![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •8) Теплоотдача при обтекании плоской поверхности (пластины)
- •10) Теплоотдача при движении жидкости в трубе.
- •12) Теплообмен при турбулентном режиме течения
- •19) Понятие о термодинамических циклах. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •20) Излучение газов
- •24) Термодинамический анализ процессов в компрессорах
- •30) Цикл двс со смешанном подводе тепла
24) Термодинамический анализ процессов в компрессорах
Процессы сжатия в идеальном компрессоре. Компрессором называется устройство, предназначенное для сжатия газов.
Принцип действия поршневого компрессора таков (рисунок 5.7): при движении поршня слева направо давление в цилиндре становится меньше давления р1, и под действием разности этих давлений открывается всасывающий клапан. Цилиндр заполняется газом. Всасывание изображается на индикаторной диаграмме линией 41. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, и газ сжимается по линии 12. Давление в цилиндре увеличивается до тех пор, пока не станет больше р2. Под действием разности этих давлений открывается нагнетательный клапан, и газ выталкивается поршнем в сеть (линия 23). Затем нагнетательный клапан закрывается, и все процессы повторяются. Индикаторную диаграмму не следует смешивать с p,v – диаграммой, которая строится для постоянного количества вещества. В индикаторной диаграмме линии всасывания 41 и нагнетания 23 не изображают термодинамические процессы, так
как состояние рабочего тела в них остается постоянным – меняется только его количество.
Рисунок 5.7. – Индикаторная диаграмма идеального поршневого компрессора.
На сжатие и перемещение килограмма газа затрачивается работа (– lтех), которую производит двигатель, вращающий вал компрессора. Обозначим ее через lк (lк = – lтех). Из (5.8) следует, что
Н
а
индикаторной диаграмме lк
изображается площадью 4321. Техническая
работа, затрачиваемая в компрессоре,
зависит от характера процесса сжатия.
На рисунке 5.8 изображены изотермический
(n
= l),
адиабатный (n
= k)
и политропный процессы сжатия. Сжатие
по изотерме дает наименьшую площадь,
т.е. происходит с наименьшей затратой
работы, следовательно, применение
изотермического сжатия в компрессоре
является энергетически наиболее
выгодным.
Рисунок 5.8. – Сравнение работы адиабатного, изотермического и политропного сжатия.
Чтобы приблизить процесс сжатия к изотермическому, необходимо отводить от сжимаемого в компрессоре газа теплоту. Это достигается путем охлаждения наружной поверхности цилиндра водой, подаваемой в рубашку, образуемую полыми стенками цилиндра. Однако, практически сжатие газа осуществляется по политропе с показателем п = 1,18 ÷ 1,2, поскольку достичь значения п = 1 не удается.
25) Теоретическая работа на привод идеального компрессора, все процессы в котором обратимы, вычисляется по соотношению (5.24). Из уравнения политропы (4.22) следует, что
и
Если обозначить расход газа в компрессоре через m*, кг/с, то теоретическая мощность привода компрессора определится из уравнения
26) Конвекция (перемешивание) - перенос различно нагретых частей в жидкостях или газах в поле силы тяжести. Посредством конвекции совершается теплообмен путем перемещения материальных частиц. При естественной конвекции перемещение вещества происходит исключительно вследствие различия температур в различных местах среды и вызванного им различия плотностей. Свободная конвекция возникает в поле силы тяжести при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих веществ.
Свободно конвективные течения возникают вследствие изменений плотности, обусловленных процессами тепло- или массообмена в поле гравитационных сил. Разность плотностей создает выталкивающую силу, под действием которой возникает течение. При охлаждении нагретого тела окружающим воздухом такое течение наблюдается в области, окружающей тело. К естественной конвекции относят также обусловленные выталкивающей силой течения при отводе теплоты в атмосферу или другую окружающую среду, циркуляцию в нагретых помещениях, в атмосфере или водоемах, течения, связанные с выталкивающей силой.
Нагретое вещество под действием Архимедовой силы перемещается относительно менее нагретого вещества в направлении, противоположном направлению силы тяжести.
Конвекция приводит к выравниванию температуры вещества.
При естественной конвекции интенсивность переноса теплоты пропорциональна разности температур DT различных частей среды, коэффициенту объемного расширения DV, напряженности силового поля g (гравитационного или сил инерции).
27) Многоступенчатое сжатие.
Для получения газа высокого давления применяют многоступенчатые компрессоры (рисунок 5.9), в которых процесс сжатия осуществляется в нескольких последовательно соединенных цилиндрах с промежуточным охлаждением газа после каждого сжатия.
Рисунок 5.9 – Схема многоступенчатого компрессора.
I – III – ступени сжатия; 1,2 – промежуточные холодильники. Индикаторная диаграмма трехступенчатого компрессора изображена
на рисунке 5.10. В первой ступени компрессора газ сжимается по политропе до давления рII, затем он поступает в промежуточный холодильник 1, где охлаждается до начальной температуры T1. Сопротивление холодильника по воздушному тракту с целью экономии энергии, расходуемой на сжатие, делают небольшим. Это позволяет считать процесс охлаждения газа изобарным. После холодильника газ поступает во вторую ступень и сжимается по политропе до рIII, затем охлаждается до температуры T1 в холодильнике 2 и поступает в цилиндр третьей ступени, где сжимается до давления p2.
Детандер (от франц. détendre — ослаблять) — устройство, преобразующее потенциальную энергию газа в механическую энергию. При этом газ, совершая работу, охлаждается. Используется в цикле получения жидких газов, таких как воздух и гелий. Наиболее распространены поршневые детандеры и турбодетандеры.
28) Цикл ДВС со сгоранием при V=const
На рисунке изображена индикаторная диаграмма двигателя, работающего с быстрым сгоранием топлива при постоянном объёме.
При ходе поршня из левого мёртвого положения в крайнее правое через всасывающий клапан засасывается горючая смесь. Этот процесс изображён кривой 0-1, называется линией всасывания, она не является термодинамическим процессом , т.к. в нём основные параметры не изменяются, а изменяются только масса и объём смеси в цилиндре. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, происходит сжатие горючей смеси. Изображается кривой 1-2, называется линией сжатия. В точке 2 происходит воспламенение горючей смеси от электрической искры. Сгорание горючей смеси происходит почти мгновенно, т.е. практически при постоянном объёме. Этот процесс изображён кривой 2-3. В результате сгорания топлива температура газа резко возрастает и давление увеличивается (точка 3). Затем продукты горения расширяются. Поршень перемещается в правое мёртвое положение, и газы совершают полезную работу. На индикаторной диаграмме процесс расширения изображается кривой 3-4, называемой линией расширения. В точке 4 открывается выхлопной клапан, и давление в цилиндре падает почти до наружного давления. При дальнейшем движении поршня справа на лево из цилиндра удаляются продукты сгорания через выхлопной клапан при давлении, несколько превышающим атмосферное давление. Изображается кривой 4-0 и называется линией выхлопа. Такой рабочий процесс совершается за четыре хода поршня или за два оборота вала. Такие двигатели называются четырёхтактными. Цикл с подводом теплоты при постоянном объёме состоит из двух адиабат и двух изохор
Характеристиками цикла являются:
– степень сжатия
– степень повышения давления
Количество
подведённой теплоты :
Количество
отведённой теплоты:
Работа цикла:
Термический
к.п.д. цикла:
29) Цикл ДВС со сгоранием при p=const
В них воздух сжимается в цилиндре двигателя, а жидкое топливо распыляется сжатым воздухом от компрессора. Идеальный цикл двигателя с постепенным сгоранием топлива при постоянном давлении, т.е. цикл с подводом количества теплоты при постоянном давлении осуществляется следующим образом.
Газообразное рабочее тело с начальными параметрами p1 , v1 , T1 сжимается по адиабате 1-2; затем телу по изобаре 2-3 сообщается некоторое количество теплоты q1. От точки 3 рабочее тело расширяется по адиабате 3-4. По изохоре 4-1 рабочее тело возвращается в первоначальное состояние, при этом в теплоприёмник отводится теплота q2.
Характеристики
цикла:
-степень сжатия
степень предварительного расширения.
Количество
подведённой теплоты :
Количество отведённой теплоты:
Работа цикла:
Термический
к.п.д. цикла: