ДЕПАРТАМЕНТ ПО РЫБОЛОВСТВУ

Балтийская государственная академия

рыбопромыслового флота.

ТЕПЛОТЕХНИКА

Методические указания

по выполнению расчетно-графических работ №1 и №2 по дисциплине для студентов специальностей 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» и 190603«Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)»

Калининград 2007

«Утверждаю»

Проректор по УР

___________

«____»________2007г.

Автор: Покровский Е.А., кандидат технических наук,

доцент кафедры судовых энергетических

установок БГА РФ.

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры СЭУ,

протокол №_____ от «____» ________ 2007 года.

Рецензент: Дмитриев И.М., кандидат технических наук, доцент

кафедры судовых энергетических установок БГА РФ.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общие организационно-методические указания……………………..4 Литература………………………………………………………………5 Расчетно-графическая работа №1……………………………………...5 Расчетно-графическая работа №2……………………………………..12 Приложение……………………………………………………………..16 Варианты заданий по технической термодинамике…………………..16 Варианты заданий по теплопередаче…………………………………..18

Общие организационно-методические указания

Методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины «Теплотехника » для специальностей 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» и 190603 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)»

Курс «Теплотехника» является общетехнической дисциплиной необходимой для усвоения специальных дисциплин и базируется на знаниях высшей математики, физики, химии.

Для более осмысленного усвоения материала по дисциплине необходимо вместе с изложенным материалом понять выводы основных зависимостей, запомнить их выражения, выполнить расчёты по этим зависимостям. С этой целью при изложении курса предлагаются для выполнения две расчетно-графические работы, задания к которым представлены в конце методических указаний. При их выполнении учащийся начинает понимать влияние отдельных, входящих в зависимости величин, на конечные результаты расчётов, лучше усваивает эти зависимости и весь изучаемый материал дисциплины. При работе над расчетно-графическими работами следует использовать рекомендуемую литературу. При выполнении задания следует обратить внимание на физический смысл величин и их размерности.

Все поясняющие записи следуют выполнять в соответствии со схемой: искомый параметр = расчётная зависимость = подстановка = конечное значение (единица измерения). Графическая часть работы оформляется на листе мм-бумаги формата А4 с максимальным его заполнением и соблюдением

ГОСТов 2.319 – 81, 2.307 - 68.

Литература

1. Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.И. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебник для вузов. - 2 - е изд. перераб. - М.: Высшая школа. 1979. - 446с.

2. Техническая термодинамика: Учебник для ВТУЗов под ред. В.И.Крутова - 2 - е изд. перераб. и доп . - М.: Высшая школа. 1981. -439с.

3. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. - М.: Машиностроение , 1973. - 344с.

4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - 2 - е изд., стереотип. - М.: Энергия, 1977. - 344с.

5. Краснощеков В.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. 4 - е изд., пререраб. И доп. - Л.: Энергия, 1980 - 228с.

6. Методические указания к выполнению исследовательских работ по дисциплине «Техническая термодинамика и теплопередача» - Калининград: БГА РФ 1995. - 78 с.

7. Домашние задания по дисциплине «Техническая термодинамика и теплопередача» для курсантов специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок». - Калининград: БГА РФ 1988г. - 17с.

Расчетно-графическая работа №1

В этой работе требуется для 1 кг воздуха:

1. Определить параметры P,V, T, S,U,I для основных точек цикла.

2. Построить цикл: а) в координатах P —V , б) координатах T—S.

3. Найти l, ∆s, q, ∆i, ∆u для каждого процесса, входящего в состав цикла.

4.Определить работу цикла l_ц, термический к. п. д. η_t и среднее индикаторное давление P_i._.

Перед выполнением работы следует проработать соответствующие разделы рекомендуемой литературы, в которых подробно рассмотрены термодинамические циклы и их заданные процессы. Используя графические интерпретации заданных процессов важно выполнить предварительную прорисовку цикла на бумаге в координатах P-V и T-S. Далее требуется заполнить соответствующие графы таблицы согласно заданным значениям начальных и конечных точек процессов, сопровождая их поясняющими записями. Используя изученные по литературе закономерности связей между параметрами в заданных процессах надо добиться полного заполнения граф ниже изображённой таблицы, после чего можно выполнить прорисовку по точкам заданного цикла на мм-бумаге в координатах P-V и T-S, используя чертёжные принадлежности.

Таблица 1

Процесс	Начало	Конец	Р	V	T	∆u	∆s	∆i	l	q
	1
		2
	2
		3
	3
		4
	4
		1

Примечание: обозначения процессов в задании соответствуют следующим их названиям

S – адиабатный,

V – изохорный,

P – изобарный,

T – изотермический,

n – политропный.

Пример решения задания.

Даны параметры состояния рабочего тела (воздух) в начальных или конечных точках указанных процессов

P1=2,2

T1=500

T2=654

V3=0,12

P

S

V

T

что соответствует давлению и температуре в начальной точке изобарного процесса, соответственно P₁=2.2 мПа и Т₁=500 К; температуре в конечной точке этого же процесса T₂=654К; объёму в начале изохорного процесса, а также заданы процессы цикла: изобарный, адиабатный, изохорный, изотермический. Требуется найти все недостающие параметры цикла и его основные, выше указанные, характеристики.

Для решения задачи заполним поля таблицы в соответствии с заданием

(см. табл.1).

Таблица 1

Процесс	Начало	Конец	Р	V	T	∆u	∆s	∆i	l	q
P	1		2,2		500
		2			654
S	2
		3		0.12
V	3
		4
T	4
		1

Далее, используя закономерности изменения параметров в процессах, продолжим заполнять графы таблицы (см. табл.2).

Таблица 2

Процесс	Начало	Конец	Р	V	T	∆u	∆s	∆i	l	q
P	1		2,2	0,0652	500
		2	2,2		654
S	2
		3		0.12
V	3
		4		0.12
T	4
		1			500

и дополним некоторыми расчетами и свойствами этих процессов:

=

Подсчитываем – теплоёмкость при постоянном объёме.

Она численно равна =

Следующим шагом будет последовательное рассмотрение заданных участков цикла.

1. 1-2

т.к.

то

далее используя соотношение

Из данного равенства можно выразить величину . Она будет равна

2. 2-3 . , где – показатель адиабаты.

Для адиабатного процесса характерно следующее уравнение:

В данном случае мы можем записать:

Выразив отсюда , получим

Также мы можем посчитать величину , которая составит:

3. 3-4 , для изохорного процесса справедливо отношение:

Отсюда можно выразить величину давления

=

4. 4-1 .

5. Находим изменение удельной энтропии в заданных процессах:

Для удобства вычислений, допустим, что

Изменение энтропии находится по формуле , где

=

Так как процесс 2-3 адиабатный, происходит без теплообмена с окружающей средой, то справедливо записать

т.е.

Для проверки можно использовать следующий метод:

Таким образом, записав выражение , можно убедиться, что действительно . Основываясь на этом, можно сделать вывод о том, что расчеты изменения энтропии были сделаны правильно.

6. Следующим этапом следует вычислить работу изменения удельного объёма газа, а также изменение его внутренней энергии, энтальпии и теплоты.

1-2 процесс изобарный

Работа в процессе составит

Изменение энтальпии

Изменение внутренней энергии

Теплота в процессе

2-3 Процесс адиабатный.

Вся работа идёт на изменение внутренней энергии.

3-4 Процесс изохорный. Работа по изменению объёма не производится

4-1

Теперь можно заполнить оставшиеся графы таблицы (см. табл.3).

Таблица 3

Процесс	Начало	Конец	Р	V	T	∆u	∆s	∆i	l	q
P	1		2,2	0,065	500	113,6	0,2752	157,85	44,19	157,85
		2	2,2	0,085	654
S	2					-59,04	0	-82	59,04	0
		3	1,4	0,12	574
V	3					-54,612	-0,101	-75,85	0	-54,612
		4	1,2	0,12	500
T	4					0	-0,174	0	-87,48	-87,48
		1	2,2	0,065	500

7. Рассчитываем подведённое в цикле количество теплоты. В данном случае подведённое тепло

Отведённое количество теплоты равно

Судя по характерам подвода и отвода тепла, делаем вывод о том, что заданный цикл является прямым термодинамическим циклом.

Рассчитаем КПД цикла:

= 0,099

Подсчитываем среднее индикаторное давление в цикле:

Р_i = = =0.286 МПа

Где работа в цикле определится

lц =l₁₂ +l₂₃ +l₃₄ + l₄₁ = 44,19+59,04+0+(-87,48)=15,75 КДж/кг

Строим диаграммы с циклом в координатах P-V и T-S (см. рис.1 и 2).

Для проверки точности построения T-S диаграммы и точности определения КПД цикла, можно воспользоваться графическим методом подсчёта КПД, который основывается на расчётах соответствующих площадей.

Для нахождения КПД графическим методом для заданного цикла, можно воспользоваться следующей формулой:

где S₁ и S₂ площади, соответствующие площади цикла и площади под циклом в мм² (см. рис.2).