Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский Государственный Университет Транспорта

Кафедра «Тепловозы и тепловозные двигатели»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

ПО КУРСУ «ТЕПЛОТЕХНИКА»

НА ТЕМУ

«РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЦИКЛА ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ»

Вариант № 21

Выполнил

студент группы МВ-31

Арзамасцев А.A.

Принял

Преподаватель

Соловейко В.Г.

Гомель 2003

ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКУЮ РАБОТУ

Вариант № 21

Таблица 1 – Таблица исходных данных

Наименование цикла тепловой машины	р1, МПа	t1, С			Ср, кДж кгК	Сv, кДж кгК	R, Дж кгК	к
Двигатель внутреннего сгорания с подводом теплоты при p=const	0,14	50	14	1,7	1,00485	0,71785	287	1,4

Объем выполняемой работы

В расчетно-графической работе предусматривается выполнение следующего объема работ:

1. показать принципиальную схему и дать краткую характеристику теплового двигателя.

2. изобразить цикл в координатах p-v и T-s и определить удельный объем, давление и температуру в характерных точках цикла.

3. определить изменение в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенную и отведенную теплоту, полезную работу.

4. определить термический к.п.д. цикла по формуле:

_t=1- (А/ ^k-1).

Полученное значение к.п.д. сравнить со значением, определенным

по формуле:

_t=1-(q₂/q₁),

они должны быть одинаковы.

1.Покажем принципиальную схему двигателя внутреннего сгорания и дадим краткую характеристику теплового двигателя.

Рисунок 1 –Двигатель внутреннего сгорания с подводом теплоты при

постоянном давлении.

Краткая характеристика двигателя внутреннего сгорания.

Данный двигатель внутреннего сгорания – компрессорный двигатель. В цилиндре двигателя сжимается чистый воздух. В конце сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое в среде горячего воздуха воспламеняется и сгорает при р=const. Для распыла топлива, подаваемого в цилиндр, используют воздух, сжатый в компрессоре до давления, в 1,2 – 2 раза превышающего давление в цилиндре ( отсюда и произошло название «компрессорные двигатели»).

2. Изобразим цикл в координатах p-v и T-s и определим удельный объем, давление и температуру в характерных точках цикла.

Рисунок 2 – Цикл ДВС с подачей теплоты при р=const.

Этот цикл состоит из следующих термодинамических процессов:

1-2 – адиабатный процесс сжатия воздуха;

2-3 – изобарный процесс расширения с подводом теплоты q₁, р=const;

3-4 – адиабатный процесс расширения воздуха;

4-1 – изохорный процесс с отводом теплоты q₂, v=const.

Определим параметры в характерных точках цикла.

Точка 1

Удельный объем газа находим из характеристического уравнения

₁=(RT₁)/p₁=(287323,15)/0,1410 ⁶=0,662 м³/кг.

Точка 2

Так как степень сжатия

=₁/₂=14,

то

₂=₁/=0,662/14=0,047 м³/кг.

Давление p₂ находим из выражения

_c=p₂/p₁=ε^к;

p₂=p₁ε^к=0,14∙10⁶∙14^1,4=5,6∙10⁶ Па.

Найдем температуру в точке по формуле

Т₂=(р₂₂)/R=(5,6∙10⁶∙0,047)/287=917,07 K.

Точка 3

Так как р=const, то р₃=р₂=5,6∙10⁶ Па.

Так как степень предварительного расширения

=₃/₂,

то

₃=₂=0,047∙1,7=0,0799 м³/кг.

Температура

Т₃=(р₃₃)/R=(5,6∙10⁶∙0,0799)/287=1559,02 K.

Точка 4

Так как =const,то ₄=₁=0,662 м³/кг.

Степень расширения в процессе 3-4

=₄/₃=0,662/0,0799=8,23 .

Температура

T₄=T₃/^к-1=1559,02/8,23^(1,4-1)=670,95 K.

Давление

р₄=(RT₄)/₄=(287∙670,95)/0,662=0,292∙10⁶ Па.

3. Определим изменение в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенную и отведенную теплоту, полезную работу:

Количество подведенной теплоты

q₁=C_p(T₃-T₂)=1,00485(1559,02-917,07)=0,645 МДж/кг.

Количество отведенной теплоты

q₂=C(T₄-T₁)=0,71785(670,95-323,15)=0,2497 МДж/кг.

Полезная работа цикла

l_ц=q₁-q₂=0,645-0,2497=0,3953 МДж/кг.

Изменение энтропии.

1-2: s=const (адиабатный процесс);

2-3: s₂-s₃=C_pln(T₃/T₂)=1,00485ln(1559,02/917,07)=0,533 кДж/(кгК);

3-4: s=const (адиабатный процесс);

4-1: s₄-s₁= C_ln(T₁/T₄)=0,71785ln(323,15/670,95)=-0,524 кДж/(кгК).

Изменение внутренней энергии.

1-2: U_1-2 =[R/(к-1)](T₂ –T₁)=[287/(1,4-1)](917,07-323,15)=0,43 МДж/кг;

2-3: U_2-3=C_p(T₃-T₂)=1,00485(1559,02-917,07)=0,645 МДж/кг;

3-4: U_3-4=[R/(к-1)](T₄-T₃)=[287/(1,4-1)](670,95-1559,02)=-0,637 МДж/кг;

4-1: U_4-1=C_(T₁-T₄)=0,71785(323,15-670,95)=-0,2497 МДж/кг.

4. Определим термический к.п.д. цикла по формуле

_t=1 – (А/ ^к-1),

где

A={(ρβ/ε)[(λε^к/β^к)-1]+к[(ρβ/ε)-1]}/[(λ-1)+кλ(ρ-1)].

Так как λ=1, получаем

A={(1,78,23/14)[(114^1,4/8,23^1,4)-1]+1,4[(1,78,23/14)-1]}/

/[(1-1)+1,41(1,7-1)]=1,125.

Термический к.п.д.

_t=1 –(А/ ^к-1)=1-(1,125/14^(1,4-1))=0,609;

_t=1 – (q₂/q₁)=1 – (0,2497/0,645)=0,613.

Сравнивая к.п.д., рассчитанные по разным формулам, видим, что они приблизительно равны между собой.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Расчетно-графические работы по теплотехники/Методические указания. Часть 1. Гомель: БелИИЖТ, 1986. 31с.

2. О.М. Рабинович. Сборник задач по технической термодинамике. М.: Машиностроение, 1973. 342с.

3.Теплотехника/ Под ред. А.П. Баскакова. М.: Высшая школа, 1991. 250с.

СОДЕРЖАНИЕ

Задание ............................................................................................... ......1

Содержание ................................................................................................2

1. Принципиальная схема ДВС и его характеристика ..............................3

2. Цикл в координатах p-v и T-s и определение удельного

объема, давления и температуры в характерных точках цикла ...........4

3. Определение изменения в процессах цикла внутренней энергии

и энтропии, подведенной и отведенной теплоты, полезной работы

цикла ..........................................................................................................5

4. Определение термического к.п.д. цикла ................................................6

Литература................................................................................................8

Введение.

Выполнение расчетно-графических работ по теплотехнике позволяет студентам закрепить и углубить знания по основным разделам курса, а также приобрести навыки применения теоретических знаний при решении теплотехнических задач.

В данной работе выполняется расчет и исследование цикла теплового двигателя с подводом теплоты при постоянном давлении.

Поршневым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называется тепловая машина, в рабочем цилиндре которой происходит сжигание топлива и преобразование теплоты в работу.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания по сравнению с любым другим тепловым двигателем является наиболее экономичным. Малая металлоемкость, надежность, быстрота запуска и относительная долговечность позволили этому типу машины занять ведущее место прежде всего на транспорте.