3. Рекомендации по выполнению практических заданий

3.1 Расчет и анализ термодинамического процесса

Студент должен изучить теоретический материал: уравнение состояния; параметры состояния; газовые смеси; теплоемкость; политропный процесс, работа и тепло процесса; изображение процессов в диаграммах P-V и T-S.

Все расчеты производить в системе СИ.

Ход решения задачи следующий:

1. Определить основные параметры смеси газов:

- средний молекулярный вес по уравнению:

[ ] (1)

где μ_i – молекулярный вес i-го компонента смеси (атомные веса компонентов приведены в Примечании к Приложению В);

g_i – массовая доля i-го компонента смеси (по заданию);

- газовые постоянные компонентов смеси по уравнению:

[ ] (2)

- средняя газовая постоянная смеси:

[ ] (3)

2. Определить недостающие параметры состояния в точке 1 по уравнению состояния газовой смеси:

, (4)

где P₁ – давление (Па), v₁ - удельный объем (м³/кг), T₁ – температура (̊ К) смеси газов.

3. Используя соотношения между начальными и конечными параметрами политропного процесса, определить неизвестные параметры в точке 2:

(5)

(6)

(7)

4. Проверить правильность полученных значений с помощью уравнения состояния газовой смеси в точке 2, разница между значениями правой и левой частей уравнения (8) не должна превышать 5%:

(8)

5. Используя данные Приложения В, определить изобарные и изохорные теплоемкости компонентов смеси для средней температуры процесса 1-2

(t_ср = (t₁+t₂)/2, ̊ С).

6. Определить изобарную и изохорную теплоемкости смеси ( ) по уравнениям: (9)

(10)

где С_Рmi и С_Vmi - средние массовые теплоемкости отдельных компонентов газовой смеси при средней температуре процесса 1-2.

7. Определить показатель адиабаты К: (11)

8. Определить теплоемкость политропного процесса ( ):

(12)

9. Определить изменение внутренней энергии смеси в процессе 1-2 ( ): (13)

10. Определить изменение энтальпии ( ):

(14)

11. Определить изменение энтропии в процессе ( ):

(15)

12. Вычислить удельную работу процесса ( ):

(16)

13. Вычислить полную работу процесса со смесью с заданной массой m (Дж):

(17)

14. Вычислить удельную теплоту процесса с использованием среднего значения теплоемкости политропного процесса ( ):

(18)

15. Вычислить полную теплоту процесса с использованием заданной массы смеси (кДж):

(19)

16. Построить процесс в P-V диаграмме. Процесс строится в масштабе:

- по давлению (Р) 0,25 МПа или 0,5 МПа в 1 см.

- по удельному объему (V) 0,02 м³/кг или 0,05 м³/кг в 1 см.

Точки 1 и 2 строятся по найденным параметрам. Промежуточные точки находят, задавая промежуточные значения V₂’ , V₂’’ , V₂’’’ и находя соответствующие им значения Р₂’ , Р₂’’ , Р₂’’’ из уравнения политропы.

17. Построение процесса в Т - S диаграмме. Процесс строится в масштабе:

по температуре 50 или 100° в 1 см;

по энтропии 0,02 кДж/(кг К) или 0,05 кДж/(кг К) в 1 см.

Принимая значение энтропии в точке 1 за условный ноль (S₁ =0), находят значение энтропии в точке 2, равную величине разности S₂–S₁=ΔS_1-2,

полученной ранее. Если эта разность имеет отрицательный знак, то за условный ноль принимается энтропия точки 2, то есть S₂ = 0, а энтропия в точке 1 получается равной S₁ = -(S₂ – ΔS_1-2). По полученным значениям S₁ и S₂ и температурам Т₁ и Т₂ строятся точки 1 и 2 .

Промежуточные точки находят, задавая промежуточные значения Т₂’,Т₂’’,T₂’’’ и находя соответствующие им значения (S₂ ^‘ - S₁), (S₂ ^‘’ - S₁),

(S₂ ^‘’‘ - S₁) по уравнению политропы для диаграммы Т – S.

18. Определить удельную работу процесса по площади, заключенной под линией процесса в диаграмме Р – V и удельное тепло процесса по площади заключенной под линией процесса в диаграмме Т – S. Сравнить полученные значения l_1-2 и q_1-2 со значениями, полученными ранее и определить ошибку в процентах.