- •Техническая тЕрмодинамика
- •Содержание
- •Введение
- •Основные понятия и определения
- •Предмет технической термодинамики и ее методы
- •Рабочее тело. Основные параметры состояния.
- •Термодинамическая система и окружающая среда.
- •Уравнение состояния
- •Термодинамический процесс. VP-диаграмма и термодинамические процессы в ней /равновесные и неравновесные, обратимые и необратимые, круговой процесс/.
- •Теплота и работа как формы передачи энергии.
- •Идеальные и реальные газы
- •2.1 Определения и основные законы идеальных газов.
- •Уравнение состояния идеальных газов. Газовая постоянная.
- •Газовая постоянная одного килограмма газа:
- •Смеси идеальных газов
- •Основные определения. Способы задания газовых смесей
- •Вычисление параметров состояния смеси
- •Реальные газы
- •Первый закон термодинамики
- •Сущность первого закона термодинамики
- •Основные формулировки 1 закона
- •3.2 Внутренняя энергия. Аналитическое выражение 1 закона термодинамики.
- •3.3 Энтальпия. Энтропия.
- •4 Теплоемкость газов
- •4.1 Основные определения. Массовая, объемная и молярная теплоемкости
- •4.2 Теплоемкость при постоянном давлении и при постоянном объеме. Уравнение Майера.
- •Теплоемкость смеси газов
- •Основные термодинамические процессы идеальных газов.
- •Общие принципы исследования термодинамических процессов.
- •Вычисление энтропии идеального газа.
- •Изохорный процесс
- •Изобарный процесс
- •Изотермический процесс
- •Адиабатный процесс
- •Политропный процесс
- •6. Второй закон термодинамики
- •Термодинамические циклы тепловых машин. Прямые и обратные циклы, обратимые и необратимые
- •Термический кпд и холодильный коэффициент циклов
- •Прямой и обратный циклы Карно и их свойства
- •Прямой цикл Карно
- •Обратный цикл Карно
- •Аналитическое выражение iIзакона термодинамики.
- •Определение термического кпд цикла через среднеинтегральные температуры.
- •Методы сравнения термических кпд обратимых циклов
- •Обобщенный цикл Карно
- •Водяной пар
- •Фазовые переходы веществ
- •Диаграммы воды и водяного пара в vPиvTкоордината. Пограничные кривые. Критические точки
- •7.3 Определение параметров состояния воды и водяного пара
- •Основные параметры сухого насыщенного пара
- •Основные параметры перегретого пара
- •Основные параметры влажного насыщенного пара
- •Диаграмма sTдля водяного пара
- •7.8 Термодинамические процессы изменения состояния водяного пара
- •7.8.1.1Изохорный процесс
- •Изобарный процесс
- •Изотермический процесс
- •7.8.4Адиабатный процесс
- •8.Влажный воздух
- •Основные понятия и определения
- •Расчет основных параметров влажного воздуха
- •Течение газов
- •Уравнения движения
- •Уравнение первого закона термодинамики для потока газа
- •Располагаемая работа газа в потоке
- •Уравнение неразрывности
- •Скорость истечения
- •Секундный расход идеального газа через сопло
- •Истечение газа из сосуда неограниченной емкости
- •Основные условия течения идеального газа по каналам переменного сечения
- •Сопло Лаваля
- •При дозвуковом и сверхзвуковом течении
- •Истечение газов и паров с учетом трения
- •Дросселирование газов и паров
- •Дросселирование водяного пара
- •Компрессоры
- •Классификация и принципы действия компрессоров
- •Одноступенчатый поршневой компрессор
- •Ротационный (пластинчатый) компрессор
- •10.1.3 Центробежный компрессор
- •Компрессора
- •10.2 Теоретическая индикаторная диаграмма поршневого компрессора
- •Компрессора
- •10.3 Влияние процесса сжатия на величину работы одноступенчатого компрессора
- •В компрессоре в зависимости от способа сжатия:
- •Действительная индикаторная диаграмма компрессора
- •Многоступенчатое сжатие
- •Охлаждением рабочего тела
- •Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •1Цикл двс с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто)
- •Теплоты при постоянном объеме:
- •С подводом теплоты при и
- •11.2 Цикл двс с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля)
- •С подводом теплоты при постоянном давлении:
- •Цикл со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера)
- •Сравнение циклов двс
- •Сравнение циклов поршневых двс с подводом теплоты при и
- •При одинаковой степени сжатия
- •С различной степенью сжатия .
- •При и регенерацией теплоты:
- •Циклы паросиловых установок
- •Обратные термодинамические циклы
- •14.1 Цикл воздушной холодильной установки
- •14.2 Цикл парокомпрессорной холодильной установки
- •Список использованной и рекомендуемой литературы
С подводом теплоты при постоянном давлении:
а - в vP- диаграмме; б – в sT-диаграмме.
Параметрами, характеризующими данный цикл, являются:
-
степень адиабатного сжатия;
- степень предварительного расширения;
-
степень адиабатного расширения.
Термический КПД цикла определяется по формуле:
.
Количество теплоты, подводимое к рабочему телу в процессе 2-3:
. (11.8)
Количество теплоты, отводимое в изохорном процессе 4-1:
. (11.9)
Количество
подведенной теплоты
и отведенной
можно
определить через параметры цикла. Для
этого температуры
и
выражаются через температуру
и
параметры цикла
и
.
Таблица 11.2 - Определение температуры в характерных точках цикла с изобарным подводом теплоты
|
Процесс |
Формулы |
|
1-2 - адиабатный |
|
|
2-3 – изобарный |
|
|
3-4- адиабатный |
Тогда
|
После преобразований:
;
; (11.10)
. (11.11)
Из
выражения (11.11) видно, что термический
КПД данного цикла зависит от степени
сжатия
,
степени предварительного расширения
и показателя адиабатыk
рабочего тела, совершающего цикл. С
увеличением степени сжатия
термический
КПД увеличивается. При возрастании
степени предварительного расширения
он
уменьшается. Интенсивность роста
термического КПД с возрастанием степени
сжатия
постепенно
уменьшается. Величина степени сжатия
в
двигателе с подводом теплоты при
должна обеспечить самовоспламенение
топлива и создать температурные условия
для быстрого протекания процесса
сгорания.
Из
рис. 11.4 видно, что при равенстве площадей
отведенной теплоты
=
пл.6145 термический КПД будет больше у
цикла с большей степенью сжатия
,
так как площадь его полезной работы
будет больше, чем у двигателя с меньшей
степенью сжатия (пл. 1784
пл. 1234).
|
|
|
|
Рис.
11.4. Влияние степени сжатия
|
Рис.
11.5. Влияние количества подведенной
теплоты
|
Работа цикла:
. (11.12)
При
и
при увеличении теплоты
увеличивается объем
(рис. 11.5), т.е. возрастает степень
предварительного расширения
.
При этом увеличивается работа цикла и
уменьшается термический КПД.
Среднее индикаторное давление в этом цикле определяется выражением:
. (11.13)
Отсюда
видно, что среднее индикаторное давление
увеличивается при возрастании
и
.
Цикл со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера)
Двигатель
со вмешанным подводом теплоты в отличие
от двигателя с подводом теплоты при
не
нуждается в компрессоре высокого
давления для распыления жидкого топлива.
Распыление жидкого топлива производится
при помощи механических форсунок. Жидкое
топливо подается в предкамеру через
форсунку5
(рис. 11.6).
В процессе сжатия давление в цилиндре
1 растет
быстрее, чем в предкамере 4.
За счет разности давлений возникает
поток воздуха из цилиндра 1
в предкамеру 4,
который используется для распыления
жидкого топлива, впрыскиваемого в
предкамеру. При этом образуется однородная
смесь, сгорающая в предкамере при
постоянном объеме. Давление в предкамере
возрастает и направление потока
изменяется: смесь продуктов сгорания
и несгоревших паров топлива, имеющих
температуру 1500…1800С,
устремляется из предкамеры в цилиндр,
где происходит их перемешивание и
догорание. В результате поршень
перемещается слева направо при постоянном
давлении. После сгорания топлива
происходит адиабатное расширение
продуктов сгорания, которые затем
удаляются из цилиндра.

Рис. 11.6. Схема ДВС со смешанным подводом теплоты
1-цилиндр; 2-поршень; 3-выпускной клапан; 4-предкамера; 5-свеча;
6-впускной клапан; 7-узкий канал

Рис. 11.7. Термодинамический цикл ДВС со смешанным подводом теплоты:
а - в vP- диаграмме; б – в sT-диаграмме.
Термодинамический цикл со смешанным подводом теплоты (рис. 11.7) состоит из следующих процессов: 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела в цилиндре; 2-3 – изохорный подвод теплоты; 3-4 изобарный подвод теплоты; 4-5 - адиабатное расширение рабочего тела; 5-1 – отвод теплоты при постоянном объеме.
Подвод
теплоты
в
цикле со смешанным сгоранием осуществляется
вначале по изохоре2-3,
а затем по изобаре 3-4.
Параметрами, характеризующими цикл со смешанным подводом теплоты, являются:
-
степень адиабатного сжатия;
-
степень повышения давления;
-
степень предварительного расширения.
Термический КПД цикла со смешанным подводом теплоты:
.
Теплота, отводимая по изохоре 5-1, определяется соотношением:
,
тогда
как теплота
складывается
из теплоты, подводимой в изохорном
процессе2-3,
и теплоты, подводимой в изобарном
процессе 3-4:
=
, (11.14)
тогда:
.
(11.15)
Выразив
температуры
и
через температуру
и
параметры цикла через
,
получим формулы для определения
температуры в характерных точках цикла
(табл. 11.3).
Таблица 11.3 - Определение температуры в характерных точках цикла со смешанным подводом теплоты
|
Процесс |
Формулы |
|
1-2 - адиабатный |
|
|
2-3 - изохорный |
|
|
3-4 - изобарный |
|
Продолжение таблицы 11.3.
|
Процесс |
Формулы |
|
4-5 - адиабатный |
|
Поставив полученные значения температур в выражения для определения подведенной и отведенной теплоты, получим:
и
, (11.16)
и далее, подставив полученные выражения в формулу для определения термического КПД:
(11.17)
Из
выражения (11.17) следует, что термический
КПД смешанного цикла, как и термический
КПД циклов с изобарным и изохорным
подводом теплоты возрастает с увеличением
и
.
С увеличением
термический КПД уменьшается.


Т.к.



