Содержание
1. Задание к выполнению курсовой работы……………………………………… |
3 |
2. Расчет смеси идеальных газов………………………………………………….. |
5 |
2.1. Определение объемного состава смеси………………………………….. |
5 |
2.2. Газовые постоянные компонентов и смеси……………………………… |
6 |
2.3. Кажущаяся молекулярная масса смеси…………………………………... |
6 |
2.4. Масса и парциальные давления компонентов смеси по параметрам газа в начальной точке расширения газа в двигателе……………………….. |
7 |
2.5. Плотность и удельный объем компонентов смеси при расчетных и нормальных условиях………………………………………………………….. |
7 |
2.6 Истинные теплоемкости смеси (массовые, мольные и объемные) при постоянном давлении и объеме……………………………………………….. |
9 |
2.7 Средняя теплоемкость смеси и(массовая, мольная и объемная) в процессе росширения газа в цикле двигателя (процесс 3–4)………………... |
11 |
3. Расчет и термодинамический анализ цикла газового двигателя……………... |
15 |
3.1 Определение параметров цикла P, v, T, u, h в узловых точках цикла..... |
15 |
3.2 Определение значений c, ,,q, l для каждого процесса цикла……. |
16 |
3.3 Расчет работы цикла, термического КПД, и среднеидикаторного давления................................................................................................................ |
18 |
3.4 Среднеинтегральные температуры процессов. Потери работоспособ-ности…………………………………………………………………………….. |
18 |
3.5 Изображение цикла в P–v и T–s тепловых диаграммах…………………. |
19 |
3.6 Оптимизация цикла двигателя……………………………………………. |
19 |
4. Расчет цикла и термодинамический анализ паросиловой установки……….. |
20 |
5. Список литературы……………………………………………………………… |
26 |
2. Расчет смеси идеальных газов
Смесь газов имеет массовый состав: N2 – 72 %, СО – 2 %, CO2 – 17 %, H2O – 9 %.
Определить:
а) объемный состав смеси;
б) газовую постоянную компонентов и смеси;
в) кажущийся молекулярный вес смеси;
г) парциальные давления компонентов смеси в точке цикла 3;
д) плотность и удельный объем компонентов и смеси при заданных и нормальных физических условиях;
е) истинные теплоемкости смеси (мольную, объемную и массовую при p = const и v = const) для заданной температуры;
ж) средние теплоемкости смеси (мольную, объемную и массовую).
2.1 Определение объемного состава смеси
Объемные доли компонентов смеси ri связаны с массовыми gi зависимостью:
,
где µi – молесулярные массы компонентов смеси.
Зная, что
µN2 = 0,028 моль/кг; µCO = 0,028 моль/кг;
µСО2 = 0,044 моль/кг; µН2О = 0,018 моль/кг.
(0,72/0,028)+(0,02/0,028)+(0,17/0,044)+(0,09/0,018)=35,292 .
Отсюда:
;
;
;
.
2.2 Газовые постоянные компонентов и смеси
Газовые постоянные компонентов смеси рассчитываются по зависимости:
,
где 8314 – универсальная газовая постоянная.
Тогда:
8314/0,028 = 297 ;
8314/0,028 = 297 ;
8314/0,044 = 189 ;
8314/0,018 = 462 .
Газовая постоянная смеси определяется как:
,
Таким образом получим:
297·0,72+297·0,02+189·0,17+462·0,09 = 293 .
2.3 Кажущаяся молекулярная масса смеси
Кажущаяся молекулярная масса смеси определяется по выражению:
,
0,7286·0,028+0,0202·0,028+0,1095·0,044+0,1417·0,018 = 29,06 .
2.4 Масса и парциальные давления компонентов смеси по параметрам газа в начальной точке расширения газа в двигателе
Начальная точка расширения газа – точка 3.
Определим значение через начальные параметры состояния в заданном цикле.
Для процесса 1–2: , т.е.
или .
Для процесса 2–3: , откуда.
120 000·61,3·4 = 4 929 897 Па
Тогда парциальные давления компонентов смеси:
4 929 897·0,7286 = 3 591 923 Па;
4 929 897·0,0202 = 99 584 Па;
4 929 897·0,1095 = 539 824 Па;
4 929 897·0,1417 = 698 566 Па.
2.5 Плотность и удельный объем компонентов смеси при расчетных и нормальных условиях.
Удельный объем компонентов смеси можно определить из выражения:
.
.
При нормальных условиях
(293·273)/101300 = 0,7924 .
Таким образом, удельный объем компонентов смеси при нормальных условиях:
0,7286·0,7924 = 0,5773 ;
0,0202·0,7924 = 0,0160 ;
0,1095·0,7924 = 0,0868 ;
0,1417·0,7924 = 0,1123 .
Плотность компонентов смеси при нормальных условиях:
.
Тогда:
0,72/0,5773 = 1,247 ;
0,02/0,016 = 1,250 ;
0,17/0,0868 = 1,959 ;
0,09/0,1123 = 0,801
Плотность газовой смеси при нормальных условиях:
0,7286·1,247+0,0202·1,25+0,1095·1,959+0,1417·0,801 = 1,262
Определяем через начальные параметры состояния в заданном цикле:
; ;;;.
293·303/(120000·6) = 0,1233 .
При расчетных условиях удельные объемы компонентов смеси:
0,7286·0,1233 = 0,0898 ;
0,0202·0,1233 = 0,0025 ;
0,1095·0,1233 = 0,0135 ;
0,1417·0,1233 = 0,0175 .
При расчетных условиях плотности компонентов смеси:
0,072/0,0898 = 8,018 ;
0,02/0,0025 = 8,000 ;
0,17/0,0135 = 12,593 ;
0,09/0,0175 = 5,143 .
Плотность смеси при расчетных условиях составит:
.
Тогда:
0,7286·8,018+0,0202·8+0,1095·12,593+0,1417·5,143 = 8,111 .
2.6 Истинные теплоемкости смеси (массовые, мольные и объемные) при постоянном давлении и объеме.
В точке 3:
4 929 897·0,1233/293 = 2075 К (1802 ºC).
Истинная мольная теплоемкость при находиться по интерполяционным формулам [1,c.40, табл.4 и 5]:
32,7466+0,001652·2075 = 35,723 ;
33,6991+0,0013406·2075 = 36,115 ;
56,8768+0,002174·2075 = 60,794 ;
40,2393+0,005985·2075 = 51,025 .
Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при :
35,723·0,7286+36,115·0,202+60,115·0,1095+51,025·0,1417 = 40,644 .
Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при :
;
.
Тогда:
40,644–28,3·293 = 32,352 .
Истинная массовая теплоемкость:
при
40,644/28,3 = 1,4362 ;
при
=32,352/28,3 = 1,1432 .
Истинная объемная теплоемкость:
при
40,644/22,4 = 1,814 ;
при
32,352/22,4 .
2.7 Средняя теплоемкость смеси и(массовая, мольная и объемная) в процессе росширения газа в цикле двигателя (процесс 3–4).
Для определения средних теплоемкостей процесса, необходимо рассчитать теплоемкости смеси в начальной и конечной точках процесса.
Точка 3:
2075 К (1802 ºC).
Средняя мольная теплоемкость при находиться по интерполяционным формулам [1,c.40, табл.4 и 5]:
29,7815+0,0016835·2075 = 29,782 ;
30,4242+0,0015579·2075 = 33,232 ;
48,4534+0,0030032·2075 = 53,865 ;
34,5118+0,0045979·2075 = 42,797 .
Средняя мольная теплоемкость смеси при :
,
29,782·0,7286+33,232·0,0202+53,865·0,1095+42,797·0,1417 = 34,333 .
Средняя мольная теплоемкость смеси при :
;
.
34,333–28,3·293 = 26,041 .
Средняя массовая теплоемкость смеси при :
34,333/28,3 = 1,2132 ;
при
26,041/28,3 = 0,9202 .
Средняя объемная теплоемкость смеси:
при
34,333/22,4 = 1,533
при
26,041/22,4 = 1,163 .
Точка 4:
; ;
;
;
; 1374 К (1101 ºC).
Средняя мольная теплоемкость при находиться по интерполяционным формулам [1,c.40, табл.4 и 5]:
29,7815+0,0016835·1374 = 31,631 ;
30,4242+0,0015579·1374 = 32,139 ;
48,4534+0,0030032·1374 = 50,044 ;
34,5118+0,0045979·1374 = 39,576 .
Средняя мольная теплоемкость смеси при :
31,631·0,7286+32,139·0,0202+50,044·0,1095+39,576·0,1417 = 34,783 .
при
;
;
34,783–28,3·293 = 26,491 .
Средняя массовая теплоемкость смеси:
при
34,783/28,3 = 1,229 ;
при
26,491/28,3 = 0,936 .
Средняя объемная теплоемкость:
при
34,783/22,4 = 1,553 ;
при
26,491/22,4 = 1,183 .
Средняя мольная теплоемкость процесса 3–4:
при
,
;
при
.
Средняя массовая теплоемкость процесса 3–4:
33,626/28,3 = 1,188 ;
25,334/28,3 = 0,895.
Средняя объемная теплоемкость процесса 3–4:
33,626/22,4 = 1,501 ;
25,334/22,4 = 1,131 .
3. РАСЧЕТ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИКЛА ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Цикл поршневого двигателя имеет следующие характеристики: =30°C и давление 120 000 Па. Принимается за рабочее тело воздух для процесса 1–2. (1,004,0,716,R=287 Дж/(кг град)), требуется:
определить параметры цикла p, v, t, u, s, i для основных точек цикла;
определить с, ,q, l для каждого процесса входящего в цикл;
найти работу цикла, термический КПД и среднее индикаторное давление;
определить среднеинтегральные температуры процессов;
изобразить цикл на T–s диаграмме.