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:

H₂ – 1,6%, CO – 2,4%, N₂ – 72%, O₂ – 4%, СО₂ – 14%, H₂O – 6%.

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_Н2 = 0,002 кг/моль;

µ_О2 = 0,032 кг/моль;

µ_N2 = 0,028 кг/моль;

µ_CO = 0,028 кг/моль;

µ_СО2 = 0,044 кг/моль;

µ_Н2О = 0,018 кг/моль.

(0,016/0,002)+(0,04/0,032)+(0,72/0,028)+(0,024/0,028)+(0,14/0,044)+

+(0,06/0,018)=8+1,25+25,714+0,857+3,181+3,333=42,335 .

Отсюда:

;

;

;

;

;

.

2.2 Газовые постоянные компонентов и смеси

Газовые постоянные компонентов смеси рассчитываются по зависимости:

,

где 8,314 – универсальная газовая постоянная.

Тогда:

8,314/0,002 = 4157 ;

8,314/0,032 = 259,81 ;

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

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

8,314/0,044 = 188,95 ;

8,314/0,018 = 461,88 .

Газовая постоянная смеси определяется как:

,

Таким образом получим:

4157·0,016+259,81·0,04+296,9·0,72+296,9·0,02+188,95·0,14+461,88·0,06 =

= 351,98 .

2.3 Кажущаяся молекулярная масса смеси

Кажущаяся молекулярная масса смеси определяется по выражению:

,

0,188·0,002+0,029·0,032+0,607·0,028+0,028·0,02+0,044·0,075+0,078·0,018 =

= 0,02356 .

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 .

V₁===1,157

Для процесса 2–3: , откуда.

0,08·10⁶·10^1,40 = 2 009 509 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

(351,98·273)/101300 = 0,948 .

Таким образом, удельный объем компонентов смеси при нормальных условиях:

0,188·0,948 = 0,178 ;

0,029·0,948 = 0,027 ;

0,607·0,948 = 0,575 ;

0,02·0,948 = 0,018 ;

0,075·0,948 = 0,071 ;

0,078·0,948 = 0,073 .

Плотность компонентов смеси при нормальных условиях:

.

Тогда:

(1/0,23)·0,019 = 0,083 ;

(1/0,04)·0,048 = 1,2 ;

(1/0,61)·0,73 = 1,2 ;

(1/0,02)·0,029 = 1,45 ;

(1/0,64) 0,12· = 0,19 ;

(1/0,07) 0,055 = 0,79

Плотность газовой смеси при нормальных условиях:

0,22 0,083+0,034 1,2+0,59 1,2+0,024 1,45+0,62 0,19+0,07 0,79= 0,908

Определяем через начальные параметры состояния в заданном цикле:

; ;;;.

2246683,43/1625000 = 0,138 .

При расчетных условиях удельные объемы компонентов смеси:

0,22 = 0,047 ;

0,029·0,254 = 0,007 ;

0,607·0,254 = 0,157 ;

0,02·0,254 = 0,005 ;

0,075·0,254 = 0,019 ;

0,078·0,254 = 0,019 .

При расчетных условиях плотности компонентов смеси:

(1/0,047)·0,016 = 0,34 ;

(1/0,007)·0,04 = 5,71 ;

(1/0,157)·0,72 = 4,675;

(1/0,005)·0,024 = 0,48 ;

(1/0,019)·0,14 = 7,368 ;

(1/0,019)·0,06 = 3,157 .

Плотность смеси при расчетных условиях составит:

.

Тогда:

0,188·0,34+0,029·5,71+0,607·4,675+0,02·0,48+0,075·7,368+0,078·3,157 = = 3,875 .

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

В точке 3:

T₃=T₁·^n1-1·= 263·10^1,4-1·2,2=1453K (1179°C)

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

28,3446+0,003158·1453 = 33,456 ;

33,8603+0,021951·1453 = 65,75 ;

32,7466+0,0016517·1453 = 35,146 ;

33,6991+0,0013406·1453= 35,647 ;

41,3597+0,0144985·1453 = 62,426 ;

40,2393+0,0059854·1453 = 48,936 .

Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при :

33,456·0,188+65,75·0,029+35,146·0,607+35,647·0,02+62,426·0.075+48,936·

·0.078 = 38,742 .

Истинная мольная теплоемкость газовой смеси при :

;

.

Тогда:

38,742–0,02356·351,98 = 30,45 .

Истинная массовая теплоемкость:

при

38,742/0,02356 = 1,644 ;

при

=30,45/0,02356 = 1,292 .

Истинная объемная теплоемкость:

при

38,742/22,4 = 1,729 ;

при

30,45/22,4 = 1,359 .

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 4:

= 1453· = 842°K=842-263=569°C

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

28,7210+0,0012008·842 = 29,73 .

29,2080+0,0040717·842 = 32,63 ;

28,7340+0,023488·842 = 48,51 ;

28,8563+0,0026808·842 = 31,11 ;

38,3955+0,0105838·842 = 47,31 ;

33,1494+0,0052749·842 = 37,59 .

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

,

29,73·0,188+32,63·0,029+48,51·0,607+31,11·0,02+47,31·0,075+37,59·

·0,078 = 43,08 .

Средняя мольная теплоемкость смеси при :

;

.

43,08–0,02356·351,98 = 34,79 .

Средняя массовая теплоемкость смеси при :

43,08/0,02356 = 1,828 ;

при

34,79/0,02356 = 1,477 .

Средняя объемная теплоемкость смеси:

при

43,08/22,4 = 1,92

при

34,79/22,4 = 1,55 .

Средняя мольная теплоемкость процесса 3–4:

при

,

;

при

.

Средняя массовая теплоемкость процесса 3–4:

34,7/0,02356 = 1,473 ;

26,41/0,02356 = 1,121.

Средняя объемная теплоемкость процесса 3–4:

34,7/22,4 = 1,55 ;

26,41/22,4 = 1,18 .

3. РАСЧЕТ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИКЛА ГАЗОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Цикл поршневого двигателя имеет следующие характеристики: T₁=263 K и давление 80 000 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.