1 Цель работы

В углублении знаний студентов по курсу “Теоретические основы теплотехники” раздела “Техническая термодинамика”, освоении методики теплотехнических расчетов, изучение конструкции и принципа работы тепловых двигателей.

В процессе выполнения расчетно-графической работы студент должен приобрести практические навыки по расчету циклов тепловых двигателей и формироваться как специалист для самостоятельного решения практических инженерных задач.

2 Методические указания к выполнению задания

К выполнению задания необходимо преступить после изучения соответствующего раздела дисциплины.

Данные для выполнения заданий выбираются из таблиц по номеру зачетной книжки, которые приведены на странице 12. Задания, выполненные, не по своему варианту не рассматриваются.

При выполнении заданий необходимо соблюдать требования стандарта СТО 0493582-003-2009 (Самостоятельная работа студента. Оформление текста рукописи).

Поясняющие чертежи, графики и расчетные схемы выполняются с помощью чертежных инструментов на миллиметровке с учетом требований ЕСКД.

3 Циклы тепловых двигателей и установок

3.1 Обобщенный цикл теплового двигателя

Термодинамические циклы тепловых машин идеализируют следующим образом:

- все процессы являются обратимыми и протекают с одним и тем же количеством рабочего тела;

- химический состав рабочего тела постоянен;

- подвод теплоты к рабочему телу осуществляется через стенки цилиндра от верхнего источника теплоты;

- процесс сжатия и расширения рабочего тела являются адиабатными;

- теплота от рабочего тела передается через стенки цилиндра к нижнему (холодному) источнику теплоты;

- теплоемкость рабочего тела не зависит от температуры (c=const).

Рисунок 1 Диаграммы обобщенного цикла теплового двигателя

Любой цикл теплового двигателя может рассматриваться как частичный случай обобщенного цикла (рисунок 1).

Цикл состоит из адиабатного сжатия 1-2, изохорного подвода теплоты q₁' 2-3 и изобарного подвода теплоты q₁'' 3-4, адиабатного расширения 4-5, изохорного от­вода теплоты q₂' 5-6 и изобарного отвода теплоты q₂'' 6-1.

Параметрами, характеризующими цикл, являются степень сжатия ε=ν₁/ν₂ , степень повышения давления λ=Р₃/Р₂, степень предварительного расширения ρ=ν₄/ν₃, сте­пень падения давления λ_р=Р₅/Р₆, степень сокращения объема ε_υ=ν₆/ν₁.

Количество удельной теплоты, подведенной в цикле равно:

q₁=q₁’+q₁’’=c_υ(T₃-T₂)+c_р(T₄-T₃). (1)

Количество отведенной теплоты к холодному источнику записывается в виде:

q₂=q₂’+q₂’’=c_υ(T₅-T₁)+c_р(T₆-T₁), (2)

где, c_υ и c_р – соответственно удельная массовая теплоемкость рабочего тела, кДж/(кгК);

Т₁, Т₂, Т₃, Т₄, Т₅ и Т₆ – термодинамические температуры в характерных точках, К.

Эти величины можно подсчитать через параметры цикла. Так для адиабатного процесса 1-2 можно записать

Т₂/Т₁=(υ₁/υ₂)^К =ε^К-1 и Т₂=Т₁ε^К-1 (3)

где, ν₁ и ν₂ – объём камеры сгорания и полный объём цилиндра соответственно.

Для изохорного процесса 2-3 Т₃/Т₂=Р₃/Р₂=λ,

Т₃=Т₂λ=Т₁λε^К-1 (4)

При изобарном процессе 3-4 Т₄/Т₃=υ₄/υ₃=ρ,

Т₄=Т₃ρ=Т₁ρλε^К-1 (5)

При изохорном процессе 5-6 Т₅/Т₆=Р₅/Р₆=λ_р, откуда

Т₅=Т₆λ_р (6)

При изобарном процессе 6-1 Т₆/Т₁=υ₆/υ₁=ε_υ и

Т₆=Т₁ε_υ (7)

Если вместо Т₆ в формулу 6 подставим его значение, то

Т₅=Т₁ε_υλ_р (8)

Если в уравнения 1.1 и 1.2 вместо температур в характерных точках подставим их значения, выраженные параметрами цикла, то получим

q₁=c_υT₁ε^K-1(λ-1+Kλ(ρ-1)) (9)

q₂=c_υT₁(ε_υ(λ_p-1)+K(ε_υ-1)) (10)

Термический КПД цикла для тепловой машины равен

(11)

Работа цикла имеет вид:

W_Ц=q₁-q₂=c_υT₁(ε^K-1(λ-1+Kλ(ρ-1)))-ε_υ(λ_p-1)+K(ε_υ-1). (12)

или W_Ц=η_tq_1.. (13)