Расчет циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГБОУ ВПО «Великолукская государственная сельскохозяйственная академия»

Инженерный факультете

Кафедра «Автомобили и автомобильное хозяйство»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Теплотехника»

«РАСЧЕТ ЦИКЛОВ ПОРШНВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ»

Выполнила:

студентка 31 АХ группы Даболиня И.Э

Принял: Максимов Н.М.

Великие Луки 2014



Содержание

Введение

1. Определение типа идеального цикла поршневого двигателя. Изображение цикла в P-V и T-S-диаграммах с описанием основных термодинамических процессов

2. Определение параметров рабочего тела в характерных точках цикла

3. Определение термического КПД двигателя через параметры цикла

4. Определение количества подведенной и отведенной теплоты

5. Сравнение расчетного термического КПД с его значение, определённым через подведенную и отведенную теплоту, а также с КПД цикла Карно

6. Определение работы по процессам цикла и суммарной работы за цикл

7. Определение полезной и максимальной (энергии) работы цикла. Сравнение максимальной работы с суммарной работой по процессам цикла

8. Расчет изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии рабочего тела по процессам цикла и в целом за цикл

9. Оценка применимости 1 закона термодинамики к процессам цикла и в целом за цикл

10. Определение среднего индикаторного давления по параметрам цикла и полезной работе за цикл

11. Построение цикла в P-V и T-S-диаграммах

12. Определение площади цикла, эквивалентной полезной работе, и указания на P-V - диаграмме среднего индикаторного давления

Заключение

Список литературы

давление термодинамический цикл индикаторный



Введение

Автомобильный транспорт - неотъемлемая часть народного хозяйства любой промышленно развитой страны. Основой подвижного состава этого вида транспорта является автомобиль. Источником энергии для движения автомобиля является двигатель.

В силовых установках автомобильной промышленности широко используют тепловую энергию, которая освобождается при протекании химических процессов горения жидкого, газообразного или твердого топлива. Одним из наиболее типичных примеров использования тепловой энергии и преобразования ее в механическую работу являются тепловые двигатели. Данный вид теплоэнергетических установок получил наибольшее распространение на автомобильном транспорте. Благодаря применению тепловых двигателей тепловая энергия была поставлена на службу человеку. Тем не менее, в настоящее время огромное внимание следует уделить вопросам рационального использования тепловой энергии. Это связано, прежде всего, с тем, что глобальное и неэкономное использование тепловой энергии начинает оказывать существенное влияние на экосистему Земли и может представить серьезную угрозу человеку и среде его обитания. Поэтому важной проблемой теплоэнергетики, на сегодняшний день, является охрана окружающей среды. В связи с этим большое значение приобретает подготовка высококвалифицированных специалистов, способных решать вопросы эффективного, экологического и экономичного использования тепловой энергии.

Теплотехника является общетехнической дисциплиной, которая занимает одно из центральных мест в инженерной подготовке специалистов. Это обусловлено тем, что процессы получения, использования и переноса теплоты имеют место практически во всех технических устройствах и технологических процессах современной техники.

1. Определение типа идеального цикла поршневого двигателя. Изображение цикла в P-V и T-S-диаграммах с описанием основных термодинамических процессов

Исходные данные для расчета.

Рабочее тело обладает свойствами:

А) газовая смесь по объему - N₂=60%; CO=40%;

Б) давление в начале сжатия - P_а=0,1 МПа

В) температура в начале сжатия - Т_а=36C=309 К

Г) степень сжатия двигателя - е=17,4

Д) степень повышения давления - ??=1,94

Е) степень предварительного расширения -с>1

Ж) количество подведённой теплоты -₁=570 кДж/кг

Так как из исходных данных известно, что степень предварительного расширения с>1 и степень повышения давления ??=1,94 то это свидетельствует о том, что рассматриваемый цикл - это цикл Тринклера.

Рисунок 1 Цикл cо смешанным подводом теплоты(цикл Тринклера)

Идеальный цикл дизельного бескомпрессорного двигателя состоит из адиабат сжатия (ас) чистого воздуха и расширения (zb), продуктов сгорания, изохоры, изобары подвода теплоты (zz') и изохоры (вс) отвода теплоты.

2. Определение параметров рабочего тела в характерных точках цикла

Для определения параметров рабочего тела, необходимо определить:

- газовую постоянную для смеси R, Дж/(кгК)

- коэффициент Пуассона, показатель адиабаты смеси К.

Газовую постоянную можно найти из формулы

где - универсальная газовая постоянная ( Дж/(кмольК)); - молярная масса смеси и компонента, кг/кмоль; - массовая доля вещества компонента.

Молярную массу можно определить:

где - молярная масса компонента смеси кг/моль; - объемная доля компонента смеси.

Определение показателя адиабаты К

где и -массовые теплоёмкости смеси кДж/(кгК)

где и - массовые теплоемкости компонентов смеси, Дж/(кгК); - массовая доля компонентов в смеси.

где - показатель адиабаты компонента; - газовая постоянная компонента кДж/(кгК).

Подставляя известные в формулы величины, получаем

Теперь найдем и

(10)

(11)

Зная и найдем К.

Определяем параметры в характерных точках цикла

Параметры точки «а»:

P_a = 0.1 МПа;

T_a = K

Удельный объем в точки «а», м³/кг найдем из формулы

Точки «с»

Точка «z`»

Точка «z»

(17)

Степень предварительного расширения определим из формулы (16)

Параметры точка «b»

3. Определение термического КПД двигателя через параметры цикла

(23)

где - термический КПД.

или =67.4%

4. Определение количества подведенной и отведенной теплоты

Определяем количество подведенной теплоты, кДж/кг, по формуле

=1245746.558 Дж/кг = 1245.745кДж/кг

Определяем количество отведенной теплоты, кДж/кг по формуле

5. Сравнение расчетного термического КПД с его значением, определённым через подведенную и отведенную теплоту, а так же с КПД цикла Карно

Термический КПД цикла через подведенную и отведенную теплоту определяется по формуле

Подставляя известные значения в формулу получим

%

Термический КПД цикла Карно находим по формуле

где и - минимальная и максимальная температура цикла, К.

Сравниваем полученные КПД:

6. Определяем работу по процессам цикла и суммарную работу за цикл

Так как процесс (а-с) адиабатного сжатия, то работа определяется по формуле

Подставляя известные значения в формулу, получим

Так как процесс (c-z') изохорный

Процесс (z'-z) изобарный, и работа определяется по формуле

(31)

Процесс (z-b) адиабатный, как и процесс (a-c) Поэтому, справедлива формула

Процесс (b-a) изохорный, значит

Работа за цикл будет складываться из всех работ процессов цикла по формуле

7. Определение полезной и максимальной (энергии) работы цикла. Сравнение максимальной работы с суммарной работой по процессам цикла

Полезная работа находится по формуле

Подставляя известные значения в формулу(35), получим

Максимальная полезная работа определяется по формуле

Подставляя известные значения в формулу(36), получим

Сравнивая работы за цикл, получим, что:

Относительная ошибка в процентах составит

8. Определяем изменяем внутренней энергии, энтальпии и энтропии рабочего тела по процессам цикла и в целом за цикл

Изменение внутренней энергии находится по формуле

где - удельная теплоемкость смеси при v=const Дж/(кг*К)

- изменение температуры процесса, К.

Применяя эту формулу для каждого процесса цикла, получим

(39)

(40)

41)

(42)

(43)

Изменение внутренней энергии за цикл будут равны

Изменение энтальпии по процессам цикла определяются по формуле

где - удельная теплоёмкость смеси при p=const, кДж/кг.

Подставляя известные величины в формулу, получаем

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

Изменение энтальпии за цикл будут равны сумме изменений энтальпии по процессам

Находим изменения энтропии по процессам.

Так как процессы (a-c) и (b-z) адиабатные, отсюда следует, что

Процесс (c-z') изохорный, поэтому

Процесс (z'-z) изобарный, поэтому

Процесс (b-a) изохорный, поэтому

Изменение энтропии за цикл будет равен сумме изменений энтропии по процессам

9. Оценка применимости I закона термодинамики к процессам цикла и в целом за цикл

Первый закон термодинамики имеет вид

Применяем эту формулу для процессов цикла, получаем:

а) адиабатный процесс (a-c)

(59)

тогда ;

б) изохорный процесс (c'-z)

(60)

Тогда

в) изобарный процесс (z'-z)

(61)

г) адиабатный процесс (z-b)

(62)

в) изохорный процесс (b-a)

(63)

тогда

В целом за цикл

Тогда

Или

838.06

Тогда

10. Определение среднего индикаторного давления по параметрам цикла и полезной работе цикла

Среднее индикаторное давление по параметрам цикла определяется по формуле

где с- степень предварительного расширения, с=1.292;

P_a- давление в начале сжатия, МПа

Подставляем известные величины в формулу, получаем

Среднее индикаторное давление по полезной работе цикла определяется по формуле

где - рабочий объем, м³/кг

Из расчетов

11. Построение цикла P-V и T-S диаграммах

По вычислительным значениям давлений и удельных объемов в характерных точках изображается идеальный цикл в P-V координатах. Адиабаты сжатия и расширения проводятся (плавные кривые) с использованием промежуточных точек, которые определяются из уравнений:

Построение цикла в P-V диаграмме

а) Адиабата (a-c)

При

При

При

При

При

При

б) Адиабата (z-b)

При

При

При

При

При

При

Расчетные параметры P и V в характерных и промежуточных точках сводим в таблицы 1 и 2.

Таблица 1

Параметры P и V в характерных точках

Точки цикла	а	с	z'	z	b
P, МПа	0,1	5.45	10.58	10.58	0.27
V, м3/кг	0,917	0,052	0,052	0,067	0.917

Таблица 2

Параметры P и v в промежуточных точках

Промежуточ-ные точки	м3/кг	0,1	0,2	0,3	0,5	0,7	0,9
(a-с)	, МПа	2.269	0.842	0,478	0,234	0,146	0,102
(z-b)	, МПа	6,153	2,285	1,297	0,634	0,396	0,278

Построение цикла в T -S диаграмме.

Для построения цикла в диаграмме T и S необходимо определить начальное значение энтропии по формуле

где T₀=273 K,

Значения энтропии в характерных точках определяются по формулам

(76)

(77)

Данные расчетов сводим в таблицу 3.

Таблица 3

Параметры T и s в характерных точках

Точки цикла	а	с	z'	z	b
T,K	309	968.6	1879.08	2428	858.07
S,кДж/кгК	0.1327	0.1327	0.6237	0.8897	0.8897

Построение изохор и изобары в T-s-диаграмме производится также по промежуточным точкам.

Для определения промежуточных точек изохоры (с-z') используется формула

, (79)

где - произвольно взятая температура из условия , К.

При =1200К

При =1400К

При =1600К

При

Для определения промежуточных точек изобары (z-z') используется формула

, (80)

где - произвольно взятая температура из условия , К.

При =2000К

При =2100К

При =2200К

При =2300К

Для определения промежуточных точек изохоры (a-b) используется формула

, (81)

Где - произвольно взятая температура из условия , К.

При =400К

При =500К

При =600К

При =700К

Данные расчёта свожу в таблицу 4.

Таблица 4

Значения параметров промежуточных точек для построения изохор и изобары в T-s-диаграмме

Процесс	Условия	Значение в зависимости от
Изохора c-z'		,K	1200	1400	1600	1800
		,кДж/кгК	0,291	0,405	0,504	0,592
Изобара z'-z		,K	2000	2100	2200	2300
		,кДж/кгК	0,688	0,739	0,787	0,833
Изохора a-b (b-a)		,K	400	500	600	700
		,кДж/кгК	0,324	0,489	0,624	0,739

Теперь выбираю масштаб для p-н-диаграммы

Тогда для того, чтобы построить p-н-диаграмму каждое число из таблицы 1 и 2 делим на и .

Выбираю масштаб для T-s-диаграммы

.

Для того, чтобы построить T-s-диаграмму каждое число из таблиц 3 и 4 делим на и .

12. Определение площади цикла, эквивалентной полезной работе и указание на P-н-диаграмме среднего индикаторного давления

Площадь цикла , эквивалентная полезной работе цикла, определяется по формуле

, (82)

где - длина проекции цикла на ось удельного объёма, см;

µ - масштаб давления, .

В P-н-диаграмме полезная работа цикла изображается в виде прямоугольника, равного площади цикла, с основанием рабочего объёма и высотой, равной среднему индикаторному давлению.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы было установлено следующее:

1. Расчёт проводился для цикла бескомпрессорного дизельного двигателя со смешанным подводом теплоты. Определены такие параметры рабочего тела в характерных точках цикла, как температура, давление и удельный объём.

2. Значение термического КПД двигателя по параметрам цикла составило 0,674, что одновременно соответствует значению данного показателя, определённым через подведённую и отведённую теплоту. Сравнение термического КПД двигателя с КПД цикла Карно определяется неравенством 0,618<0,872.

3. Расчётные значения полезной и максимальной (эксергии) работы цикла соответственно составляют: и кДж/кг. Сравнение максимальной работы с суммарной работой по процессам цикла соответствует неравенству . Относительная ошибка между суммарным значением работы по процессам цикла и полезной работой за цикл составляет 0,0015%, что допустимо.

4. Проведены расчёты по определению изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии по процессам цикла и в целом за цикл. Равенства: , и подтверждают правильность расчёта.

5. Применимость первого закона термодинамики к процессам цикла и в целом за цикл определяется соотношением и по результатам расчётов составляет , что допустимо.

6. Расчётные значения среднего индикаторного давления по параметрам цикла и по полезной работе за цикл соответственно составляют: 0,9686?0,9706 МПа.

7. По результатам построения P-н-диаграммы, для цикла бескомпрессорного дизельного двигателя со смешанным подводом теплоты, площадь цикла, эквивалентная полезной работе, равна .



Список используемой литературы

1. Амерханов, Р. А. Теплотехника/Б.Х. Драганов М.: Энергоатомиздат, 2006. 432 с.: ил.(Учебник и учеб. Пособия для высш. учеб. заведения).

2. Тракторы МТЗ-80 МТЗ-82/ И.П. Ксеневич, С.Л. Кустанович, П.Н. Степанюк и др.; -2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1983. 254 с., ил.

3. Методические указания по курсу "Автотракторные двигатели". РазработалМ.Ф. Чеповский. Тюм ГНГУ. 1995. 37 с.

4. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности "Двигатели внутреннего сгорания" / Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др.; Под ред. Орлина А.С., Круглова. М.Г. 4-е изд., перераб. и доп. М.: "Машиностроение", 1983. 372 с.

5. Теория двигателей внутреннего сгорания. Под ред. проф. д-ра техн. наук Дьяченко Н.Х. Л.: "Машиностроение", 1974. 552 с.

6. Хачиян А.С., Морозов К.А., Луканин В.Н. Двигатели внутреннего сгорания: Учебник для вузов. М.: "Высшая школа", 1978. 280 с.

Размещено на Allbest.ru

...