
№ вар |
||||
|
CO2 |
CO |
H2O |
N2 |
|||||||
|
8,5 |
5,5 |
16 |
70 |
11,0 |
2,0 |
1,7 |
293 |
0,1 |
1 |
Расчёт цикла ДВС со смешанным подводом теплоты
Определение газовой постоянной и теплоёмкостей рабочего тела
Молекулярную массу рабочего тела µ, представляющего собой смесь газов и паров воды, определяем по формуле:
(1);
Где n - количество компонентов смеси;
ri - объёмная доля i-ого компонента;
µi - молекулярная масса i-ого компонента;
Определим молярные массы компонентов по таблице 2:
Таблица 2
|
Газ |
Химическая формула |
Молярная масса, кг/кмоль |
Плотность, кг/м3 |
Газовая постоянная, Дж/(кг*К) |
|
|
Воздух |
- |
29 |
1,293 |
287,0 |
|
|
Азот |
N2 |
28 |
1,251 |
296,8 |
|
|
Кислород |
O2 |
32 |
1,429 |
259,8 |
|
|
Водород |
H2 |
2 |
0,089 |
4124,0 |
|
|
Монооксид углерода |
CO |
28 |
1,1997 |
296,9 |
|
|
Диоксид углерода |
CO2 |
44 |
1,287 |
188,9 |
|
|
Водяной пар |
H2O |
18 |
1,804 |
461,0 |
µ(СО2)=44 кг/кмоль;
µ(СО)=28 кг/кмоль;
µ(H2O)=18 кг/кмоль;
µ(N2)=28 кг/кмоль;
Подставляя данные значения в формулу (1) получим молекулярную массу смеси газов:
;
Можем найти газовую постоянную по формуле:
(2);
Найдём:
(3);
Массовые теплоёмкости при постоянном объёме сv, и при постоянном давлении сp определяем по формулам соответственно (4) и (5):
(4);
(5);
Где ri - объёмные доли компонентов;
, - молярная теплоёмкость при постоянном объёме и давлении, зависящие только от атомности газов и определяемые по таблице (3);
Таблица 3
|
Атомность газа |
Показатели |
||
|
,кДж/(кмоль*К) |
, кДж/(кмоль*К) |
||
|
Одноатомный |
12,48 |
20,80 |
|
|
Двухатомный |
20,80 |
29,12 |
|
|
Трёхатомный |
29,30 |
37,60 |
Сосчитаем:
;
;
Показатель адиабаты определяют как величину численно равную отношению массовых теплоёмкостей смеси при постоянном давлении и объёме:
(6).
Определение параметров состояния рабочего тела
Для определения параметров состояния рабочего тела последовательно для всех точек цикла рассчитаем: давление P, удельный объем ?, температуру V и энтропию S.
1-2 Процесс адиабатного сжатия.
Точка 1
(7);
(8);
(9);
;
Точка 2
(11);
(12);
Так как процесс адиабатный то
S2=S1= (13);
(14);
2-3 Процесс изохорного нагревания.
Точка 3
(13);
(14);
(15);
(16);
3-4 Процесс изобарного нагревания.
Точка 4
(17);
(18);
(18);
(19);
4-5 Процесс адиабатного расширения
Точка 5
(20);
(21);
(22);
(23);
Сведём результаты расчётов в таблицу:
Таблица 4
|
Обозначение параметров |
Точки цикла |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
P, МПа |
0,1 |
|||||
|
?, м3/кг |
||||||
|
T, К |
293 |
700,5 |
1401 |
|||
|
S, кДж/(кг*К) |
Расчёт процессов цикла
Для каждого процесса определим: теплоёмкость С, изменение внутренней энергии ?U и энтальпии ?i, количество подведённой и отведённой теплоты q, работы расширения и сжатия l:
Процесс адиабатного сжатия 1-2
C=0 (24);
(25);
(26);
(27);
(28);
Процесс подвода теплоты по изохоре 2-3:
(29);
(30);
(31);
(32);
(33);
Подвод теплоты по изобаре 3-4:
(34);
(35);
(36);
(37);
(38);
Процесс адиабатного расширения 4-5:
(39);
(40);
(41);
(42);
(43);
Отвод теплоты по изохоре 5-1:
(44);
(45);
(46);
(47);
(48);
Сведём результаты расчётов в таблицу:
Таблица 5
|
Характеристики процессов |
Процессы цикла |
|||||
|
1-2 |
2-3 |
3-4 |
4-5 |
5-1 |
||
|
0 |
1,1238 |
0 |
||||
|
0 |
1102,1106 |
0 |
-753,9093 |
|||
|
0 |
0 |
Расчёт характеристик цикла
Выполним расчёт следующих характеристик: количество подведённой g1 и отведённой g2 теплоты, количество теплоты g0, превращённой в работу lp, работу расширения и сжатия l0 и lс, среднее давление Pi и термический КПД зt.
Поскольку подвод теплоты осуществляется в процессах 2-3 и 3-4, а отвод в процессе 5-1, то
(49);
(50);
(51);
Расширение рабочего тела происходит в процессах 3-4 и 4-5, а сжатие - в процессе 1-2, поэтому:
(52);
(53);
(54);
Среднее давление и термический КПД определим как:
(55);
(56);
Для проверки повторно найдём термический КПД:
(57);
цикл двигатель теплота давление
Относительная ошибка при вычислении составляет ?=0,05 %;
Результаты расчётов сведём в таблицу 6:
Таблица 6
|
Характеристики цикла, кДж/кг |
||||||||
|
g1 |
g2 |
g0 |
lp |
lc |
l0 |
Pi,МПа |
зt,% |
|
Исследование и анализ цикла со смешанным подводом теплоты
Исследуем влияние степени сжатия е, степени повышения давления л и степени предварительного расширения с на термический КПД цикла зt:
л=const, с=const, еi=(0,75-1,25)е с шагом 0,1:
е1=0,75*11=8,25;е2=0,85*11=9,35;
е3=0,95*11=10,45;
е4=1,05*11=11,55;
е5=1,15*11=12,65;
е6=1,25*11=13,75;
(58);
Сведём в таблицу:
Таблица 7
|
Термический КПД |
Параметры цикла |
||||||
|
л=const, с=const |
|||||||
|
е1 |
е1 |
е1 |
е1 |
е1 |
е1 |
||
|
50 |
52 |
54 |
55 |
57 |
58 |
е=const, с=const, лi=(0,75-1,25)л с шагом 0,1:
л1=0,75*2=1,5;
л2=0,85*2=1,7;
л3=0,95*2=1,9;
л4=1,05*2=2,1;
л5=1,15*2=2,3;
л6=1,25*2=2,5;
(58);
Сведём в таблицу:
Таблица 8
|
Термический КПД |
Параметры цикла |
||||||
|
е=const, с=const |
|||||||
|
л1 |
л2 |
л3 |
л4 |
л5 |
л6 |
||
|
54,7 |
54,9 |
55 |
55,1 |
55,2 |
55,3 |
е=const, л=const, сi=(0,75-1,25)с с шагом 0,1:
с1=0,75*1,7=1,275;
с2=0,85*1,7=1,445;
с3=0,95*1,7=1,615;
с4=1,05*1,7=1,785;
с5=1,15*1,7=1,955;
с6=1,25*1,7=2,125;
(58);
Сведём в таблицу:
Таблица 9
|
Термический КПД |
Параметры цикла |
||||||
|
е=const, л=const |
|||||||
|
с1 |
с2 |
с3 |
с4 |
с5 |
с6 |
||
|
57,3 |
56,5 |
55,5 |
54,7 |
53,7 |
52,8 |
Анализ цикла со смешанным подводом теплоты
Очевидно, что термический КПД зt двигателя внутреннего сгорания зависит от трёх основных показателей:
степени сжатия е
степени предварительного расширения с
степени повышения давления л
Проанализируем, как и в какой степени, эти параметры влияют на термический КПД зt.
Из графика зt(е) можно сделать вывод, что повышение степени сжатия ведёт к существенному повышению КПД(при изменении степени сжатия с 8,25 до 13,75 КПД увеличился с 50% до 58%, при постоянных л и с).
График зt(с) показывает, что даже незначительное повышение степени предварительного расширения приводит к заметному уменьшению КПД (при изменении с с 1,275 до 2,125 КПД уменьшился с 57,3% до 52,8%, при постоянных л и е).
Анализируя график зt(л) приходим к выводу, что повышение л ведёт за собой повышение и термического КПД, но не значительно (при изменении л с 1,5 до 2,125 КПД увеличился с 54,7% до 55,3%, при постоянных с и е).
Делаем вывод что для повышения термического КПД двигателя внутреннего сгорания целесообразней повышать степень сжатия е, но из за конструктивных особенностей и самовоспламенения топлива бесконечно это делать нельзя.
Литература
Лариков Н.Н. Теплотехника: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1985. - 435 с.
Кириллин В.А., Сычёв В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. - М.: Наука, 1979. - 512 с.
Теплотехника: Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 150200 «Автомобили и автомобильное хозяйство» очной и заочной форм обучения/ Иван.гос.архит.-строит.акад. Сост: В.А. Маслеников, Е.Л, Орешков. -Иваново,2004-16с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Молярная масса и массовые теплоемкости газовой смеси. Процесс адиабатного состояния. Параметры рабочего тела в точках цикла. Влияние степени сжатия, повышения давления и изобарного расширения на термический КПД цикла. Процесс отвода теплоты по изохоре.
курсовая работа [35,7 K], добавлен 07.03.2010Определение 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 03.12.2011Определение параметров цикла со смешанным подводом теплоты в характерных точках. Политропное сжатие, изохорный подвод тепла, изобарный подвод тепла, политропное расширение, изохорный отвод тепла. Количество подведённого и отведённого тепла, КПД.
контрольная работа [83,3 K], добавлен 22.04.2015Расчет параметров рабочего тела в цикле с подводом теплоты при постоянном объеме. Анализ результатов для процесса сжатия. Значения температуры рабочего тела в отдельно взятых точках термодинамического цикла. Температура в произвольном положении поршня.
контрольная работа [36,2 K], добавлен 23.11.2013Определение параметров рабочего тела методом последовательных приближений. Значения теплоемкостей, показатели адиабаты и газовой постоянной. Изменение в процессах внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Термический коэффициент полезного действия.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 03.05.2011Принципиальная 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 01.10.2012Расчет параметров газовой смеси: ее молекулярной массы, газовой постоянной, массовой изобарной и изохорной теплоемкости. Проверка по формуле Майера и расчет адиабаты. Удельная энтропия в характерных точках цикла и определение термического КПД цикла Карно.
контрольная работа [93,6 K], добавлен 07.04.2013Нахождение 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 22.10.2011Расчет термодинамических параметров быстроходного автомобильного дизельного двигателя со смешанным теплоподводом в узловых точках. Выбор КПД цикла Карно в рабочем интервале температур. Вычисление значений термического коэффициента полезного действия.
курсовая работа [433,2 K], добавлен 13.07.2011- Расчет параметров теплоэнергетической установки с промежуточным перегревом пара и регенерацией тепла
Параметры рабочего тела во всех характерных точках идеального цикла. Определение КПД идеального цикла Ренкина. Энергетические параметры для всех процессов, составляющих реальный цикл. Уравнение эксергетического баланса. Цикл с регенеративным отводом.
курсовая работа [733,4 K], добавлен 04.11.2013 Определение основных параметров состояния рабочего тела в характерных точках цикла. Вычисление удельной работы расширения и сжатия, количества подведенной и отведенной теплоты. Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах цикла.
курсовая работа [134,6 K], добавлен 20.10.2014Устройство и принцип работы теплового газотурбинного двигателя, его схема, основные показатели во всех основных точках цикла. Способ превращения теплоты в работу. Определение термического коэффициента полезного действия через характеристики цикла.
курсовая работа [232,8 K], добавлен 17.01.2011Расчет идеального цикла газотурбинной установки, ее тепловой и эксергетический баланс. Тепловой расчет регенератора теплоты отработавших газов. Определение среднелогарифмической разности температурного напора, действительной длины труб и генератора.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 05.10.2013Расчет термодинамического газового цикла. Определение массовых изобарной и изохорной теплоёмкостей. Процессы газового цикла. Изохорный процесс. Уравнение изохоры - v = const. Политропный процесс. Анализ эффективности цикла. Определение работы цикла.
задача [69,7 K], добавлен 17.07.2008- Термодинамические процессы. Определение работы и теплоты через термодинамические параметры состояния
Взаимосвязь между количеством теплоты, внутренней энергией и работой; методы исследования основных термодинамических процессов, установление зависимости между основными параметрами состояния рабочего тела в ходе процесса; изменения энтальпии, энтропии.
реферат [215,5 K], добавлен 23.01.2012 Основные 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 15.12.2012Определение массовой, объемной и мольной теплоемкость газовой смеси. Расчет конвективного коэффициента теплоотдачи и конвективного теплового потока от трубы к воздуху в гараже. Расчет по формуле Д.И. Менделеева низшей и высшей теплоты сгорания топлива.
контрольная работа [117,3 K], добавлен 11.01.2015Параметры 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 07.07.2015Преобразование тепловой энергии в механическую турбинными и поршневыми двигателями. Кривошипный механизм поршневых двигателей внутреннего сгорания. Схема газотурбинной установки. Расчет цикла с регенерацией теплоты и параметров необратимого цикла.
курсовая работа [201,3 K], добавлен 20.11.2012Исследование 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.
контрольная работа [347,5 K], добавлен 12.02.2012
