практическая термо



Практическая работа №1.

Тема: Исследования прямого цикла Карно совершаемого воздухом.

Цель: Изучить условия протекания прямого цикла Карно. Научиться определять термический КПД цикла.

Дано: Прямой цикл Карно , совершаемый воздухом, параметры точки 1 следующие:

p1=2 МПа и T1=600ºK, а параметры точки 3: p3=120 кПа и T3= 300ºK.

Задание: Исследовать цикл Карно, совершаемый воздухом по следующей схеме

Определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла.

Определить удельную работу цикла.

Определить термический КПД цикла.

Пользуясь полученными данными построить pv-диаграмму цикла.

Образец выполнения работы.

1. Определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла.

точка1: p1=2 МПа и T1=600ºK.

Удельный объем воздуха определим из уравнения состояния pv =R0T

v1= R0T1/ p1= 287,1 Дж/кг·ºK· 300ºK/ (2· 106 Па)=0,086 м3/ кг.

точки 2 и 3 . Для этих точек принадлежащих адиабате 2-3: T2=600ºK , p3=120 кПа , T3= 300ºK.

Удельный объем находим из уравнения

v3= R0T3/ p3=287,1 Дж/кг·ºK·300ºK / (120·103Па)=0,718 м3/ кг.

Из уравнения адиабаты 2-3 находим v2:

T2/ T3= (v3/ v2)k-1, откуда

v2= v3(T3/ T2)1/(k-1)=0,718 (300/ 600) 1/(1,4-1)=0,127 м3/ кг

По уравнению изотермы 1-2 находим p2:

p1/ p2= v2 / v1 => p2= p1(v1/ v2)= 2·106(0,086 м3/ кг: 0,127 м3/ кг)=1,35 МПа

точка 4: T4=300ºK. Так как v2 / v1= v3 /v4 , то v4= v3 (v1/ v2)= 0,718 м3/ кг (0,086 м3/ кг: 0,127 м3/ кг)=0,486 м3/ кг.

По уравнению состояния находим p4:

p4= R0T4/ v4=(287,1 Дж/кг·ºK · 300ºK)/0,486 м3/ кг=177 кПа

2. Определим удельную работу цикла. Найдем предварительно значения удельных работ

изменения объема на отдельных участках цикла:

а) по изотерме расширения 1-2

/ L1-2 /=2,3 R0T1lg (v2 / v1)= 2,3·287,1 Дж/кг·ºK· 600ºK lg (0,127 м3/ кг: 0,086 м3/ кг)=67,4 кДж/кг;

б) по адиабате расширения 2-3

/ L2-3 /= R0 /(k-1) · (T2— T3)= 287,1 Дж/кг·ºK: (1,4-1) · (600ºK- 300ºK)=215 кДж/кг

в) по изотерме сжатия 3-4

/ L3-4 /=2,3 R0T3 lg (v3 / v4)= 2,3·287,1 Дж/кг·ºK·300ºK lg (0,718 м3/ кг·0,486 м3/ кг)=33,7 кДж/кг

г) по адиабате сжатия 4-1

/ L4-1 /= R0 /(k-1) · (T3— T4)= 287,1 Дж/кг·ºK: (1,4-1) ·(600ºK- 300ºK)= 215 кДж/кг

Удельная работа цикла / L0 /= / L1-2 /+/ L2-3 /-/ L3-4 /-/ L4-1 /=67,4 кДж/кг+215 кДж/кг-33,7 кДж/кг-215 кДж/кг=33,7 кДж/кг

3. Термический КПД цикла Карно найдем по уравнению η t=1- T2/ T1=1- 300/600=0,5

Этот КПД можно найти и по более общей формуле:

η t=/ L0 /: /q1/

где удельная работа цикла / L0 /=33,7 кДж/кг; /q1/-удельная теплота, подведенная к рабочему телу от теплоотдатчика. В цикле Карно эта теплота подводится по изотерме 1-2, а это значит, что /q1/= / L1-2 /=67,4 кДж/кг

4. Построение pv-диаграммы происходит в следующем порядке:

1.Подсчитаем промежуточные точки для построения адиабат расширения 2-3 и

сжатия 4-1,пользуясь формулами

p5=√ p2∙ p3=

v 5=√ v 2∙ v 3=

p6=√ p4∙ p1=

v 6=√ v 4∙ v 1=

2. Результаты вычислений заносим в таблицу.

3. Выбираем определенный масштаб, например 2МПа-120мм

4. В выбранном масштабе переводим „ МПа“ и „м3/ кг “ в „мм“.

5 .По полученным точкам строим график на миллиметровой бумаге.

Вопросы для самоконтроля.

Какой цикл называется прямым?

2. В каких точках цикла давление и объем максимальны?

3.На каком участке цикла происходит подвод теплоты?

4. От каких значений зависит термический КПД цикла Карно?

5. Как можно повысить экономичность прямого цикла Карно?

Литература.

1.Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М., Техническая термодинамика и теплопередача. – М.:Висш.шк., 1979. – 445 с.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередачи. – М.:Высш.шк., 1980. – 469 с.

3. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия. 1977. – 342 с.

4. Крутов В.И. Техническая термодинамика. – М.:Высш.шк., 1981. – 463 с.

5. Кузовлев В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи – М.: Вы микрокалькулятор, лекало. сш.шк., 1983. – 335 с.

Практическая работа № 2

Тема: Выбор количества ступеней и расчет цикла идеального поршневого компрессора.

Цель: Изучить термодинамические основы работы идеального поршневого компрессора

Оборудование: микрокалькулятор, лекало.

Дано: В идеальном компрессоре воздух сжимается до 2 МПа. Температура самовоспламенения смазочного масла 2000С. Температура наружного воздуха t = 150C и давление его 0,1 МПа. Сжатие воздуха происходит по политропе с показателем n = 1,2, Vц=0,005 м3– обьем газа поступающего в одну рабочую полость компресора за один ход всасывания.

Задание:

Определить количество ступеней компрессора необходимого для сжатия.

Определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла

Определить работу, затрачиваемую на политропное сжатия воздуха в каждой ступени.

Пользуясь полученными данными построить индикаторную диаграмму идеального компрессора.

Образец выполнения практической работы.

Рассчитать возможность применения одноступенчатого компрессора. Подсчитаем степень повышенного давления:

λ=p2/p1= 2МПа / 0,1 МПа = 20

Подсчитаем температуру в конце сжатия :T1=15+273 =288ºK , T2=T1(p2/p1)(n –1)/n

T2=2880 K (20)(1,2-1)/1,2= 2880 K ·200.17=4790 K

t2=(479-273)0C=2060C

T2>T сам.восп.

2060С>2000C

Вывод: применять одноступенчатое сжатие нельзя.

Рассчитаем возможность применения двухступенчатого компрессора для сжатия воздуха, с охлаждением воздуха после первой ступени, до первоначальной температуры.

Для двухступенчатого компрессора степень повышения давления в одной ступени: λ=√pk/po=√2МПа/0.1 МПа = 4,47

Определим температуру воздуха после сжатия в первой ступени компрессора

T2=2880 K (4,47)(1,2-1)/1,2= 2880 K ·4,47 0.17=3710 K

t2=(371-273)0C=980C

T2сам. восп.

Вывод: применяем двухступенчатый компрессор.

2. Определим параметры рабочего тела в характерных точках цикла.

Точка 1: t 1= 150C или T1=15º+273º =288ºK, p1=0,1МПа, V1=0,005 м3.

Точка 2: Определим давление после сжатия в первой ступени, с учетом λ=4,47

λ=p2/p1 => p2= λ∙ p1=4,47∙0,1МПа=0,447 МПа

Температура в конце сжатия в первой ступени:

T2=2880 K (4,47)(1,2-1)/1,2= 2880 K ·4,47 0.17=3710 K

Определим объем: V2, из уравнения политропного процесса: V2/V1= (p1/ p2)1/ n

V2= V1∙(p1/ p2)1/n=0,005 м3 (0,1МПа / 0,447 МПа)1/1,2=0,001 м3

Точка 4: Учитывая, что охлаждение происходит изобарно до первоначальной температуры

p4= p2=0,447 МПа, T4= T1=288ºK, объем найдем из уравнения изобарного процесса V2/ V4= T2/ T4 => V4= (V2∙T4)/ T2=(0,001 м3∙288ºK)/ 371º K=0,0008 м3

Точка 5: λ=p5/p4 => p5=λ·p4=4,47·0,447МПа= 2 МПа

T5=T4(λ)1/(n-1) =288ºK(4,47)0,17=371ºK

V5/V4= (T4/T5)1/(n-1) =V5=V4(T4/T5)5= 0,001м3(288/371)5=0,00028м3

3.Определить работу, затрачиваемую на политропное сжатие в каждой ступени:

Работа политропного сжатия газа в первой ступени:

|L1|= р 1 V1(n-1)/n-1)n/( n-1) =0,1МПа · 0,0005м3(4,47 0,17-1)1,2/1,2-1= 0,0005м3(1,29-1) · 6=0,00087 · 106 Дж –за одну секунду.

За час L1=3600 · 0,00087 ·106Дж = 3.132 Дж · 106=3.132 МДж.

Во второй ступени:

|L2|= р2 V2(n-1)/n-1) n /(n-1)= 0,447· 106 ·0,001 м3 (4,47 0,17-1) 1,2/(1,2-1)=447· 0,29·6=777,78 Дж – за одну секунду.

За час L2=777,78 Дж·3600=2,8 МДж

Очевидно, что работа двухступенчатого компрессора равна сумме работ, затрачиваемой в первой и второй ступенях:

22|L|=|L1|+ |L2|=3.132 МДж+ 2,8 МДж=5.932 МДж

4.Построение индикаторной диаграммы происходит в следующем порядке:

1.Подсчитаем промежуточные точки для построения политроп сжатия: 1-2 и

4-5,пользуясь формулами

p7=√ p1∙ p2=

v 7=√ v 1∙ v 2=

p8=√ p4∙ p5=

v 8=√ v 4∙ v 5=

2. Результаты вычислений заносим в таблицу.

3. Выбираем определенный масштаб, например 2МПа-120мм

4. В выбранном масштабе переводим „ МПа“ и „м3/ кг “ в „мм“.

5 .По полученным точкам строим график на миллиметровой бумаге.

Вопросы для самоконтроля.

1.Какие допущения делаются при изучении идеального компрессора, отличающие его от реального?

2.Почему в реальном поршневом компрессоре поступление воздуха в цилиндр происходит не на всем протяжении хода поршня?

3.Как влияет на показатель политропы сжатие усиление охлаждения стенок цилиндра компрессора?

4.Для чего применяется многоступенчатое сжатие?

5.Для каких целей в многоступенчатом компрессоре применяется межступенчатый охладитель?

Литература.

1.Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М., Техническая термодинамика и теплопередача. – М.:Висш.шк., 1979. – 445 с.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередачи. – М.:Высш.шк., 1980. – 469 с.

3. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия. 1977. – 342 с.

4. Крутов В.И. Техническая термодинамика. – М.:Высш.шк., 1981. – 463 с.

5. Кузовлев В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи – М.: Высш.шк., 1983. – 335 с.

Практическая работа № 3.

Тема:Исследования термодинамического цикла ДВС со смешанным подводом теплоты.

Цель: Изучить термодинамические основы цикла ДВС со смешанным подводом теплоты.

Оборудование: микрокалькулятор, лекало.

Дано: Четырехтактный бескомпрессорный дизель работающий по циклу со смешанным

подводом теплоты. Значения pa=0,1 МПа; ta=270C ;cv=0,72 кДж/ (кг∙ºK) ;

|q1|+|q1»|=1340 кДж/ кг; k=1,4 ; pz=5,5МПа и ε=15 Рабочее тело-

воздух, рассматриваемый как идеальный газ. Масса воздуха 1кг.

Задание:

1.Определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла.

2. Определить термический КПД цикла.

3. Определить удельную работу совершенную за цикл.

4.Пользуясь полученными данными построить pv-диаграмму цикла.

5. По построенной диаграмме определить удельную работу совершенную за цикл

исходят из того, что двигатель одноцилиндровый. Сравнить расчетное значение

удельной работы с значением определенным с помощью диаграммы.

Образец выполнения практической работы.

1. Находим параметры в характерных точках цикла:

в точке а- начало сжатия vа=R0Ta/ pa ; для воздуха R0=287,1Дж/(кг∙ºK);

Ta=273+ ta=(273º+27º) K =300ºK, поэтому vа=287,1Дж/(кг∙ºK)· 300ºK / 0,1 ·106Па=

=0,861 м3/ кг;

в точке с- конец сжатия- воспользуемся уравнением ε= vа/ vс => vс= vа/ ε

=0,861/15=0,0573 м3/ кг;

pс= pа (vа/ vс)k, откуда pс=pа(ε)k=0,1·106·(15)1,4=4,43·10 6Па=4,43 МПа

Tс= pс vс/ R0=4,43·10 6Па·0,0573/287,1=883ºK или tс=610ºС

в точке z’- конец подвода теплоты при постоянном объеме- воспользуемся уравнением

λ= pz/ pс ( степень повышения давления λ=5,5МПа/4,43 МПа=1,242)

Tz’ = Tс λ=883ºK·1,242=1097ºK или tz’ =824ºС

vz’ = vс=0,0573 м3/ кг

в точке z- конец подвода теплоты при постоянном давлении- предварительно вычисляем

q1»;так как | q1|+|q1»|=1340 кДж/ кг , то сначала подсчитаем q1:

|q1|=cv (Tz’— Tс)= 0,72 (1097-883) кДж/кг=154 кДж/кг, поэтому q1»=(1340-154) кДж/кг.

Температуру Tz в точке z определяем из уравнения

|q1»|=cp (Tz-Tz’), отсюда Tz= q1»/ cp+ Tz’.

Находим предварительно cp :

cp=k cv=1,4·0,72·103=1,01 кДж/ (кг∙ºK)

Подставляем значение cp, определяем

Tz=(1186/1,01+1097) ºK=2274ºK или tz=(2274-273)=2001ºС.

Находим vz. Сначала подсчитаем степень предварительного расширения:

ρ= Tz / Tz’=2274ºK /1097ºK=2,07

Теперь вычисляем vz: => vz= ρ vс=2,07·0,0573 м3/ кг ≈0,118 м3/ кг;

в точке b-конец адиабатного расширения-vb= vа==0,861 м3/ кг ;

Находим Tb из уравнения Tb= Ta ρkλ; Tb=300ºK·2,071,4·1,242=1034ºK или

t b=(1034-273) ºС=761ºС

Давление pb находим из уравнения состояния для точки b: pb= R0Tb/

vb=287,1·1034º/0,861=0,345·106=0,345 МПа

2. Определим термический КПД цикла.

3. Определить удельную работу совершенную за цикл.

|L0|=| L z-z’|+| L z-b|-| La-c|;

| L z-z’|= R0(Tz— Tz’)= 287,1·(2274-1097)кДж/кг=337,9 кДж/кг

| L z-b|= R0(Tz— Tb)/(k-1)= 287,1·(2274-1034)/(1,4-1) кДж/кг=890 кДж/кг.

|La-c|= R0(Tс— Tа)/(k-1)= 287,1·(883-300)/(1,4-1) кДж/кг=418 кДж/кг

|L0|=(337,9+890418) кДж/кг=809,9 кДж/кг

термический КПД цикла можно определить по формуле

ηt= |L0|/|q1|=(809·103)/(1340·103)=0,604 (или 60,4%)

что отличается от ранее найденного значения ηt (60,5%) на 0,1%.



Страницы: 1 | 2 | Весь текст




map