46

-+Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агенство по образованию

Российский государственный университет

нефти и газа им. И.М. Губкина

________________________________________________________________

Кафедра термодинамики и тепловых двигателей

А.Ф. Калинин, С.М. Купцов, А.С. Лопатин

«Расчет термодинамических циклов

тепловых двигателей»

Методические указания к самостоятельной работе по курсам «Термодинамика» и «Теплотехника» для студентов специальностей: 072000, 090600, 090700, 090900, 120100, 120500, 120600, 170200, 171700, 250100, 250400, 320700, 330500

Под редакцией проф. Б. П. Поршакова

Москва 2005

УДК 536.7

Калинин А.Ф., Купцов С.М., Лопатин А.С. Расчет термодинамических циклов тепловых двигателей. – М.: РГУ нефти и газа, 2005. - 46 с.

Приведены основные определения и расчетные соотношения термодинамических циклов тепловых двигателей.

Изложена методика выполнения расчета термодинамических циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок. Приведены примеры расчетов термодинамических циклов ДВС и ГТУ.

Представлены материалы справочного характера.

Рекомендуется для выполнения самостоятельной работы студентов Вузов нефтегазового профиля по общетехническим дисциплинам «Термодинамика» и «Теплотехника».

Для контроля знаний студентов предложены вопросы.

Рецензент – К. Х. Шотиди, кандидат технических наук, профессор кафедры термодинамики и тепловых двигателей РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

©Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина, 2005

Содержание

стр

введение ……………………………………………………………………... 4

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕГО

ЗАДАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ

ЦИКЛОВ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ………………………………………. 5

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ……………… 5

Пример расчета термодинамического цикла

поршневого двигателя внутреннего сгоранИЯ …………….. 18

Пример расчета термодинамического цикла

ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ …………………………………………... 31

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ …………………………………………………. 43

приложение ……………………………………………………………...… 45

литература …………………………………………………………………. 46

Введение

В предлагаемом методическом указании приведены примеры расчета термодинамических циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинных установок (ГТУ). Расчет термодинамических циклов тепловых двигателей рекомендуется в качестве домашнего задания для студентов ряда специальностей вузов нефтегазового профиля [3].

Домашнее задание по термодинамическим циклам тепловых двигателей достаточно полно отражает основные части курса технической термодинамики и для его выполнения студентам следует освоить следующие разделы:

- идеальный газ и смеси идеальных газов;

- теплоемкость;

- первое начало термодинамики;

- термодинамические процессы изменения состояния;

- круговые процессы;

- второе начало термодинамики;

- термодинамические циклы тепловых двигателей:

- поршневых двигателей внутреннего сгорания;

- газотурбинных установок.

Выполнение домашнего задания позволит закрепить теоретический материал, получаемый на лекциях и в результате самостоятельной проработки части курса, применить его к решению конкретной практической задачи – исследованию термодинамических циклов тепловых двигателей (ГТУ и ДВС).

Требования к выполнению домашнего задания по расчету термодинамических циклов тепловых двигателей

До начала выполнения расчетов по домашнему заданию студенту необходимо понять цель задания и усвоить материал, излагаемый на лекциях, методических пособиях и учебниках [1-3].

Все вычисления должны быть изложены подробно. Вначале записываются формулы в общем виде, затем подставляются числовые значения величин (в системе СИ) и только после этого приводится результат расчета. Необходимый графический материал – термодинамические циклы в различных координатах – следует изображать в масштабе на отдельном листе формата А4.

Домашнее задание оформляется на отдельных листах и сдается на проверку в виде сшитой тетради из листов стандартного размера.

Студенты, которые правильно сделали и оформили задание, допускаются к защите. При защите они должны отвечать на вопросы, связанные с теоретическими основами и методикой расчета задания.

Для подготовки к защите домашнего задания рекомендуется ответить на вопросы, прилагаемые в конце пособия.

Основные понятия и расчетные соотношения

При проведении расчетов термодинамических циклов тепловых двигателей принято считать, что рабочим телом в них является идеальный газ.

Уравнение состояния идеального газа имеет следующий вид:

, (1)

где – абсолютное давление,Па; – удельный объем,;– абсолютная температура,К; – характеристическая газовая постоянная рабочего тела,,

; (2)

–универсальная газовая постоянная, ,– молярная масса газа,.

Средняя молярная масса смеси идеальных газов может быть определена из соотношения

, (3)

где – массовая концентрацияi-го компонента смеси, ;– масса смеси,;,– массаи молярная массаi-го компонента.

Характеристическая газовая постоянная смеси газов находится по формуле

. (4)

Средняя массовая изобарная теплоемкость смеси газов, как аддитивная функция, рассчитывается по следующему соотношению:

, (5)

где – средняя изобарная удельная теплоемкостьi-го компонента смеси, .

Для идеальных газов средняя изохорная теплоемкость смеси может быть определена из закона Майера

. (6)

Показатель адиабаты идеальных газов находится по формуле

. (7)

Значения молярной массы (), характеристической газовой постоянной () и изобарной теплоемкости () компонентов смеси газов выбираются из справочных таблиц (Приложение. Табл. 1, 2) [3].