4318
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
ТРАНСПОРТНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов по направлению подготовки
190700 – Технология транспортных процессов; специальности 190702 – Организация и безопасность движения
Воронеж 2012
2
УДК 621.1.016.7
ББК 31.31я73
Транспортная энергетика [Текст] : методические указания к выполнению курсовой работы для студентов по направлению подготовки 190700 – Технология транспортных процессов; специальности 190702 – Организация и безопасность движения / В. П. Белокуров, Р. А. Сподарев, Д. В. Лихачев, В. В. Разгоняева ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2012. – 48 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 1 от 19 ноября 2010 г.)
Рецензент канд. техн. наук, доц. кафедры ТКОиС ФГОУ ВПО Воронежский институт ФСИН России Д.Г. Зыбин
В данных методических указаниях к выполнению курсовой работы по дисциплине «Транспортная энергетика» представлены два задания: задание № 1 – по технической термодинамике и задание № 2 – по теплопередаче. Студенты должны в полном объѐме закрепить знания по основным вопросам теории двигателя. С этой целью в задании № 1 производятся расчет термодинамических циклов, а в задании № 2 – расчет теплового баланса двигателя и радиатора.
3
ВВЕДЕНИЕ
Современные тенденции и перспективы развития промышленности, ма- териально-техническую базу которой и создает машиностроение, связаны, прежде всего, с развитием комплексных высокопроизводительных, эффективных и экономичных производств, отличающихся увеличением единичных мощностей агрегатов, широким использованием принципов регенерации, утилизации и трансформации различных видов энергии.
Для анализа процессов трансформации различных видов энергии в таких машинах и установках в термодинамике используется метод циклов, сущность которого состоит в том, что путем некоторого упрощения и идеализации реальных процессов, происходящих в машине, ее рабочий процесс описывают рядом последовательных термодинамических процессов, в результате которого рабочее тело (обычно газ) приходит в первоначальное состояние. Такие круговые процессы или циклы могут повторяться неограниченное число раз, каждый раз сопровождаясь определенным перераспределением подводимой извне энергии. Особенно подробно метод циклов рассматривается в термодинамике на примерах циклов тепловых и холодных машин, циклов компрессора и теплового насоса.
Хорошее, твердое знание основ термодинамической теории циклов является абсолютно необходимым для специалистов транспортной энергетики, как впрочем, и для других инженерно-технических специалистов.
4
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ЗАДАНИЯ № 1
Задание № 1 по термодинамике выполняется студентами с целью углубления и закрепления учебного материала, изучаемого в первых разделах курса «Транспортная энергетика». Выполнение задания прививает студентам определенные навыки практического применения основных законов идеального газа для анализа и расчетов термодинамических процессов, расширяет их знания об идеализированных циклах реальных машин, позволяет на практическом примере усвоить методику термодинамического анализа и расчета циклов.
Чтобы подготовиться к выполнению задания необходимо:
1.Подробно ознакомиться с содержанием задания, разыскать и уяснить содержание предложенного преподавателем варианта задания.
2.Изучить по конспекту лекций теоретический материал по темам:
«Особенности термодинамического метода исследования», «Первый закон термодинамики», «Управление состояния термодинамической системы», «Теплоемкость газов», «Термодинамические процессы с идеальным газом», «Общая теория циклов».
3.Подобрать по перечню рекомендуемой литературы и получить в библиотеке один из учебников по термодинамике, подробно познакомиться с описанием цикла, предложенного для расчета.
4.Познакомиться с примером расчета и оформления задания № 1, приведенного в настоящих методических указаниях.
Если при выполнении этой подготовительной работы или в процессе расчетов возникают вопросы или неясности, студенту необходимо обращаться к своему преподавателю за консультациями, которые организуются кафедрой еженедельно, в соответствии с расписанием консультаций.
При выполнении домашнего задания необходимо учитывать следующие требования кафедры ОПиБД:
5
1.Домашнее задание должно быть написано ясным, разборчивым почерком и опрятно оформлено. Оно должно начинаться титульным листом, подписанным студентом и завершаться сводной таблицей исходных данных и результатов расчета, форма которых приведена в приложениях. Весь графический материал выполняется мягким карандашом на миллиметровой бумаге с указанием размерностей и нанесением размерной сетки.
2.Все расчеты необходимо проводить в международной системе измерений физических величин (система СИ). Справочные данные из устаревших справочников или учебников переводить в систему СИ перед использованием в расчетах.
3.Все вычисления приводить с необходимыми пояснениями, в развернутом виде (по аналогии с помещенными ниже примерами). Результаты вычислений, если это размерные величины, должны иметь определенную размерность.
4.Все справочные данные, основные расчетные формулы и теоретические положения должны приводиться со ссылкой на использованные литературные источники.
Впроцессе выполнения задания рекомендуется последовательно заполнять сводную таблицу исходных данных и результатов расчета, что заметно сократит время на отыскание необходимых численных значений.
6
СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ ВАРИАНТОВ I–V
Для заданного варианта цикла теплового двигателя выполнить следующие теоретические, расчетные и графические работы:
1.Дать краткое описание цикла в целом и характеристику каждого его роцессса.
2.Определить параметры (р, , Т, S) всех характерных точек цикла.
3.Провести полный термодинамический расчет каждого процесса.
4.Вычислить термодинамические характеристики цикла.
5.Вычислить термический к.п.д. идеализированного цикла, у которого теплообменом в процессах сжатия и расширения пренебрегают.
6.Вычислить термический к.п.д. цикла Карно, осуществляемого в том же интервале температур и энтропий.
7.Изобразить цикл в p- и T-S координатах.
8.Определить коэффициент заполнения цикла.
9.Определить среднеинтегральную температуру процесса отвода тепла.
Во всех случаях в качестве рабочего тела принимать воздух. Расчет вести на 1 кг. Зависимость теплоемкости от температуры учитывать обязательно.
ЗАДАНИЕ I
Цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом тепла задан параметрами ____ и ____ и значениями величин ____, =____, ____, n1 =____, n2 =_____.
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
1 |
2 |
– степень сжатия; |
|||
p |
|
|
|
|
|
p3 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p2 |
– степень повышения давления; |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
n2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
3 |
– степень предварительного расши- |
||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рения; |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
n1 |
– показатель политропы сжатия; |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|||||
|
|
|
n1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
n2 |
– показатель политропы расширения. |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7
Таблица 1
Варианты заданий
№ |
p1 , |
T1 , |
|
|
|
n1 |
n2 |
п/п |
МПа |
0К |
|
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
0,093 |
285 |
16,0 |
1,21 |
1,40 |
1,32 |
1,29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0,097 |
290 |
17,6 |
1,36 |
1,38 |
1,37 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0,104 |
293 |
19,0 |
1,24 |
1,32 |
1,31 |
1,28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0,112 |
299 |
21,8 |
1,26 |
1,41 |
138 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
0,108 |
301 |
24,0 |
1,40 |
1,24 |
1,35 |
1,26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
0,110 |
310 |
21,4 |
1,43 |
1,36 |
1,34 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
0,099 |
294 |
16,0 |
1,38 |
1,38 |
1,39 |
1,22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
0,089 |
280 |
15,6 |
1,24 |
1,34 |
1,37 |
1,29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
0,104 |
297 |
24,0 |
1,28 |
1,21 |
1,34 |
1,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0,102 |
301 |
16,5 |
1,37 |
1,31 |
1,32 |
1,28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
0,110 |
311 |
17,8 |
1,39 |
1,41 |
1,31 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
0,108 |
302 |
19,8 |
1,32 |
1,28 |
1,37 |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
0,110 |
306 |
21,3 |
1,28 |
1,31 |
1,39 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
0,111 |
310 |
20,4 |
1,28 |
1,42 |
1,41 |
1,36 |
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
0,112 |
312 |
21,0 |
1,40 |
1,31 |
1,29 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
0,097 |
303 |
15,3 |
1,29 |
1,36 |
1,32 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
0,099 |
278 |
16,1 |
1,35 |
1,48 |
1,27 |
1,22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
0,172 |
302 |
21,2 |
1,28 |
1,21 |
1,31 |
1,29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
0,135 |
305 |
18,6 |
1,33 |
1,43 |
1,39 |
1,38 |
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
0,092 |
276 |
19,4 |
1,62 |
1,32 |
1,22 |
1,21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
0,153 |
284 |
23,4 |
1,21 |
1,47 |
1,40 |
1,34 |
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
0,191 |
297 |
15,3 |
1,57 |
1,40 |
1,35 |
1,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
0,182 |
288 |
18,1 |
1,60 |
1,35 |
1,37 |
1,23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
0,202 |
300 |
18,5 |
1,27 |
1,37 |
1,29 |
1,20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
0,174 |
290 |
17,3 |
1,32 |
1,43 |
1,27 |
1,24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
0,143 |
280 |
15,6 |
1,46 |
1,48 |
1,36 |
1,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
0,192 |
295 |
20,6 |
1,29 |
1,46 |
1,34 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
0,114 |
287 |
14,6 |
1,40 |
1,34 |
1,38 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
0,119 |
279 |
19,1 |
1,38 |
1,51 |
1,36 |
1,22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
0,107 |
315 |
18,5 |
1,46 |
1,40 |
1,33 |
1,26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8
ЗАДАНИЕ II
Цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания с изобарным подводом тепла задан параметрами _______ и _______ и значениями величин _______,
_____, n1 =_____, n2 =_____.
p 2 3
|
|
n2 |
|
|
|
4 |
|
n1 |
|
||
|
1 |
||
|
|
||
1 
2 – степень сжатия;
3 
2 – степень предварительного
расширения;
n1 – показатель политропы сжатия;
n2 – показатель политропы расширения.
v
Таблица 2
Варианты заданий
№ |
p1 , |
T1 , |
|
|
n1 |
n2 |
п/п |
МПа |
0К |
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
0,1 |
333 |
12,1 |
1,67 |
1,32 |
1,28 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0,12 |
293 |
12,7 |
1,52 |
1,37 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0,098 |
297 |
14,3 |
1,42 |
1,40 |
1,33 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0,101 |
300 |
16,4 |
1,58 |
1,34 |
1,26 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
0,11 |
321 |
17,2 |
1,61 |
1,34 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
0,096 |
332 |
15,4 |
1,38 |
1,39 |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
0,11 |
308 |
13,7 |
1,62 |
1,28 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
0,122 |
308 |
14,2 |
1,48 |
1,37 |
1,28 |
|
|
|
|
|
|
|
9 |
0,114 |
319 |
15,6 |
1,35 |
1,34 |
1,26 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0,096 |
331 |
16,3 |
1,29 |
1,38 |
1,24 |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
0,099 |
309 |
13,9 |
1,36 |
1,35 |
1,26 |
|
|
|
|
|
|
|
12 |
0,107 |
296 |
17,1 |
1,47 |
1,37 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
13 |
0,102 |
298 |
18,4 |
1,52 |
1,33 |
1,29 |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
0,112 |
299 |
12,8 |
1,42 |
1,34 |
1,24 |
|
|
|
|
|
|
|
9
Окончание табл. 2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
15 |
0,106 |
304 |
14,6 |
1,38 |
1,36 |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
16 |
0,097 |
298 |
14,4 |
1,34 |
1,37 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
17 |
0,116 |
304 |
15,8 |
1,57 |
1,34 |
1,29 |
|
|
|
|
|
|
|
18 |
0,092 |
297 |
13,2 |
1,44 |
1,40 |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
19 |
0,123 |
299 |
14,8 |
1,36 |
1,37 |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
20 |
0,115 |
311 |
13,6 |
1,27 |
1,34 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
21 |
0,121 |
296 |
17,2 |
1,43 |
1,28 |
1,26 |
|
|
|
|
|
|
|
22 |
0,119 |
312 |
18,1 |
1,61 |
1,38 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
23 |
0,110 |
327 |
16,5 |
1,52 |
1,36 |
1,24 |
|
|
|
|
|
|
|
24 |
0,115 |
316 |
15,8 |
1,37 |
1,33 |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
25 |
0,120 |
304 |
16,6 |
1,32 |
1,37 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
26 |
0,124 |
294 |
14,7 |
1,51 |
1,32 |
1,28 |
|
|
|
|
|
|
|
27 |
0,117 |
317 |
14,3 |
1,43 |
1,36 |
1,26 |
|
|
|
|
|
|
|
28 |
0,096 |
308 |
17,3 |
1,34 |
1,34 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
29 |
0,099 |
297 |
15,5 |
1,38 |
1,35 |
1,25 |
|
|
|
|
|
|
|
30 |
0,113 |
311 |
15,9 |
1,29 |
1,36 |
1,23 |
|
|
|
|
|
|
|
31 |
0,123 |
318 |
16,1 |
1,31 |
1,37 |
1,26 |
|
|
|
|
|
|
|
32 |
0,096 |
315 |
17,2 |
1,42 |
1,33 |
1,27 |
|
|
|
|
|
|
|
33 |
0,117 |
293 |
13,2 |
1,28 |
1,34 |
1,25 |
|
|
|
|
|
|
|
34 |
0,112 |
305 |
14,8 |
1,52 |
1,37 |
1,24 |
|
|
|
|
|
|
|
35 |
0,121 |
296 |
18,1 |
1,43 |
1,35 |
1,23 |
|
|
|
|
|
|
|
10
ЗАДАНИЕ III
Цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорным подводом тепла задан параметрами _______ и _______ и значениями величин ______,
=_____, n1 =_____, n2 =_____.
p
3
n2
4
2
n1 1
1 
2 – степень сжатия;
p3 
p2 – степень повышения давления;
n1 – показатель политропы сжатия;
n2 – показатель политропы расширения.
v
Таблица 3
Варианты заданий
№ |
p1 , |
T1 , |
|
|
n1 |
n2 |
п/п |
МПа |
0К |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
0,097 |
289 |
6,81 |
2,21 |
1,25 |
1,35 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0,103 |
292 |
7,12 |
2,41 |
1,28 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
0,111 |
297 |
7,44 |
2,36 |
1,31 |
1,36 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0,111 |
299 |
6,93 |
2,39 |
1,29 |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
0,098 |
290 |
6,87 |
2,29 |
1,31 |
1,36 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
0,101 |
282 |
5,99 |
2,32 |
1,27 |
1,28 |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
0,107 |
293 |
6,14 |
2,27 |
1,24 |
1,31 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
0,109 |
294 |
7,28 |
2,40 |
1,27 |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
9 |
0,112 |
298 |
6,10 |
2,42 |
1,28 |
1,29 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0,093 |
292 |
7,10 |
2,31 |
1,31 |
1,36 |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
0,098 |
289 |
7,16 |
2,27 |
1,21 |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
12 |
0,089 |
297 |
5,04 |
2,15 |
1,24 |
1,29 |
|
|
|
|
|
|
|
13 |
0,096 |
286 |
6,91 |
2,25 |
1,31 |
1,25 |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
0,102 |
290 |
5,91 |
2,35 |
1,21 |
1,32 |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
0,102 |
295 |
6,70 |
2,41 |
1,24 |
1,29 |
|
|
|
|
|
|
|