- •Варианты из табл. 1.2 по списку (вариант II)
- •Домашнее задание №2.
- •Последовательность расчета газового цикла
- •В соответствии с приведенным выше алгоритмом расчета вычислим параметры состояния рабочего тела в узловых точках цикла (т. 1, 2, 3, 4):
- •Для проверки правильности расчетов можно вычислить изменение калорических параметров рабочего тела в каждом процессе цикла, т.Е. ∆I, ∆u, ∆s, где
- •Итоговая таблица результатов расчетов
- •Для построения цикла в р - –диаграмме необходимо вычислить удельный объем при среднеарифметическом значения давления для процесса (1-2) и (3-4).
Последовательность расчета газового цикла
Обозначения и размерность величин, входящих в исходные данные, для выполнения домашнего задания приведены в таблице 1.3.
Таблица 1.3
Размерность исходных величин
для домашнего задания №2
Наименование |
Величины |
Размерность |
Начальное давление |
р1 |
Н/м2 |
Начальная температура |
Т1 |
К |
Давление после компрессора |
р2 |
Н/м2 |
Показатель политропы сжатия |
п1-2 |
безразмерный |
Температура газа после камеры сгорания |
Т3 |
К |
Показатель политропы в процессе подвода тепла к камере сгорания |
п2-3 |
безразмерный |
Давление за турбиной |
р4 |
Н/м2 |
Газовая постоянная рабочего тела |
R |
Дж/(кг*К) |
Газовая постоянная R определяется в зависимости от типа газа по таблице Приложения 1 или по формуле:
,
где µ - молекулярная масса газа.
Показатель адиабаты k вычисляется для каждого процесса по формуле:
,
а средние значения теплоемкости находятся для каждого процесса по формуле (1.19) с использованием данных таблиц Приложения 7. Для гелия можно принимать k=1,67 и считать k независимой от температуры газа.
Алгоритм расчета:
-
Вычисление термических параметров рабочего тела:
– удельный объем в начальном состоянии;
– температура после сжатия в компрессоре;
- удельный объем газа в точке 2;
– давление газа после камеры сгорания (точка 3);
- удельный объем газа в точке 3;
– температура газа за турбиной (точка 4);
- удельный объем газа в точке 4;
– показатель политропы в процессе 4-1;
-
теплота и работа процесса определяется из соотношений (1.30) и (1.31). Изменение энтальпии и внутренней энергии вычисляются по формулам:
а изменение энтропии – по формулам (1.41)-(1.43). Работа цикла определяется суммой работ расширения отдельных процессов, т.е.
Теплота, подводимая к рабочему телу в цикле q1, находится как сумма теплот в процессах, где q1>0.
Теплота цикла согласно (1.44): qn=q1-q2=In.
Термический КПД цикла вычисляется по формуле (1.45).
В правильно выполненном расчете должны выполняться условия:
Пример. Произвести расчет замкнутого кругового процесса (цикла) с учетом зависимости теплоемкости , и от температуры газа в каждом процессе, из которых состоит цикл, если известно: рабочее тело – кислород (О2), , T1=273 К, р1=0,1 МПа, р2=6*105 Па, п1-2=1,45, T3=1000 К, п2-3=0,2, р4=1,3*105 Па (см. рис. 1.1).
Решение:
-
В соответствии с приведенным выше алгоритмом расчета вычислим параметры состояния рабочего тела в узловых точках цикла (т. 1, 2, 3, 4):
Для определения параметров газа в конце адиабатного расширения (точка 4) необходимо определит методом последовательных приближений показателей адиабаты - среднее значение его для процесса 3-4. В качестве первого приближения значение k можно принять равным k3-4=1,4 как для двухатомного газа. Для гелия и трехатомного газа можно принимать k =1,67 и k =1,33 соответственно.
Тогда в первом приближении
Зная температуру начала и конца адиабатного расширения, необходимо определить среднее значение теплоемкостей для интервала температур (1000 - 681 К) с использованием таблиц Приложений 2 и 3, а также формулы (1.19).
Окончательно получаем
После этого принимаем за новое значение второго приближения k=1,322 и находим Т4 =721 К и снова вычисляем, как указано выше, среднее значение теплоемкостей но уже для интервала температур (1000-721 К). Получаем: . Тогда уточненное значение Т4=722,5 К.
Удельный объем газа в конце адиабатного расширения находится как
Показатель политропы процесса 4 – 1:
-
Вычислим работу расширения (сжатия) газа в политропных процессах по формулам (1.31):
Работа цикла находится как алгебраическая сумма работ процессов, составляющих цикл:
-
Вычислим теплоту для каждого политропного процесса по формуле:
где - среднее значение теплоемкости в интервале температур
k - среднее значение показателя адиабаты в интервале
n - показатель политропы для процесса 1 – 2.
Так как для процесса сжатия в компрессоре , то тепло в этом процессе подводится, а энтропия рабочего тела увеличивается. Средние значения теплоемкости находятся по методике, изложенной выше, с использованием таблиц Приложений 2 и 3.
Для процесса 1 – 2 получаем окончательно
Тогда:
Для процесса подвода тепла (2 – 3) по изложенной методике находим:
Аналогично находим и тепло (отведенное) процесса (4 – 1), в котором:
В процессе расширения (3 – 4) тепло не подводится (адиабатно), поэтому .
Известно, что разность подведенной и отведенной теплоты в цикле равна работе цикла. Вычислим эту разность:
Относительная погрешность измерений будет равна
Термический КПД цикла находится как