Теоретические основы теплотехники

ЗАДАНИЯ ПО КУРСОВОЙ РАБОТЕ

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЦИКЛОВ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И УСТАНОВОК

1. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Исходные данные:

Рассчитать цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания, если начальное давление – P1, начальная температура – T1, степень сжатия - ε, степень повышения давления - λ, степень предварительного расширения - ρ. Рабочее тело – воздух.

А. Цикл ДВС с подводом теплоты при р=const.

Б. Цикл ДВС с подводом теплоты при υ = const .

В. Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты.

Г. Цикл ДВС с турбонаддувом и продолженным расширением газов.

Рабочее тело – смесь газов (воздух); начальные параметры: р1=0,1 МПа; Т1=300К; степень сжатия ε =10...20 ; степень повышения давления λ =1,5...5,0 ; степень предварительного расширения ρ =1,5...2,5.

Определить:

−параметры состояния (p, v, T) рабочего тела в характерных точках цикла;

−удельную работу расширения, сжатия, работу цикла;

−удельное количество подведенной и отведенной теплоты;

−изменение внутренней энергии (u), энтальпии (h) и энтропии (s) в процессах, входящих в цикл;

−среднее индикаторное давление в цикле (pi);

−термический КПД цикла;

−термический КПД цикла Карно по условию задачи.

Построить графически:

−цикл ДВС в рυ и Тs – координатах;

−удельную работу расширения, сжатия, работу цикла;

−среднеинтегральные температуры подвода и отвода теплоты;

−среднее индикаторное давление в цикле.

111

П р и м е ч а н и е. Расширение и сжатие рабочего тела осуществляется в политропных процессах с показателем политропы n1 и n2 соответственно. Теплоемкость рабочего тела принять постоянной.

Сравнить величины термического КПД данного цикла и термического КПД цикла Карно.

Данные для решения задачи выбрать в соответствии с шифром зачетной книжки из табл. 1.

Таблица 1

2.

3. Циклы газотурбинных установок

Исходные данные:

А. Цикл ГТУ с подводом теплоты при р=const.

Б. Цикл ГТУ с подводом теплоты при υ = const .

В. Цикл ГТУ с предельной регенерацией теплоты.

Рабочее тело – (воздух); начальные параметры рабочего тела: р1=0,1 МПа; Т1=300К; степень увеличения давления в компрессоре при адиабатном процессе сжатия β = р2 / р1 =10; показатель адиабаты к=1,4. Температура газов перед соплами турбины в точке 3 не должна превышать 1000К.

Определить:

−параметры всех характерных точек цикла (р, Т, υ );

−удельную работу расширения, сжатия, работу цикла;

−удельное количество подведенной и отведенной теплоты;

−термический КПД цикла ГТУ;

112

−термический КПД цикла Карно по условиям задачи.

Построить графически:

−цикл ГТУ в рυ и Тs – координатах;

−удельную работу расширения, сжатия, работу цикла;

−удельное количество подведенной и отведенной теплоты, теплоты, полученной системой за цикл;

−среднеинтегральные температуры подвода и отвода теплоты.

4. Циклы паросиловых установок

Исходные данные:

В паросиловой установке, работающей при начальных параметрах p1, t1 и р2, введен вторичный перегрев пара при р' до начальной температуры t'= t1.

Определить:

-термический КПД цикла со вторичным перегревом.

-термический КПД установки при отсутствии вторичного перегрева;

-оценить влияние вторичного перегрева на термический КПД цикла. Данные для решения задачи выбрать в соответствии с шифром

зачетной книжки из табл. 3.

113

Таблица 3

П р и м е ч а н и е. При решении задачи использовать h,s – диаграмму или данные из табл. П3.

•Числа слева от ступенчатой линии относятся к воде.

•Значения всех физических величин даны в единицах системы СИ.

Построить графически:

−цикл в Т,s и h,s – координатах;

−термодинамические процессы водяного пара.

5. Циклы холодильных машин

Исходные данные:

Рассчитать компрессионную холодильную установку при следующих данных:

–хладагент;

–холодопроизводительность установки Q0 кВт

–температура испарения хладагента tk °С

–переохлаждение конденсата ∆tn °С

При расчете принять: удельную теплоемкость воды = 4,19 кДж/(кг К), рассола c p =5,0 кДж/(кг К), перепад температур воды на входе и выходе из

114

конденсатора ∆tв =10 °С, рассола на входе и выходе из испарителя ∆t р =5

°С.

Определить:

-параметры хладагента (p, t, h) в характерных точках цикла,

-удельный объем пара, всасываемого компрессором,

-удельную массовую и объемную холодопроизводительность q0, qv;

-удельную работу сжатия в компрессоре к ;

-теоретическую, индикаторную и эффективную мощности компрессора

Nk, Ni, Ne;

-теоретический и действительный холодильный коэффициенты εтеор,

εд

По полученной холодопроизводительности при стандартных условиях из таблиц подобрать тип компрессора.

Таблица 4

6. Процессы в компрессорных машинах

Исходные данные:

Рассчитать одноступенчатый поршневой компрессор при следующих данных:

–рабочее тепловоздух

–начальные параметры P1 = 0,1 МПа, T1 = 300 К

–давление в конце процесса сжатия P2

Определить:

-начальные и конечные параметры газа;

-работу в процессе сжатия;

-изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии;

-теоретическую мощность двигателя для привода компрессора

-расход охлаждающей воды, если ее температура при охлаждении

цилиндра компрессора повысилась на ∆t.

-во сколько раз изменится мощность двигателя и расход охлаждающей воды при переходе от изотермического сжатия к политропному;

-на сколько процентов уменьшится затрата работы при переходе от

одноступенчатого на трехступенчатое сжатие газа.

- определить теоретическую мощность двигателя для привода трехступенчатого компрессора

Данные для решения задачи выбрать в соответствии с шифром зачетной книжки из табл. 5.

Таблица 5.

116

Построить графически:

−термодинамические процессы и техническую работу одноступечатого поршневого компрессора в р, v -, T,s – координатах.

−термодинамические процессы и работу, затраченную на привод трехступенчатого компрессора в р, v -, T,s – координатах.

Пр и м е ч а н и е При расчетах не учитывать трение и вредное пространство

7. Термогазодинамические процессы в соплах

Исходные данные:

Воздух вытекает из резервуара через сопло в атмосферу:

D – диаметр горловины сопла;

Т – температура воздуха в резервуаре;

рм – избыточное давление;

рб = 0,1 МПа – атмосферное давление.

Определить:

-скорость истечения;

-массовый расход;

-параметры воздуха на срезе сопла.

Данные для решения задачи выбрать в соответствии с шифром зачетной книжки из табл. 6.

Определить диаметр выходного сечения сопла Лаваля, имеющего диаметр горловины D, при расчетном режиме истечения, скорость и параметры воздуха на выходе.

Таблица 6.

117

Построить графически:

−схему сопла Лаваля;

−термодинамические процессы истечения воздуха из сопел в атмосферу

Пр и м е ч а н и е При расчетах использовать уравнения и формулы термогазодинамики потока (одномерные течения идеальной жидкости).

Обратить внимание на применение в расчетах газодинамических функций

[6,7].

118

Литература

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Кириллин, В.А. Техническая термодинамика : [учебник для теплоэнергетических специальностей вузов] / Кириллин В.А., Сычев В.В.,Шейндлин А.Е.. - 4-е изд.- Москва: Энергоатомиздат, 1983. - 416 с. : ил.

2.Хрусталев, Б.М. Техническая термодинамика: [учебник для строительных и энергетических специальностей вузов]: в 2 ч./ Б.М. Хрусталев, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк.- Минск:

Технопринт, 2004 - Ч.1./ Б.М. Хрусталев. – 2004 . – 486 с. : ил.

3.Есьман, Р. И. Термодинамика, теплопередача и двигатели внутреннего сгорания : [учебное пособие для студентов вузов] / Р.И. Есьман, В.М. Железко, В.М. Адамов. – Минск: Вышэйшая школа, 1985. – 271 с.: ил.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

4.Сборник задач по технической термодинамике: [учебное пособие для теплоэнергетических специальностей вузов] / Андрианова Т.Н., Дзампов Б.В., Зубарев В.Н., Ремизов С.А., Филатов Н.Я. - 5-е изд., перераб. и доп. - Москва: Издательский дом МЭИ, 2006. - 356 с. : ил.

5.Есьман Р. И., Волкова Н. Е. Термодинамика и теплопередача.

Методическое пособие – Мн.: БПИ, 1980. – 47 с.

6.Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Гидрогазодинамика: Учебное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1984.-348 с.

8.Повх И.Л. Техническая гидромеханика. – М.: Машиностроение,

1976. – 501 с.

8. Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок : [учебное пособие для теплоэнергетических специальностей вузов] / Андрющенко А.И. . - Изд. 3-е, перераб. и доп.- Москва: Высшая школа, 1985. - 319 с. : ил.

9.Есьман Р. И., Волкова Н. Е. Термодинамика и теплопередача:

методические указания и контрольные задания. – Мн.: БПИ, 1985. – 34 с.

119

10.Есьман Р. И. Техническая термодинамика / Есьман Р. И., Ярмольчик Ю.П., Ярмольчик М.А. – Минск: БНТУ, 2008. – 24 с.

11.Ривкин С.Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара: справочник / Ривкин С.Л., Александров А.А. . - 2-е изд., перераб. и доп.. - Москва : Энергоатомиздат, 1984. - 80 с. : ил. ; прил.

12.Ривкин С.Л. Термодинамические свойства воздуха и продуктов

13. Термодинамика. Терминология. - вып.103. – М.: Наука, 1984. – 39 с.

14.Дрыжаков Е. В., Исаев С. И., Корнейчук Н. К. и др. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче. / Под ред. Б. Н. Юдаева. -М.: Высшая школа, 1968.

120