Содержание

1. Задание к выполнению курсовой работы………………………………………	3
2. Расчет смеси идеальных газов…………………………………………………..	5
2.1. Определение объемного состава смеси…………………………………..	5
2.2. Газовые постоянные компонентов и смеси………………………………	6
2.3. Кажущаяся молекулярная масса смеси…………………………………...	6
2.4. Масса и парциальные давления компонентов смеси по параметрам газа в начальной точке расширения газа в двигателе………………………..	7
2.5. Плотность и удельный объем компонентов смеси при расчетных и нормальных условиях…………………………………………………………..	7
2.6 Истинные теплоемкости смеси (массовые, мольные и объемные) при постоянном давлении и объеме………………………………………………..	9
2.7 Средняя теплоемкость смеси и(массовая, мольная и объемная) в процессе росширения газа в цикле двигателя (процесс 3–4)………………...	11
3. Расчет и термодинамический анализ цикла газового двигателя……………...	15
3.1 Определение параметров цикла P, v, T, u, h в узловых точках цикла.....	15
3.2 Определение значений c, ,,q, l для каждого процесса цикла…….	16
3.3 Расчет работы цикла, термического КПД, и среднеидикаторного давления................................................................................................................	18
3.4 Среднеинтегральные температуры процессов. Потери работоспособ-ности……………………………………………………………………………..	18
3.5 Изображение цикла в P–v и T–s тепловых диаграммах………………….	19
3.6 Оптимизация цикла двигателя…………………………………………….	19
4. Расчет цикла и термодинамический анализ паросиловой установки………..	20
5. Список литературы………………………………………………………………	26

2. Расчет смеси идеальных газов

Смесь газов имеет массовый состав: N₂ – 72 %, СО – 2 %, CO₂ – 17 %, H₂O – 9 %.

Определить:

а) объемный состав смеси;

б) газовую постоянную компонентов и смеси;

в) кажущийся молекулярный вес смеси;

г) парциальные давления компонентов смеси в точке цикла 3;

д) плотность и удельный объем компонентов и смеси при заданных и нормальных физических условиях;

е) истинные теплоемкости смеси (мольную, объемную и массовую при p = const и v = const) для заданной температуры;

ж) средние теплоемкости смеси (мольную, объемную и массовую).

2.1 Определение объемного состава смеси

Объемные доли компонентов смеси r_i связаны с массовыми g_i зависимостью:

,

где µ_i – молесулярные массы компонентов смеси.

Зная, что

µ_N2 = 0,028 моль/кг; µ_CO = 0,028 моль/кг;

µ_СО2 = 0,044 моль/кг; µ_Н2О = 0,018 моль/кг.

(0,72/0,028)+(0,02/0,028)+(0,17/0,044)+(0,09/0,018)=35,292 .

Отсюда:

;

;

;

.

2.2 Газовые постоянные компонентов и смеси

Газовые постоянные компонентов смеси рассчитываются по зависимости:

,

где 8314 – универсальная газовая постоянная.

Тогда:

8314/0,028 = 297 ;

8314/0,028 = 297 ;

8314/0,044 = 189 ;

8314/0,018 = 462 .

Газовая постоянная смеси определяется как:

,

Таким образом получим:

297·0,72+297·0,02+189·0,17+462·0,09 = 293 .

2.3 Кажущаяся молекулярная масса смеси

Кажущаяся молекулярная масса смеси определяется по выражению:

,

0,7286·0,028+0,0202·0,028+0,1095·0,044+0,1417·0,018 = 29,06 .

2.4 Масса и парциальные давления компонентов смеси по параметрам газа в начальной точке расширения газа в двигателе

Начальная точка расширения газа – точка 3.

Определим значение через начальные параметры состояния в заданном цикле.

Для процесса 1–2: , т.е.

или .

Для процесса 2–3: , откуда.

120 000·6^1,3·4 = 4 929 897 Па

Тогда парциальные давления компонентов смеси:

4 929 897·0,7286 = 3 591 923 Па;

4 929 897·0,0202 = 99 584 Па;

4 929 897·0,1095 = 539 824 Па;

4 929 897·0,1417 = 698 566 Па.

2.5 Плотность и удельный объем компонентов смеси при расчетных и нормальных условиях.

Удельный объем компонентов смеси можно определить из выражения:

.

.

При нормальных условиях

(293·273)/101300 = 0,7924 .

Таким образом, удельный объем компонентов смеси при нормальных условиях:

0,7286·0,7924 = 0,5773 ;

0,0202·0,7924 = 0,0160 ;

0,1095·0,7924 = 0,0868 ;

0,1417·0,7924 = 0,1123 .

Плотность компонентов смеси при нормальных условиях:

.

Тогда:

0,72/0,5773 = 1,247 ;

0,02/0,016 = 1,250 ;

0,17/0,0868 = 1,959 ;

0,09/0,1123 = 0,801

Плотность газовой смеси при нормальных условиях:

0,7286·1,247+0,0202·1,25+0,1095·1,959+0,1417·0,801 = 1,262

Определяем через начальные параметры состояния в заданном цикле:

; ;;;.

293·303/(120000·6) = 0,1233 .

При расчетных условиях удельные объемы компонентов смеси:

0,7286·0,1233 = 0,0898 ;

0,0202·0,1233 = 0,0025 ;

0,1095·0,1233 = 0,0135 ;

0,1417·0,1233 = 0,0175 .

При расчетных условиях плотности компонентов смеси:

0,072/0,0898 = 8,018 ;

0,02/0,0025 = 8,000 ;

0,17/0,0135 = 12,593 ;

0,09/0,0175 = 5,143 .

Плотность смеси при расчетных условиях составит:

.

Тогда:

0,7286·8,018+0,0202·8+0,1095·12,593+0,1417·5,143 = 8,111 .

2.6 Истинные теплоемкости смеси (массовые, мольные и объемные) при постоянном давлении и объеме.

В точке 3:

4 929 897·0,1233/293 = 2075 К (1802 ºC).

Истинная мольная теплоемкость при находиться по интерполяционным формулам [1,c.40, табл.4 и 5]:

32,7466+0,001652·2075 = 35,723 ;

33,6991+0,0013406·2075 = 36,115 ;

56,8768+0,002174·2075 = 60,794 ;

40,2393+0,005985·2075 = 51,025 .

Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при :

35,723·0,7286+36,115·0,202+60,115·0,1095+51,025·0,1417 = 40,644 .

Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при :

;

.

Тогда:

40,644–28,3·293 = 32,352 .

Истинная массовая теплоемкость:

при

40,644/28,3 = 1,4362 ;

при

=32,352/28,3 = 1,1432 .

Истинная объемная теплоемкость:

при

40,644/22,4 = 1,814 ;

при

32,352/22,4 .

2.7 Средняя теплоемкость смеси и(массовая, мольная и объемная) в процессе росширения газа в цикле двигателя (процесс 3–4).

Для определения средних теплоемкостей процесса, необходимо рассчитать теплоемкости смеси в начальной и конечной точках процесса.

Точка 3:

2075 К (1802 ºC).

Средняя мольная теплоемкость при находиться по интерполяционным формулам [1,c.40, табл.4 и 5]:

29,7815+0,0016835·2075 = 29,782 ;

30,4242+0,0015579·2075 = 33,232 ;

48,4534+0,0030032·2075 = 53,865 ;

34,5118+0,0045979·2075 = 42,797 .

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

,

29,782·0,7286+33,232·0,0202+53,865·0,1095+42,797·0,1417 = 34,333 .

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

;

.

34,333–28,3·293 = 26,041 .

Средняя массовая теплоемкость смеси при :

34,333/28,3 = 1,2132 ;

при

26,041/28,3 = 0,9202 .

Средняя объемная теплоемкость смеси:

при

34,333/22,4 = 1,533

при

26,041/22,4 = 1,163 .

Точка 4:

; ;

;

;

; 1374 К (1101 ºC).

Средняя мольная теплоемкость при находиться по интерполяционным формулам [1,c.40, табл.4 и 5]:

29,7815+0,0016835·1374 = 31,631 ;

30,4242+0,0015579·1374 = 32,139 ;

48,4534+0,0030032·1374 = 50,044 ;

34,5118+0,0045979·1374 = 39,576 .

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

31,631·0,7286+32,139·0,0202+50,044·0,1095+39,576·0,1417 = 34,783 .

при

;

;

34,783–28,3·293 = 26,491 .

Средняя массовая теплоемкость смеси:

при

34,783/28,3 = 1,229 ;

при

26,491/28,3 = 0,936 .

Средняя объемная теплоемкость:

при

34,783/22,4 = 1,553 ;

при

26,491/22,4 = 1,183 .

Средняя мольная теплоемкость процесса 3–4:

при

,

;

при

.

Средняя массовая теплоемкость процесса 3–4:

33,626/28,3 = 1,188 ;

25,334/28,3 = 0,895.

Средняя объемная теплоемкость процесса 3–4:

33,626/22,4 = 1,501 ;

25,334/22,4 = 1,131 .

3. РАСЧЕТ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИКЛА ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Цикл поршневого двигателя имеет следующие характеристики: =30°C и давление 120 000 Па. Принимается за рабочее тело воздух для процесса 1–2. (1,004,0,716,R=287 Дж/(кг град)), требуется:

1. определить параметры цикла p, v, t, u, s, i для основных точек цикла;

2. определить с, ,q, l для каждого процесса входящего в цикл;

3. найти работу цикла, термический КПД и среднее индикаторное давление;

4. определить среднеинтегральные температуры процессов;

5. изобразить цикл на T–s диаграмме.