- •Нижегородский государственный педагогический университет Автомобильный институт
- •Вариант №30
- •1. Основные допущения
- •2. Содержание контрольной работы и пояснительной записки
- •3.2. Краткое описание идеализированного цикла теплового двигателя
- •3.2.1. Термодинамический процесс политропного сжатия рабочего тела. Уравнения обмена механической и тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой. Энтропия рабочего тела
- •3.2.1.1. Уравнение термодинамического политропного процесса сжатия [1]
- •3.2.1.2. Энергия в механической форме, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда (в нашем случае это работа изменения объёма), описывается интегральным соотношением [1]
- •3.2.2. Термодинамический изохорный процесс подвода тепловой энергии
- •3.2.3. Термодинамический изобарный процесс подвода тепловой энергии
- •3.2.4. Термодинамический процесс политропного расширения рабочего тела
- •3.2.5. Термодинамический изохорный процесс отвода тепловой
- •4. Определение параметров двигателя
- •4.1. Результирующая работа цикла
- •4.2. Суммарная тепловая энергия цикла
- •4.3. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •4.4. Среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •4.5. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •4.6. Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива
- •5. Индикаторная диаграмма цикла
- •6. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •7. Термодинамический расчет идеализированного цикла поршневого двс со смешанным процессом подвода тепловой энергии к рабочему телу
- •7.1. Исходные данные:
- •Значения параметров состояния рабочего тела в точке c (в конце процесса сжатия a-c)
- •7.3.2. Значения параметров состояния рабочего тела в точке у (в конце изохорного процесса подвода тепловой энергии c-y)
- •7.3.3. Значения параметров состояния рабочего тела в точке z (в конце изобарного процесса подвода тепловой энергии y-z)
- •7.4. Проверка правильности вычислений параметров состояния рабочего тала в характерных точках цикла
- •7.5. Результирующая работа цикла, среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •7.6.2. Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изохорном термодинамическом процессе c-y
- •7.6.3. Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изобарном термодинамическом процессе y z
- •7.6.4. Средние мольные теплоёмкости воздуха и обмен тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в процессе политропного расширения z-b рабочего тела
- •7.6.5 Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в окружающую среду в изохорном термодинамическом процессе b-a
- •7.7. Расчёт параметров двигателя
- •7.7.1. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •7.7.2. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •7.7.3 Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива.
- •7.8. Построение индикаторной диаграммы цикла
- •7.8.1. Назначение и значимость индикаторной диаграммы цикла
- •7.8.2. Последовательность построения индикаторной диаграммы цикла и результаты расчётов параметров для построения диаграммы
- •7.9. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •7.9. Выводы
- •Приложение
- •2. Обозначения и единицы измерения физических величин, используемых в контрольной работе
- •3. Образец задания на контрольную работу
- •Волжский государственный инженерно-педагогический университет Автомобильный институт
- •Вариант №30
- •Литература
7. Термодинамический расчет идеализированного цикла поршневого двс со смешанным процессом подвода тепловой энергии к рабочему телу
7.1. Исходные данные:
Pa = 0.084 * 106 Па — начальное давление рабочего тела (рис.1; точка а, поршень находится в нижней мёртвой точке);
Va = 2.9 л — начальный объем рабочего тела (точка а);
Ta = 310 К —начальная температура рабочего тела (точка а);
ε — 13.0 — степень сжатия рабочего тела (воздуха) в цикле;
λ = 1.6 — степень повышения давления рабочего тела в изохорном процессе c-y (рис.1) подвода тепловой энергии к рабочему телу в результате сгорания топлива;
ρ = 1.42 — степень предварительного расширения рабочего тела в изобарном процессе y-z (рис.1) подвода тепловой энергии при сгорании топлива;
nl = 1.35 - среднее значение показателя политропы сжатия рабочего тела в процессе a-c (рис.1);
n2 = 1.20 - среднее значение показателя политропы расширения рабочего тела в процессе z-b (рис.1):
N = 2000 об/мин — частота вращения коленчатого вала;
I = 4 — количество цилиндров в двигателе;
Z = 4 — число ходов, совершаемых поршнем при осуществлении одного рабочего цикла в цилиндре двигателя (тактность двигателя);
R = 8.314 Дж/(моль*К) — универсальная газовая постоянная
7.2. Определение количества рабочего тела, участвующего
в осуществлении цикла
Из уравнения 4.2, после подстановки исходных параметров рабочего тела в точке “а”, получим количество молей вещества (воздуха), участвующего в цикле в одном цилиндре двигателя
Nмол = Pa*Va/R/Ta = = 0.084*10 6 *2.9*10 -3 /310/8.314 = 0.094516 моль
7.3. Определение значений параметров состояния рабочего
тела в характерных точках цикла:
Значения параметров состояния рабочего тела в точке c (в конце процесса сжатия a-c)
Процесс сжатия a-c политропный. Параметры состояния в точке “с” определяем по уравнениям 4.1 – 4.4 с использованием соотношения для степени сжатия – ε= Va/Vc = 13. Показатель политропы задан в исходных данных, его значение равно n1 = 1.39.
Pc = Pa*εn1 = 0.084*13.01.35 Pc = 2.6798 * 106 Пa
Vc = Va/ε = 2.9/13.0/1000 Vc = 2.2308*10 -4 м3
Tc = Ta* ε(n1 – 1) = 310*13.00.35 Tc = 760.75 К
7.3.2. Значения параметров состояния рабочего тела в точке у (в конце изохорного процесса подвода тепловой энергии c-y)
Определение параметров состояния в изохорном процессе выполняем по зависимости 4.16, используя соотношение для степени повышения давления λ = Py/Pc
Py = λ*Pc = 1.6*2.6798*106 Py = 4.2877*106 Па
Vy = Vc Vy = 2.2308 * 10-4м3
Ту= λ* Тс = 1.6*760.75 Ty= 1217.2К
7.3.3. Значения параметров состояния рабочего тела в точке z (в конце изобарного процесса подвода тепловой энергии y-z)
Расчёт параметров состояния в изобарном процессе выполняем по зависимости 4.16, используя соотношение для степени предварительного расширения ρ = Vz/Vy
Pz = Py Pz = 4.2877*106 Па
Vz = ρ*Vy = 1.42*2.2308* 10-4 Vz = 3.1674* 10-4 м3
Tz = = ρ*Ty = 1.42* 1217.2 Tz = 1728.4K
7.3.4. Значения параметров состояния рабочего тела в точке b (в конце политропного процесса расширения рабочего тела z-b)
Процесс расширения z-b политропный; показатель политропы равен n2 = 1.2. Параметры состояния в точке “b” определяем по уравнениям 4.1 – 4.4 с использованием соотношений для степени сжатия – ε= Va/Vc и для степени предварительного расширения - ρ = Vz/Vy. Из двух последних соотношений следует
ρ/ε = (Vz/Vy)/(Va/Vc) = Vz/Va = Vz/Vb
Тогда,
Pb = Pz*(ρ/ε)n2 = 4.2877*(1.42/13.0)1.2 Pb = 0.30077*106Пa
Vb = Va Vb = 2.9*10 -3м3
Tb = Tz*(ρ/ε) (n2 – 1) = 1728.4*(1.42/13.0)0.2 Tb = 1110.0K