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 – 0,73, О₂ – 0,05, CO₂ – 0,115, H₂O – 0,052, CO- 0,031, H₂-0,021 .

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 ; µ_O2 = 0,032 ; µ_CO=0,028 ;

µ_СО2 = 0,044 ; µ_Н2О = 0,018 ; µ_Н2 =0,002 .

(0,73/0,028)+(0,05/0,032)+(0,115/0,044)+(0,018/0,018)+(0,031/0,028)+ (0,021/0.002) = 44,74 .

Отсюда:

;

;

;

;

;

.

2.2 Газовые постоянные компонентов и смеси

Газовые постоянные компонентов смеси рассчитываются по зависимости:

,

где 8314 – универсальная газовая постоянная.

Тогда:

8,314/0,028 = 296,9 ;

8,314/0,032 = 259,7 ;

8,314/0,044 = 189 ;

8,314/0,018 = 461,9 ;

8,314/0,002 = 4157 ;

8,314/0,028 = 296,9 .

Газовая постоянная смеси определяется как:

,

Таким образом получим:

296,9∙0,73+259,8∙0,05+189∙0,115+461,9∙0,052+4157∙0,021+296,9∙0,031 =

= 371,947 .

2.3 Кажущаяся молекулярная масса смеси

Кажущаяся молекулярная масса смеси определяется по выражению:

,

0,04∙0,032+0,58∙0,028+0,02∙0,028+0,06∙0,044+0,23∙0,002+

+0,06∙0,018= 0,021288 .

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.

3211315,5· 1,5 = 4816972,8 Па

Тогда парциальные давления компонентов смеси:

4816972,8 ·0,58 = 2793844,2 Па;

4816972,8 ·0,04 = 192678,9 Па;

4816972,8 ·0,06 = 289018,4Па;

4816972,8 ·0,06 = 289018,4 Па;

4816972,8 ·0,02 = 96339,5 Па;

4816972,8 ·0,23 = 1107903,7 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

(371,947∙273)/90 000 = 1,128 .

Таким образом, удельный объем компонентов смеси при нормальных условиях:

1,13·0,04= 0,05;

1,13·0,58 = 0,7 ;

1,13·0,02= 0,023 ;

1,13·0,06= 0,8 ;

1,13·0,25= 0,25;

1,13·0,06 = 0,08 .

Плотность компонентов смеси при нормальных условиях:

.

Тогда:

0,005/0,0047 = 1,064 ;

0,72/0,7671 = 0,939 ;

0,003/0,0032 = 0,938 ;

0,2/0,1356 = 1,475 ;

0,002/0,0298 = 0,067

0,07/0,1160 = 0,603

Плотность газовой смеси при нормальных условиях:

(0,0044∙1,064)+(0,7261∙0,939)+(0,0030∙0,938)+(0,1284∙1,475)+(0,0282∙0,067)++(0,1098∙0,603)= 0,947

Определяем через начальные параметры состояния в заданном цикле:

; ;;;.

294,345·323/(90000·6,5) = 0,1625 .

При расчетных условиях удельные объемы компонентов смеси:

0,0044·0,1625 = 0,0007 ;

0,7261·0,1625 = 0,1180 ;

0,0030·0,1625 = 0,0005 ;

0,1284·0,1625 = 0,0209 ;

0,0282·0,1625 = 0,0046 .

0,1098·0,1625 = 0,0178 .

При расчетных условиях плотности компонентов смеси:

0,005/0,0007 = 7,143 ;

0,72/0,1180 = 6,102 ;

0,003/0,0005 = 6 ;

0,2/0,0209 = 9,569 ;

0,002/0,0046 = 0,435 .

0,07/0,0178 = 3,934 .

Плотность смеси при расчетных условиях составит:

.

Тогда:

(0,0044∙7,143)+(0,7261∙6,102)+(0,0030∙6)+(0,1284∙9,569)+(0,0282∙0,435)+

+(0,1098∙3,934)= 6,153 .

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

В точке 4:

4816973*0,06/372=777К (504ºC).

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

29,5802+0,0069706*504= 33,09;

28,5372+0,053905*504 = 31,25;

28,7395+0,0058862*504 = 31,71;

41,3597+0,0149585*504 = 48,90;

28,3446+0,0031518*504 = 29,93.

32,8367+0,0116611*504 = 38,71 .

Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при :

(33,09*0,04)+(31,25*0,58)+(31,71*0,02)+(48,9*0,06)+

(29,93*0,23)+(38,71*0,06)= 32,2233.

Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при :

;

.

Тогда:

32,2233-0,02128*372= 24,3.

Истинная массовая теплоемкость:

при

(32,2233 /0,02128)/1000 = 1,514;

при

=(22,3 /0,02128)/1000 = 1,05.

Истинная объемная теплоемкость:

при

32,2233 /22,4 = 1,439;

при

22,3 /22,4 = 0,996 .

2.7 Средняя теплоемкость смеси и(массовая, мольная и объемная) в процессе росширения газа в цикле двигателя (процесс 4-5).

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

Точка 4:

777 К (504ºC).

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

29,208+0,0040717·504 = 49,722;

28,724+0,0023488·504 = 29,918 ;

28,8563+0,0027808·504 = 30,258 ;

38,3955+0,0165838·504 = 46,753 ;

28,7210+0,0012008·504= 28,722 ;

33,1494+0,0052749·504= 33,1494 .

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

,

(49,722*0,04)+(29,918*0,58)+(30,258*0,02)+(46,752*0,06)+

+(28,722*0,23)+(33,149*0,06)= 31,347.

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

;

.

31,347– 0,02128*372= 23,428.

Средняя массовая теплоемкость смеси при :

(31,347/0,02129)/1000 = 1,472;

при

(23,428/0,02129)/1000 = 1,1.

Средняя объемная теплоемкость смеси:

при

31,347 /22,4 = 1,399

при

23,428/22,4 = 1,05.

Точка 5:

; ;

436 К (163ºC).

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

29,208+0,0040717·163 = 29,87;

28,724+0,0023488·163 = 29,116 ;

28,8563+0,0027808·136 = 29,309 ;

38,3955+0,0165838·163 = 40,116 ;

28,7210+0,0012008·163= 28,916;

33,1494+0,0052749·163= 34,008 .

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

(29,87*0,04)+(29,116*0,58)+(29,309*0,02)+(40,116*0,06)+

+(28,91*0,23)+(34,008*0,06)= 29,775.

при

;

;

29,775–0,02128*372= 21,856.

Средняя массовая теплоемкость смеси:

при

(21,856 /0,02129)/1000 = 1,03;

при

(29,775 /0,02129)/1000 = 1,4.

Средняя объемная теплоемкость:

при

29,775 /22,4 = 1,329;

при

21,856 /22,4 = 0,98 .

Средняя мольная теплоемкость процесса 4-5:

при

,

;

при

.

Средняя массовая теплоемкость процесса:

(33,349/0,02129)/1000 = 1,566;

(25,43/0,02129)/1000 = 1,195.

Средняя объемная теплоемкость процесса 4-5:

33,349/22,4 = 1,489 ;

25,43/22,4 = 1,135 .

3. РАСЧЕТ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИКЛА ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Цикл поршневого двигателя имеет следующие характеристики: Т₁= 273К и давление Р₁= 90 000 Па. Принимается за рабочее тело воздух для процесса 1–2. (1,004,0,716,R=372 Дж/(кг∙К)), 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.