МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Факультет автомобильно-транспортный

Кафедра транспортных систем

Пояснительная записка к самостоятельной

работе № 1

по дисциплине

«Транспортная энергетика»

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ

РГР49.02.00.000 ПЗ

Работу выполнил студент группы 1-ТТП-2

М. А. Анисимова____________

Курсовая работа

защищена с оценкой

Руководитель кан. техн. наук

доцент В. Н. Степанов

2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………...………………………….…....……3

1. Содержание задания………………………………………………….…………….4

2. Значения исходных данных для задания………………………….…….…..….5

3. Расчетные формулы……………………………………………………..………....6

4. Расчет параметров рабочего тела в термодинамических циклах…….…..10

   1. Расчет параметров в цикле с подводом теплоты при постоянном объеме………………………………………………………………………………10

   2. Расчет параметров в цикле с подводом теплоты при постоянном объеме и затем при постоянном давлении………………….…...…………..13

Заключение………………………………………………………………...….........19

Список литературы…………………………………………………………...……20

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А – Термодинамический цикл с подводом теплоты при посто-

янном объеме………..…………………………………………………………………17

Приложение Б – Термодинамический цикл с подводом теплоты при посто-янном объеме и затем при постоянном давлении ……………………………....18

Расчет

термодинамических

циклов

ВВЕДЕНИЕ

Владение методикой расчета термодинамических циклов позволяет оценить значения показателей автомобильного двигателя и делать выводы о их совершенности. Следовательно, появляется возможность обоснованно подходить к выбору транспортных средств для осуществления перевозной деятельности.

Для углубления и закрепления знаний о циклах двигателей внутреннего сгорания, а также получения практических навыков расчета и построения диаграмм этих циклов в виде самостоятельной работы выполняется задание № 1.

1. Содержание задания

Расчет параметров рабочего тела в характерных точках термодинамических циклов : а – с подводом теплоты при постоянном объеме (V=const); б – с подводом теплоты при постоянном объеме (V = const) и затем при постоянном давлении (p = const).

В задании №1 требуется на основании исходных данных второго варианта (табл. 1 и 2) выполнить расчет температур (T_a ,Т_с, Т_у, Т_z , T_b) и давлений (p_a, p_c, p_y, p_z, p_b) рабочего тела в характерных точках термо-динамического цикла, а также рассчитать значение термического КПД (η_t) и среднего давления цикла (p_m). При выполнении рссчета принять T_a =Т₀ ; p_a= p_{0 .}

На основании результатов расчета построить графически:

- цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (V=const);

- цикл с подводом теплоты при опстоянном объеме (V=const) и затем при постоянном давлении (p=const).

Используя результаты расчетов и построенные графические изображения циклов объяснить, в чем заключается сходство этих термодинамических циклов с действительными циклами бензиновых и дизельных двигателей.

2. Значения исходных значений для задания

Таблица 1 – Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме

Исходные данные	Значения исходных данных
Давление окр. среды (p0), МПа	0,1
Температура окр. среды (Т0), К	280
Степень сжатия (ɛ)	6,5
Степень повышения давления (λ)	4,2
Степень предварительного расширения (ρ)	1,0
Степень последующего расширения (δ)	6,5
Показатель адиабаты (k)	1,41

Таблица 2 – Цикл с подводом теплоты при опстоянном объеме (V=const) и затем при постоянном давлении (p=const)

Исходные данные	Значения исходных данных
Давление окр. среды (p0), МПа	0,1
Температура окр. среды (Т0), К	280
Степень сжатия (ɛ)	15,5
Степень повышения давления (λ)	1,9
Степень предварительного расширения (ρ)	1,10
Степень последующего расширения (δ)	14,1
Показатель адиабаты (k)	1,41

3. Расчетные формулы

Т_с = T_a (V_a / V_c) ^k-1 = T_a ɛ ^k-1, (1)

где Т_с – температура рабочего тела в точке c;

T_a – температура рабочего тела в точке a;

V_a – объем рабочего тела в точке a;

V_c – объем рабочего тела в точке c;

k – показатель адиабаты;

ɛ – степень сжатия.

Т_у = Т_с (p_z / p_c) = T_a λ ɛ ^k-1, (2)

где T_y – температура рабочего тела в точке y;

Т_с – температура рабочего тела в точке c;

p_z – объем рабочего тела в точке z;

p_c – объем рабочего тела в точке c;

k – показатель адиабаты;

λ – степень повышения давления;

ɛ – степень сжатия.

Т_z = Т_у (V_z / V_c) = T_a λ ρ ɛ ^k-1, (3)

где Т_z – температура рабочего тела в точке z;

V_z – объем рабочего тела в точке z;

ρ – степень предварительного расширения.

T_b = Т_z (V_z / V_b) ^k-1 = Т_z (V_z / V_a) ^k-1 = T_a λ ρ ^k, (4)

где Т_b – температура рабочего тела в точке b;

V_b – объем рабочего тела в точке b.

Для построения кривых сжатия и расширения по оси абсцисс откладывается в произвольном масштабе отрезок V_a, соответствующий полному объему цилиндра . Зная значение степени сжатия ɛ, находим объем камеры сгорания : V_c = V_a / ɛ . С учетом принятого масштаба этот отрезок откладывается на графике, (см. рис 1).

В соответствии с уравнением адиабаты для кривой сжатия можно записать

p_aV_a^k = p_cV_c ^k = p_xV_x ^k. (5)

Из зависимости (5) получаем выражения для давления в конце процесса сжатия

p_c = p_a(V_a / V_c) ^k = p_a ɛ ^k, (6)

и соответственно для давления над поршнем при произвольном его положении

p_x = p_a(V_a / V_x)^k = p_a ɛ_x ^k, (7)

где ɛ_x – текущая степень сжатия рабочего тела в цилиндре.

Чтобы получить выражения для расчета температуры рабочего тела при произвольном положении поршня, запишем уравнения сосотояния для точек а, с и х .

p_aV_a = M_aRT_a , (8)

p_cV_c = M_cRT_c , (9)

p_xV_x = M_xRT_x . (10)

Поскольку в термодинамическом цикле утечки заряда через кольцевое уплотнение поршня отсутствуют, то можно записать, что M_a = M_c = M_x . Тогда, поделив выражение (9) на выражение (8), получим

Т_с = T_a (p_c / p_a)(V_c /V_a). (11)

Так как p_c / p_a = (V_а /V_с)^k = ɛ^k и V_c /V_a = 1/ɛ, то для температуры рабочего тела в конце процесса сжатия окончательно получаем выражение

Т_с = T_a ɛ ^k-1. (12)

По аналогии, поделив выражение (10) на выражение (8), для температуры, соответствующей произвольному положению поршня ,получим

T_x = T_a ɛ_x ^k-1. (13)

Построение кривой расширения выполняется по аналогии с кривой сжатия. Для расчета давлений, соответствующих кривой расширения, использзуются приведенные ниже формулы.

В соответствии с уравнением адиабаты для кривой расширения, можно записать

p_zV_z^k = p_bV_b ^k = p_xV_x ^k. (14)

Из зависимости (14) получаем выражения для давления в конце процесса расширения

p_b = p_z /(V_b/V_z) ^k = p_z/ δ ^k , (15)

где δ – степень последующего расширения рабочего тела.

Соответственно для давления над поршнем при произвольном его положении в процессе расширения получаем :

p_x = p_y(V_x/V_y) ^k = p_z/ δ_х ^k, (16)

где δ_х – степень последующего расширения рабочего тела при произвольном положении поршня.

Показателем совершенства всякого теплового двигателя служит термический КПД. Для термодинамического цикла с подводом теплоты при постоянном объеме термический КПД вычисляется по формуле

η_t =1 – 1/ ɛ ^k-1. (17)

Для термодинамического цикла с подводом теплоты при постоянном объеме и затем при постоянном давлении, термический КПД вычисляется по формуле

η_t =1 – [1/ ɛ ^k-1 λρ^k-1 / λ-1+kλ(ρ-1)]. (18)

Отношение работы цикла к единице рабочего объема цилиндра (удельная работа ) описывается  значением среднего давления цикла. В цикле с подводом теплоты при постоянном объеме оно определяется формулой

p_m = (p_a / k-1)( ɛ ^k/ ɛ-1)η_t (λ-1). (19)

В цикле со смешанным подводом теплоты значение среднего давления цикла определяется формулой

p_m = (p_a / k-1)( ɛ ^k/ ɛ-1) η_t [λ-1+kλ(ρ-1)]. (20)

4. Расчет параметров рабочего тела в циклах