Курсач

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Р.Е.АЛЕКСЕЕВА»

Кафедра «Энергетические установки и тепловые двигатели»

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИТРОПНОГО ПРОЦЕССА СЖАТИЯ ВОЗДУХА В ОДНОСТУПЕНЧАТОМ КОМПРЕССОРЕ. »

Выполнил: студент гр. 15-КС-1

Бормотов А.Д.

Проверил: Крайнов А.А.

Нижний Новгород

2017 год

Содержание:

Стр.

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

1 Первый закон термодинамики……...……..…………………………………...2

1.1 Политропный процесс и компрессор......…………..…………………..........6

1.2 Исследование политропного процесса сжатия в компрессоре………….....9

Введение

Термодинамика – наука, занимающаяся установлением связей между теплотой, работой и изменением состояния системы тел.

Термодинамика подразделяется на:

• Техническая термодинамика (общая теория тепловых машин и апаратов)

• Химическая термодинамика

• Физическая термодинамика

Техническая термодинамика:

1) Тепловые двигатели: а) Двигатели внутреннего сгорания б) Газотурбинные двигатели в) Паротурбинные двигатели

2) Холодильные машины

3) Тепловые насосы

Основная задача технической термодинамики решить вопрос о получении наибольшей работы за счет заданного количества теплоты.

КПД тепловых двигателей рассчитывается по формуле:

Где: L – механическая работа. Q – теплота. Для холодильных машин:

Где: - холодильный коэффициент. Для тепловых машин:

Где: – отопительный коэффициент. Рабочее тело – вещество с помощью которого совершаются процессы совершения работы и переноса теплоты. Рабочими телами являются газы и пары.

Термодинамическая система – рабочее тело рассматриваемое в определенных границах. Все тела за пределами этих границ являются окружающей средой. Если рабочее тело рассматривается во взаимодействии с окружающей средой, то система называется расширенной. В технической термодинамике системы подразделяются на:

• Изолированные – система через границу которой не передается ни теплота, ни работа, не масса рабочего тела.

• Закрытые - система через границу которой может передаваться теплота и работа, а масса рабочего тела границ не пересекает.

• Открытая - система через границу которой может передаваться теплота, работа и масса рабочего тела.

Термодинамическое свойство – любая физическая величина изменения которой зависят только от начального и конечного состояния системы. Термодинамические свойства подразделяются на:

• Интенсивные – не зависящие от массы рабочего тела.

• Экстенсивные – зависящие от массы рабочего тела.

Термодинамический процесс – изменение состояния системы заключающиеся в последовательном прохождении ее через рад состояний.

Процессы бывают:

• Обратимые.

• Не обратимые.

Термодинамический процесс называется обратимым если он может быть проведен в прямом и обратном направлении и при этом все изменения системы происходящие в прямой части в точности обращаются в обратной части, а в окружающих систему телах нет никаких изменений.

Причины необратимости термодинамических процессов:

• Самопроизвольный переход теплоты от тел более нагретых к телам менее нагретым.

• Неупругий удар и трение.

• Самопроизвольный переход жидкостей или газов из области более высокого давления в область более низкого давления без совершения механического движения.

• Самопроизвольная диффузия газов.

Обратимость – критерий совершенства термодинамического процесса.

Энергия – мера количественной оценки различных форм движения материи.

Виды энергии:

• Механическая.

• Химическая.

• Ядерная.

• Электромагнитная.

• Термическая.

В закрытой системе под термической энергией понимается внутренняя энергияU[Дж]

В открытой систем под термической энергией понимается энтальпия .

Способы обмена энергией:

Совершение работы одного тела над другим .

Теплота.

Теплоемкость – физическое свойство тела измеряемое количеством теплоты затрачиваемом на нагрев единицы количества вещества на 1 кельвин.

Теплоемкости подразделяются на:

• Массовую теплоемкость

• Объёмную теплоемкость

• Мольную теплоемкость

Теплоемкость зависит от:

• Физических свойств газа.

• Параметров состояния рабочего тела.

• Характера протекающего процесса.

Истинная удельная теплоемкость – отношение бесконечно малого количества теплоты сообщаемого в бесконечно малом процессе.

1. Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики – энергия изолированной системы при любых происходящих в ней процессах может переходить одной формы в другую, но по величине остаётся неизменной.

Где: Q – теплота,

L – работа,

∆E – энергия системы;

Базисная формулировка первого закона термодинамики: Теплота, сообщаемая системе расходуется на изменение энергии системы и совершение работы.

Где: Q - теплота,

∆Е – изменение внутренней энергии,

L – работа.

Энергия закрытой системы обусловлена исключительно внутреннем (тепловым) состоянием рабочего тела и поэтому отожествляется с понятием внутренняя энергия.

Для идеального газа , следовательно

Работа в закрытой системе может осуществляться только за счет изменения объема, по этому она называется работой расширения.

Математическое выражение для первого закона термодинамики: Теплота, сообщаемая закрытой термодинамической системе, расходуется на изменение внутренней энергии и совершения работы расширения.

Дифференциальная форма первого закона термодинамики для идеального газа:

Работа процесса в открытой системе совершается в потоке рабочего тела и называется располагаемой работой.

Располагаемая работа определяется суммой трех механических работ:

1) Работа совершаемая впереди идущим потоком.

2) Работа в потоке.

3) Работа против впереди идущего потока

Располагаемая работа может проявить себя в виде трех механических работ:

1) Техническая работа

2) Изменение кинетической энергии рабочего тела.

3) Изменение положения рабочего тела.

Математическое выражение первого закона термодинамики в условиях открытой системы: Теплота сообщаемая открытой термодинамической системе, расходуется на изменение энтальпии и совершение предполагаемой работы.

Задание:

В одноступенчатом поршневом компрессоре воздух сжимается от давления – р1 , =0.1 МПа абс. при температуре - t1 =17°С до давления р2 =0,45 МПа абс.

Стенки цилиндра компрессора охлаждаются водой так, что процесс сжатия воздуха в компрессоре является политропным.

Показатель политропы сжатия -n =1,33

Производительность компрессора, измеренная по месту всасывания: V1 =300 м³/ҹ

Требуется определить:

1. Температуру сжатого воздуха - t₂ °С.

2. Объем сжатого воздуха - V₂ м³/ч.

3. Изменение внутренней энергии и энтальпии воздуха при сжатии.

4. Затрачиваемую работу в процессе и теоретически необходимую мощность для привода компрессора - N₀ кВт.

5. Количество теплоты, отводимой от воздуха при сжатии, и, соответственно, количество охлаждающей воды - М кг/ч, полагая, что вода нагревается от 10°С до 20° С.

6. Диаметры всасывающего и нагнетательного воздухопроводов компрессора, принимая скорость в них - W= 12м/сек.

7. Построить графики процесса сжатия в pv-диаграмме.

8. Построить графики в 'Тs-диаграмме по точкам процесса сжатия, а также изобар, между которыми расположен процесс сжатия. Сделать соответствующее обозначение площадей под кривыми.

9. Указать характер превращения энергии. При исследовании принять:

10. В связи с изменением условий охлаждения стенок компрессора, показатель политропы сжатия увеличивается - уменьшается до n =1,05. Определить для новых условий температуру воздуха - t₂ °С и количество отводимой теплоты q

Вывод: с уменьшением n от 1.33 до 1.05 температура воздуха не изменяется (17°С) количество отведенной теплоты изменилось с -19.924 до -107.918

Задание выдал: Крайнов. А. А